Guida alla resistenza alla trazione e ai test delle fibre ottiche

Le fibre ottiche sono i motori ad alta velocità della connettività globale. Crediamo che, con il giusto approccio all'integrità strutturale, questi incredibili strumenti possano fornire decenni di servizio impeccabile. 

Questa guida illustra gli aspetti tecnici essenziali relativi alla resistenza alla trazione e alle relative prove, per aiutarvi a costruire una rete che duri nel tempo.

Punti chiave

• Lo stress fisico è il nemico: Le fibre di vetro trasmettono i dati in modo eccellente, ma si rompono facilmente sotto pressione. Componenti strutturali come i filati aramidici svolgono il lavoro più gravoso per mantenere la rete operativa.
• I condotti moltiplicano il pericolo: Il trascinamento dei cavi attraverso tortuose tubature sotterranee genera enormi picchi di attrito. Eseguire rigorosi test fisici preliminari è assolutamente necessario per evitare di danneggiare il vetro interno.
• La matematica è obbligatoria: Le squadre sul campo devono calcolare la tensione di trazione utilizzando il peso del cavo, la lunghezza totale e i limiti di attrito per garantire la sicurezza e il successo dell'installazione.
• I test standardizzati non sono negoziabili: Se le vostre apparecchiature di test non rispettano rigorosamente le normative globali come la norma IEC 60794-1-2 Metodo E1, i vostri dati saranno sostanzialmente inutili per i progetti internazionali.

Definizione della resistenza alla trazione nelle infrastrutture in fibra ottica

Quella che definiamo resistenza alla trazione di un cavo in fibra ottica è essenzialmente il limite assoluto della forza che si può applicare prima che le sottili fibre di vetro al suo interno inizino ad allungarsi, a piegarsi in modo anomalo o addirittura a rompersi. Poiché il vetro non si allunga come un filo di rame, il carico maggiore deve essere gestito dagli elementi strutturali del cavo, come i filati aramidici o gli elementi di rinforzo centrali estremamente rigidi.

Analizziamo la differenza con alcuni dati concreti. Un cavo a guaina stretta da 5.6 mm con elementi di rinforzo dielettrico ha una resistenza alla trazione massima di 1.85 kN, mentre un cavo rinforzato in Kevlar da 6.5 ​​mm può raggiungere i 3 kN con una deformazione massima del 2%.

Molti cavi per infrastrutture esterne (OSP) sono specificamente progettati per una forza di trazione massima di circa 600 lbf, ovvero circa 2.7 kN. I cavi sottomarini specializzati per acque profonde utilizzano addirittura deformazioni di prova di circa il 2.2% per garantire la resistenza delle fibre sotto gli intensi carichi delle profondità marine. 

Questa vasta gamma di requisiti è esattamente il motivo per cui testiamo carichi variabili utilizzando sistemi come le nostre macchine della serie TT-OFCT-ID e della serie per impieghi gravosi TT-OFCT-OD . Vale anche la pena notare che le variazioni della temperatura ambiente possono alterare le sollecitazioni meccaniche del cavo di diversi punti percentuali a causa dei diversi coefficienti di dilatazione termica degli elementi in aramide e in fibra di vetro.

A nostro avviso, tirare un cavo oltre il suo limite è una delle cause principali dei blackout di rete. Provoca quella frustrante perdita di segnale o, nel peggiore dei casi, un'interruzione totale che lascia tutti disconnessi. Ecco perché incoraggiamo sempre i team a tenere sotto controllo questi due valori specifici:

• Tensione massima di installazione (a breve termine): La forza massima assoluta che è possibile applicare durante la fase di trazione e installazione del cavo.
• Tensione massima di esercizio (a lungo termine): Lo stress residuo che il cavo può sopportare per anni senza cedere (si pensi ai cavi aerei sottoposti a forti venti o a un'eccessiva formazione di ghiaccio).
   

Prestazioni di trazione durante l'installazione dei condotti

Una delle prove di resistenza più intense a cui un cavo possa mai essere sottoposto è quella di essere tirato attraverso un tubo in un edificio o sottoterra. 

