Modelo y análisis del factor de desplazamiento de ductos en el tirado de cables de fibra óptica – Parte 1

Debido a que el conducto se tira de un carrete cuando se entierra, es importante reconocer que puede haber ondulaciones que creen curvaturas de ángulo bajo.

¿Por qué es importante el desplazamiento de ductos para la instalación subterránea de fibra?

Debido a que el conducto se tira de un carrete cuando se entierra, es importante reconocer que puede haber ondulaciones que creen curvaturas de ángulo bajo.  Durante la instalación, el conducto puede parecer que corre recto, pero al tirar cable a través de largas distancias, las ligeras curvas en el conducto pueden acumularse y producir tensiones de tracción más altas.

¿Qué tiene de diferente el tirado del cable de fibra óptica?

Cuando tiramos de un cable de fibra óptica subterráneo, a menudo queremos un tramo de cable ininterrumpido tan largo como sea posible. Por consiguiente, si el cable viene en un carrete de 32 800 pies (10 km), queremos un tramo completo e ininterrumpido de 10 km para eliminar cualquier atenuación inducida por el empalme.

Para determinar las longitudes de tracción que son posibles, podemos usar las «ecuaciones de tracción de cables» para calcular la tensión de tracción del cable en función de la fricción, el peso del cable y los detalles del recorrido del conducto. Tales cálculos han mostrado una buena correlación con la tensión medida en el campo cuando se coloca un cable pesado en un conducto rígido, pero la longitud de los tramos es mucho más corta de lo que queremos para la fibra. Además, el cable de fibra óptica es mucho más liviano que el cable de cobre de par trenzado.

Las ecuaciones predicen que la fibra se puede tirar distancias mucho más largas de lo que es posible hoy en día. Suponiendo una tensión máxima típica de 600 libras (272 kg), la teoría dice que debería ser posible tirar del cable de fibra (con un peso típico de 100 libras/1000 pies (150 kg/0,3 km)) unos 30 000 pies (9+ km). Esta estimación utiliza un coeficiente de fricción de 0,2, y eso no es irrazonable, ya que se han medido coeficientes de fricción mucho más bajos utilizando los lubricantes de tirado de fibra óptica de alto rendimiento de Polywater.

La experiencia de campo real muestra distancias de tirado más típicas de 1500 a 2000 pies (0,46 a 0,61 km) para mantener las tensiones por debajo de las 600 libras (272 kg). (2,7 kN), incluso en un sistema de ductos nuevos y bien colocados. ¿Por qué los tirados del cable de fibra óptica muestran una correlación tan pobre con los cálculos basados en la teoría?

El factor ducto

El cable de fibra óptica generalmente se coloca en un ducto continuo, enrollado, de PE o de PVC flexible. Cuando este ducto se extrae del carrete y se abre una zanja, se ara, se tira o se perfora, conserva cierta memoria del carrete que produce desplazamientos u ondulaciones leves, pero regulares. Mientras que un tramo parece «recto», los desplazamientos de la memoria del carrete del ducto se comportan como curvas de ángulo bajo. Con los tirados largos típicos de la fibra óptica, estas curvaturas se suman y producen una tensión más alta de lo esperado.

Laying a fiber optic cable for fast internet, Electricity and telephone cable along a new street. Cable Installation power lines at city street, industrial electricity and communication concept.

Para comprender mejor esto, veamos la forma simplificada de una ecuación de tracción de flexion de cable como se muestra en (1)

Curvatura del ducto          Tout = Tin eμϴ
Dónde:
Tout = Tensión de salida
Tin = Tensión de entrada
e = Logaritmo neperiano
μ = Coeficiente de fricción
ϴ = Ángulo de curvatura (radianes)

Vemos que si duplicamos el ángulo de curvatura, el multiplicador se eleva al cuadrado, y 10 veces el ángulo aumenta el multiplicador a la décima potencia. El ángulo está en un exponente.

Factor de ducto de modelado.
Para cuantificar esto en la tracción de fibra óptica, necesitamos modelar el desplazamiento del ducto, como se muestra en la Figura 1.

Figure 1 - Model of Regular Duct Displacement

Este modelo trata el desplazamiento del ducto como una «onda repetitiva» que recorre la longitud del conducto. Esta onda se describe por su «amplitud (A)», el desplazamiento máximo desde una línea recta, y su «período (P)», la distancia que se repite de pico a pico. Podríamos suponer que P está relacionado con el diámetro del carrete del ducto y A con el método de instalación del ducto.

Las colocaciones de campo han mostrado varias variables que afectan la amplitud y el período. Estos incluyen el tipo de ducto, el grosor de la pared, el diámetro del carrete, el diámetro exterior del ducto y el método de colocación. Para conductos internos enrollados que se dejan caer en una zanja abierta, se ha observado una onda con una amplitud de hasta 12 pulgadas (300 mm) y un período de repetición de 20 pies (3 m). El mismo conducto tirado en PVC de cédula 80 de 4 pulg. (100 mm) puede tener solo una amplitud de 0,75 pulg. (20 mm) cada 20 pies (3 m). Para los ductos de paredes gruesas que se utilizan para «arar» y perforar direccionalmente, los desplazamientos regulares no se pueden observar fácilmente, pero se sabe que dependen del tipo de suelo y la roca, y se pueden medir utilizando robots de geolocalización que se ejecutan a través del ducto.

Este modelo nos permite cuantificar la «curvatura» en un recorrido «recto» en función de la amplitud de desplazamiento y el período de repetición, y luego usar las ecuaciones de tracción para determinar el efecto de esa curvatura. El próximo número trabajará esas matemáticas y mostrará el análisis.

En la segunda parte de esta serie, observamos el ángulo total de curvatura por período P (repetición de pico a pico de un tirón de cable). Explicamos cómo el ángulo de curvatura por unidad de longitud es una forma útil y se puede calcular basado en la naturaleza repetitiva del período.