Asis Rodriguez

Influencia de la humedad en el comportamiento de los cables de fibra óptica

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Artículo de conocimiento cedido para su publicación por la firma OPTRAL, S.A.

Todos los profesionales relacionados de una y otra manera con los cables ópticos han tenido referencias o, en el peor caso, amargas experiencias, del efecto negativo que la humedad produce cuando logra penetrar en un cable de fibra óptica.

Los efectos de la humedad sobre la fibra se deben a dos causas, por un lado una reacción química y por otro los esfuerzos mecánicos. Así, la humedad provoca en la fibra un aumento progresivo de la atenuación, una interrupción total de la comunicación y rotura de la fibra.

Envejecimiento de las fibras

Las fibras ópticas están formadas básicamente por dióxido de sílice y se obtienen al estirar una masa fundida de SiO2, es decir, cristal. Se trata pues de un material frágil y quebradizo, que si bien presenta una espléndida zona elástica, carece de zona de influencia, pasando rápidamente del limite elástico a la rotura.

La superficie de la fibra así obtenida presenta diminutas grietas que según su mayor o menor entidad determinan su resistencia mecánica. También en las grietas se inicia la reacción química que produce una degradación todavía mayor que la mecánica.

Reacción química

El agua contiene una mínima cantidad de radicales libres H+ (ácidos) y OH- (básicos). Tal cantidad es, sin embargo, suficiente para desencadenar la reacción SiO2 + OH- = SiO3H-

SiO3H- es un silicato que se asocia inevitablemente con el Na o Ca que contenga el agua para formar silicato sódico o bien silicato cálcico, los cuales si son solubles. Al entrar en contacto el agua con la fibra se inicia una corrosión cuya principal consecuencia es la ampliación de las grietas que acaban convirtiéndose en autenticas cuñas que provocan un importante aumento de la atenuación, fragilización y, finalmente, la rotura de la fibra.

Esfuerzo mecánico

La segunda causa de deterioro de las fibras por su contacto con la humedad tiene lugar por un efecto mecánico.

Las fibras ópticas tienen dos recubrimientos principales: el recubrimiento primario formado por una leve capa de PBT de 62 micras de espesor íntimamente ajustado a su superficie y un recubrimiento secundario que puede ser de dos tipos, según ilustra el gráfico siguiente:

Esfuerzo mecánico en las fibras ópticas

Encubrimiento holgado

Se desarrolló para solucionar los problemas productivos que suponían el extruir una gruesa capa de recubrimiento de material termoplástico directamente sobre el recubrimiento primario de la fibra. Entonces (principios de los ochenta) no había forma de lograr atenuaciones aceptables, ya que la capa de recubrimiento al enfriarse y contraerse, después de la extrusión, sometía a la fibra a grandes esfuerzos

Hubo que abandonar la técnica de recubrimiento ajustado y desarrollar una nueva, la de recubrimiento secundario holgado. Esta consistía en extrusionar sobre las fibras un tubo holgado como recubrimiento, de forma que la fibra quedara en su interior libre de contracciones.

Dicha técnica fue una solución ideal a los problemas de producción, pero rápidamente se vio que esta construcción dejaba a la fibra desprotegida frente a la humedad.

Para solucionar el problema se inyectó gel en el tubo y así, se solucionó el problema principal y se pudieron por fin construir cables de fibra con atenuaciones aceptables.

Durante muchos años los cables de construcción holgada fueron los únicos instalados en exteriores, en todo tipo de distancias; e interiores si las distancias eran medias o cortas.

Los problemas y sobre todo las incomodidades de manipular semejantes cables existían, pero la falta de una alternativa obligaba a su empleo.

De hecho, y en el caso que nos ocupa, la resistencia a la humedad daba problemas.

Problemas de humedad en los cables de fibra óptica

Efectivamente el gel, en este tipo de cables, no rellena el tubo en un 100%. Lo habitual es alcanzar protecciones del 85%. Ello asegura la existencia de burbujas y la inevitable, con el tiempo, penetración y presencia de agua: por filtración, o absorción a través de las paredes del tubo, por fisuras producidas durante la instalación, o por condensación.

Si el cable construido a base de estos tubos está expuesto a temperaturas de congelación, las partículas de agua en el interior del recubrimiento secundario, al convertirse en hielo, presionan a las fibras induciendo en ellas micro curvaturas. Estas micro curvaturas producen des-alineamientos puntuales del eje óptico de la fibra que se traducen en grandes aumentos de atenuación y que acaban por inutilizar las fibras.

El recubrimiento ajustado

Es la construcción lógica, es decir, una gruesa capa de material íntimamente ceñido a la superficie de la fibra sin dejar así lugar al agua o al aire húmedo.

Nos dio muchos quebraderos de cabeza a los fabricantes de cable pero, finalmente, hoy se producen sin ningún problema y se logran atenuaciones de igual nivel que en el recubrimiento holgado.

Las fibras así recubiertas son prácticamente inmunes a la humedad que solo puede llegar a ellas, accidentes a parte, por la absorción de agua del recubrimiento.

Normalmente los fabricantes utilizan el mismo tipo de recubrimiento que el usado en el sistema de tubo holgado, PBT. Esto se debe al hecho de que este material tiene un coeficiente de dilatación térmica muy bajo, lo que elimina problemas en el proceso de recubrimiento. No obstante no es un material excelente en lo que a absorción de agua se refiere.

Recubrimiento ajustado

En Optral utilizamos como recubrimiento secundario la construcción ajustada que realizamos con un compuesto termoplástico, material de muy baja absorción de agua. De esta manera mantenemos las ventajas inherentes del recubrimiento secundario ajustado y eliminamos el único factor por el que, en este sistema constructivo, es posible la llegada de agua a la fibra, su absorción.

También utilizamos mezclas de acrilatos altamente resistentes a la humedad y fibras con capas intermedias de silicona – acrilato que rellena completamente las microfisuras, aislándolas por completo de la humedad.

En resumen podemos decir, sin ningún reparo, que los cables fabricados con fibras protegidas con un recubrimiento secundario ajustado son más resistentes a la humedad, más fiables y duraderas. Al menos hoy en día.

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