Quando si cerca di determinare la resistenza alla trazione di un cavo in fibra ottica all'interno di un condotto, è necessario tenere conto della problematica dell'attrito significativo. La maggior parte dei cavi in ​​fibra ottica sopporta una tensione di trazione compresa tra circa 1,800 e 4,500 Newton (da 400 a 1,000 lbf), e superare questo limite durante la posa nei condotti comporta il rischio di gravi microfratture e una maggiore attenuazione della luce.

Prendiamo come esempio un tipico lavoro commerciale: trascinare una fune attraverso 500 metri di tubo in PVC sotterraneo con due curve a gomito di 90 gradi. In linea retta, il tiro è relativamente semplice. Ma nel momento in cui il cavo incontra quelle curve, l'attrito aumenta così intensamente che la tensione di trazione raddoppia o triplica.

Mentre il cavo scorre attraverso quei tubi stretti e tortuosi, ogni singola curva agisce come un moltiplicatore di forza. Se la trazione diventa più intensa di quella per cui il cavo è progettato, la guaina esterna potrebbe deformarsi e la fibra di vetro interna risulterebbe irrimediabilmente danneggiata. È proprio per questo motivo che consigliamo di testare dei campioni di cavo con una macchina per prove di abrasione per cavi in ​​fibra ottica , come la nostra serie TT-OFCA, o di verificare la resistenza alla fatica da flessione con un tester per flessioni ripetute , come la serie TT-OFCRB, prima di interrare anche un solo centimetro di cavo.

Per ridurre ulteriormente i rischi, si raccomanda vivamente il controllo del carico assiale e un attento monitoraggio tramite argani con limiti di tensione durante la posa dei cavi OSP. Riteniamo che effettuare una prova a secco con test approfonditi sia assolutamente necessario prima di iniziare a posare i cavi nei condotti. È l'unico modo per evitare costosi intoppi durante la costruzione.

Calcolo della tensione di trazione per il successo sul campo

I team sul campo e i professionisti che si occupano dell'approvvigionamento delle apparecchiature spesso devono calcolare la resistenza alla trazione dei cavi in ​​fibra ottica per evitare di compromettere accidentalmente l'intero progetto. Mentre i produttori stabiliscono i valori di riferimento in laboratorio, queste stime sul campo indicano quanta forza fisica sarà necessaria per una specifica trazione. 

In genere, gli ingegneri calcolano la forza di trazione e la sollecitazione massime utilizzando l'area della sezione trasversale degli elementi strutturali e il loro modulo di Young. Per i cavi di rilevamento incorporati specializzati, la resistenza al taglio dell'interfaccia viene addirittura stimata a partire dalla forza massima e dalla lunghezza di interramento.

I calcoli di base per l'installazione si basano su diversi componenti:

• W: Il peso del cavo al piede o al metro.
• L: La lunghezza totale della trazione che hai in programma.
• f: Quanto attrito esiste tra la guaina del cavo e il materiale del tubo.

Per una trazione rettilinea, l'approccio matematico è solitamente T = W x L x f.

Ecco una breve spiegazione ipotetica per illustrare esattamente come funziona nella pratica. Supponiamo di avere un cavo del peso di 0.5 libbre per piede (W), una lunghezza di trazione di 1,000 piedi (L) e un coefficiente di attrito di 0.4 (f). La formula sarà la seguente: T = 0.5 x 1000 x 0.4. Ciò significa che la tensione di trazione necessaria è di 200 libbre.

Ma una volta aggiunte le curve, il calcolo diventa molto più complesso e occorre includere fattori di stress aggiuntivi per ogni grado di curvatura. Nella nostra esperienza, questi modelli matematici sono utili, ma la loro efficacia dipende dalla qualità dei dati reali che vengono utilizzati per fornirli. 

Ecco perché siamo grandi sostenitori dell'esecuzione di prove di trazione fisiche reali per stabilire valori di resistenza accurati e sicuri. Per i team che operano in ambienti misti, una macchina come la nostra TT-OFCT-IDOD è perfetta per convalidare queste formule su diverse tipologie di cavi.

