Transmissões de alta qualidade em plena Floresta Amazônica

quinta-feira 14 de dezembro de 2006.
 
Um elemento adicional produzido pelo Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações (CPqD) e instalado nas caixas de emenda das gigantescas torres de transmissão da Eletronorte, em meio à chuvosa Floresta Amazônica, está facilitando a transmissão de voz e dados nas redes da concessionária e gerando ao mesmo tempo significativa economia.

Um elemento adicional instalado nas caixas de emenda das gigantescas torres de transmissão das Centrais Elétricas do Norte do Brasil (Eletronorte), em meio à chuvosa Floresta Amazônica, batizado de “Regenerador Óptico Passivo”, está facilitando a transmissão de voz e dados nas redes da concessionária e gerando ao mesmo tempo significativa economia. Desde a finalização do seu desenvolvimento, pelo Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações (CPqD), em Campinas (SP), em janeiro de 2005, a solução já recebeu diversas premiações: ganhou o Prêmio Finep de Inovação Tecnológica 2006 da região Norte, na categoria processo; e antes disso, foi considerado um dos melhores projetos de P&D já realizados pela empresa e o melhor trabalho na área de telecomunicações no XVIII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica, realizado em Curitiba, em outubro do ano passado.

Miriam Regina Xavier de Barros, pesquisadora do CPqD que coordenou o projeto, explica que normalmente, ao se propagar por fibras ópticas, o sinal vai perdendo a potência óptica durante seu percurso. Tradicionalmente, o problema é contornado com a instalação de estações repetidoras pela rede, dotadas de amplificadores de linha — equipamentos capazes de amplificar o nível de potência óptica dos sinais nas transmissões. A solução tradicional torna-se complicada, especialmente em locais de difícil acesso como a Floresta Amazônica.

As estações repetidoras têm um alto custo de instalação e operação, da ordem de R$ 3 milhões para a concessionária, porque o acesso à região é bastante difícil e os equipamentos nela instalados necessitam eletricidade e refrigeração (ar-condicionado) para seu perfeito funcionamento. O problema é que em certos locais da floresta não existe energia elétrica, o que obriga a construção de linhas de média tensão por dezenas de quilômetros em reservas demarcadas. O fornecimento de energia também não é confiável, exigindo a instalação de sistemas alternativos. E para resolver a necessidade de refrigeração, são empregados equipamentos com motor-gerador a diesel, que requerem constante abastecimento e inspeção. “Na estação chuvosa, essa manutenção constante não é nada fácil!”, explica Barros.

Visando solucionar essas questões, uma equipe composta por físicos, engenheiros e técnicos do CPqD, além de engenheiros da Eletronorte, trabalharam durante um ano - de dezembro de 2003 a dezembro de 2004 — para desenvolver os Regeneradores Ópticos Passivos. Seu princípio de funcionamento baseia-se na utilização de uma fibra óptica dotada com érbio, elemento que ao ser bombeado e estimulado pelo sinal óptico, produz a emissão de mais sinal, o que resulta em aumento da potência óptica do sinal injetado. Este efeito é chamado de “emissão estimulada amplificada”.

Dessa forma, o Regenerador Óptico Passivo, assim como o amplificador óptico, anteriormente empregado, recupera o nível óptico do sinal, mas dispensa a construção da estação repetidora. A pesquisadora explica o porquê: “Nos amplificadores tradicionais, existe um elemento ativo, isto é, que requer alimentação elétrica, o laser de bombeio, cuja potência óptica fornece energia para o amplificador. Este componente requer disponibilidade de alimentação local, além de ambiente climatizado com ar-condicionado, para que seu funcionamento seja estável e confiável. Nos regeneradores ópticos passivos não há elementos ativos, pois o laser de bombeio fica localizado no terminal de transmissão. Neste caso, a potência óptica do laser é levada até o regenerador óptico passivo, por meio da fibra óptica usada para transmissão”.

Os Regeneradores Ópticos Passivos são acondicionados em bandejas de caixas de emenda convencionais, posicionadas nas próprias torres de transmissão. E foram denominados “passivos” porque são alimentados opticamente pela própria fibra por meio de fontes localizadas nos terminais do sistema óptico. “Sua operação é mais estável que a dos componentes ópticos ativos e eletrônicos quando há variação de temperatura e umidade. Porém, é importante ressaltar que existem alguns componentes passivos que têm dependência com a temperatura e a umidade. Isso depende da tecnologia e da configuração usada para a construção do componente”, explica Barros.

Segundo a pesquisadora, a instalação de regeneradores ópticos passivos permitirá à Eletronorte eliminar a necessidade da implantação e manutenção das estações repetidoras dos sistemas ópticos terrestres de longa distância da empresa. Nos locais em que os Regeneradores Ópticos Passivos forem implantados, o investimento e o custo de operação devem cair de R$ 3 milhões para R$ 1,4 milhão.

As informações fornecidas pela Eletronorte são de que os Regeneradores Ópticos Passivos — atualmente em fase de licitação para definir o futuro fabricante — serão produzidos em escala industrial e comercializados a partir de 2007. Também está em estudo a possibilidade de exportação do produto, pois não existem similares no mercado internacional.

Glossário:

Perda de potência de sinal - é quando a luz vai se enfraquecendo (espalhando-se) ao longo da fibra óptica, ou nas junções dos cabos da fibra, ou em conexões ópticas de fibras nas estações. Ocorre em qualquer sinal transmitido pela fibra óptica. No caso da fibra óptica em sistemas com distâncias acima de 300 km, torna-se necessário no mínimo um ponto de regeneração do sinal, para recompor o seu nível e proporcionar que o mesmo chegue ao seu destino com potência suficiente para ser detectado.

Estação repetidora - é uma construção de alvenaria do tamanho de uma residência, com água, energia elétrica, ar-condicionado, banco de baterias, grupo motor-gerador. Algumas têm banheiro, cozinha e até quarto para dormir. Na sala de transmissão da estação são instalados os gabinetes dos amplificadores ópticos de repetição.

Érbio - Encontrado na forma de sais, em areias monazíticas, de variada coloração em tons pastéis, o érbio é um elemento químico que possui em sua estrutura eletrônica quântica uma configuração que permite a troca de energia óptica em uma certa freqüência por outra energia em outras freqüências. Para aproveitar essa propriedade, átomos de érbio são adicionados à composição das fibras ópticas utilizadas na construção do Regenerador Óptico Passivo (processo denominado dopagem). Quando a fibra dopada recebe o sinal óptico, recebe simultaneamente uma injeção de potência (produzida pelo laser de bombeio), o que produz uma reorganização dos elétrons. No momento em que o sinal passa, é provocado o decaimento dos elétrons, reação que provoca emissão de luz, o que proporciona a amplificação do sinal. Assim, o funcionamento do Regenerador Óptico Passivo baseia-se na transição entre níveis eletrônicos.

Laser de bombeio - é um dispositivo eletrônico que emite luz em 1480 nm, necessária para fazer funcionar o amplificador, instalado na estação repetidora. Seu funcionamento depende de alimentação elétrica. No caso do Regenerador Óptico Passivo, os lasers de bombeio ficam alojados em placas de eletrônicos nas estações de ponta. A potência produzida por eles é levada aos amplificadores passivos por meio das próprias fibras do cabo OPGW. Como a fibra atenua também esta potência, existe um comprimento máximo no quais os regeneradores passivos podem ser instalados.

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