Criteri per la selezione delle apparecchiature per prove di trazione

Per avere la certezza assoluta dei valori riportati nelle specifiche tecniche, è necessario disporre di un sistema di prova estremamente preciso. Ma come scegliere una macchina per prove di trazione per cavi in ​​fibra ottica? Riteniamo che chiunque effettui l'acquisto debba considerare questi quattro fattori cruciali:

1. Rigorosa conformità agli standard internazionali

Per noi, questo è un requisito non negoziabile. La macchina deve attenersi rigorosamente alla norma IEC 60794-1-2 Metodo E1 , che rappresenta il punto di riferimento globale per le prove di trazione dei cavi. Inoltre, le norme per le singole fibre, come ASTM C1557 e D3822, forniscono importanti procedure per la correzione della deformazione che devono essere prese in considerazione.

Questa attenzione agli standard internazionali è esattamente il motivo per cui realizziamo le nostre unità combinate, come la TT-OFCT-IDOD, in conformità con le linee guida ASTM E4, ISO 7500-1, EN 10002-2 e JIS B7721. Se l'apparecchiatura non rispetta queste normative, i dati che produce risultano sostanzialmente inutili per i progetti internazionali.

2. Selezione delle apparecchiature specifiche per l'applicazione

Vi consigliamo di assicurarvi che il tester sia effettivamente adatto alla vostra linea di prodotti. Avete bisogno di un apparecchio per cavi da interno più leggeri, come la serie TT-OFCT-ID, per cavi da esterno per impieghi gravosi, come la serie TT-OFCT-OD, o di un sistema combinato versatile? Acquistare una macchina troppo debole o troppo ingombrante per la vostra specifica linea di prodotti è un errore da evitare.

3. Tracciamento dei dati integrato, preciso e automatizzato

Una macchina per prove di trazione specifica per fibre ottiche e cavi deve utilizzare morsetti speciali per evitare danni e slittamenti, misurando al contempo con precisione le sollecitazioni e le deformazioni. 

Per i cavi di rilevamento specializzati, le configurazioni più avanzate utilizzano persino doppi sistemi di misurazione dello spostamento per correggere lo slittamento e la perdita di trasferimento della deformazione nelle impugnature, garantendo coefficienti di deformazione accurati. Consigliamo vivamente di ricercare questi sensori ad alta precisione e il software che monitora simultaneamente la trazione e la perdita di segnale.

Consideriamo uno scenario tipico di un impianto di produzione per capire perché questo sia importante. Un tester ad alta velocità, dotato di software automatizzato, rileva un minuscolo difetto di micropiegatura durante un prelievo di routine di un lotto. Poiché il sistema segnala immediatamente il problema sul monitor, la linea si arresta all'istante. 

Quel singolo sistema di rilevamento automatico impedisce la spedizione a un cliente di una bobina difettosa da 10,000 metri, facendo risparmiare all'azienda migliaia di dollari in resi e tutelandone la reputazione.

4. Affidabilità a lungo termine e supporto tecnico

I banchi prova meccanici di alta gamma sono costruiti attorno a un tavolo di trazione con spostamento controllato e monitoraggio indipendente della tensione fino al valore massimo nominale, garantendo affidabilità. Le attrezzature da laboratorio rappresentano un investimento significativo. 

Crediamo nell'importanza di collaborare con un team noto per la creazione di apparecchiature affidabili e che offra un supporto concreto quando necessario. Hai bisogno di un sistema robusto, in grado di gestire migliaia di test senza perdere precisione.

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L'affidabilità della rete inizia in laboratorio. Crediamo che le apparecchiature di test debbano essere precise quanto l'infrastruttura che supportano.

Il nostro obiettivo è fornire tecnologie sofisticate per garantire che i vostri componenti superino tutti i test previsti. I test professionali non dovrebbero rappresentare un onere finanziario eccessivo.

Non affidate più la resistenza dei cavi al caso. Aggiornate il vostro laboratorio con i nostri sistemi convenienti. Scoprite la nostra gamma completa di tester OFC qui e lasciate che il nostro team trovi la configurazione ideale per le vostre esigenze.