5

MAYCON SIMMERPAULO RICARDOSANDRO COZERTIAGO ROSSMANNVITRIA - ES 2012RESENHA TEMTICAFIBRA PTICAFACULDADE BRASILEIRA CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

MAYCON SIMMERPAULO RICARDOSANDRO COZERTIAGO ROSSMANNRESENHA TEMTICAFIBRA PTICAVITRIA - ES 2012

Resenha temtica apresentada como requisito parcial para aprovao nas disciplinas de Introduo Engenharia e Metodologia Cientfica na Engenharia, ministradas no 1. perodo do curso de graduao de Engenharia Eltrica.Superviso: Teresa Mat e Joelma De Riz

RESUMO

Foi proposta pelas disciplinas de Introduo Engenharia e Metodologia Cientfica na Engenharia a confeco de uma resenha temtica envolvendo um marco histrico da Engenharia Eltrica. Nesse trabalho ser abordado a fibra ptica, com seu histrico, vantagens e desvantagens, aplicaes e tendncias. A resenha tambm discute o porqu de essa tecnologia ser considerada um marco histrico.

Palavras-chave: fibra ptica; marco histrico; medicina;tecnologia; telecomunicaes

SUMRIO

1INTRODUO......................................................................................................04

2HISTRICO DA FIBRA PTICA..........................................................................05

3VANTAGENS E DESVANTAGENS DA FIBRA PTICA.....................................08

4A FIBRA PTICA NA MEDICINA..........................................................10

5FIBRA PTICA COM SEMICONDUTORES ........................................................12

6 CONSIDERAES FINAIS.........................................................13

7 REFERNCIAS.....................................................................................................14.

1 INTRODUO

Dentre tantos marcos histricos da Engenharia Eltrica, para a elaborao desta resenha, foi escolhida a fibra ptica, um condutor que transmite luz. Pode parece simples, mas por trs dessa tecnologia existem milhares de anos de pesquisa e aperfeioamento. O homem j manipulava a luz desde a antiguidade e a fibra ptica o auge dessa manipulao. justo consider-la um marco histrico, j que hoje em dia o mundo depende muito da fibra ptica, das telecomunicaes medicina, incluindo outras reas que no sero citadas nessa resenha.

Este o objetivo dessa resenha temtica, apresentar o processo de desenvolvimento da fibra ptica, fazendo uma anlise das aplicaes e desdobramentos, conforme pesquisa em livros e artigos consagrados, mostrando o quanto essa tecnologia permeia a nossa vida e cada vez mais se torna indispensvel no nosso cotidiano.

2 HISTRICO DA FIBRA PTICA

Apesar de ser recente, a fibra ptica tem um histrico longnquo. Desde a antiguidade o homem utiliza fontes luminosas para se comunicar, seja utilizando o sol ou o fogo. O sol era, de certa forma, manipulado utilizando objetos reflexivos. O fogo tinha o mesmo papel, seja pela fumaa, utilizada de dia ou pela luminosidade da chama noite. Por exemplo, os gregos do sculo VI A.C. utilizaram sinais de fogo que eram repetidos por estaes (humanas) ligando a sia Menor aArgos, para comunicar a queda de Tria. (MALDONADO, MATOS)

J em 1971, o francs Claude Chappe criou o Semaphore, considerado o primeiro sistema de comunicaes pticas de alta velocidade criado pelo homem. O aparato consistia em braos mecnicos operados de forma manual que enviavam sinais luminosos, posicionados sobre colinas espalhadas pela Frana. O sistema possibilitava enviar mensagens luminosas cobrindo uma distncia de 200 quilmetros em 15 minutos, um verdadeiro marco para a poca. O Semaphore s perdeu a importncia com a inveno do telgrafo de Morse, em 1835. (MALDONADO, MATOS)

Em 1870, John Tyndall realizou um experimento que consistiu em conduzir a luminosidade de um feixe de luz por meio de um jato de gua que corria de um recipiente para outro usando a propriedade de reflexo luminosa. Essa experincia marca o incio das pesquisas sobre os guias de luz. (MALDONADO, MATOS)

Aps 10 anos da experincia de Tyndall, surge a primeira transmisso de um sinal de telefone usando um feixe de luz solar. O sinal cobria uma distncia de 200 metros e tal feito foi realizado por Alexander Graham Bell, que batizou seu invento de Photophone, que nunca alcanou escala comercial, pois ele ainda carecia de uma fonte de luz mais intensa e de uma mdia de transmisso mais confivel com menos perdas. (NELLIST, 2002)

O primeiro aparato para conduzir a luz de forma prtica surgiu em 1910, quando os alemes Hondros e Debye utilizaram um tubo oco, forrado por metal altamente reflexivo, capaz de guiar diversos tipos de ondas magnticas, inclusive luz visvel. Mas ainda estava longe de ser algo prtico, devido s grandes perdas de sinal, principalmente onde havia curvas.

Em 1930 ocorreram as primeiras experincias com fibra de vidro agrupadas, que tiveram mais xito, sendo utilizadas como condutoras de luz em leitores de cartes-perfurados (precursores dos computadores) na dcada de 50. (NELLIST, 2002)

O desenvolvimento da fibra ptica para uso em telecomunicaes s comeou por volta do meio dos anos 60. Em 1966, o Doutor Charles K. Kao (ITT, Inglaterra) publicou um artigo mostrando que teoricamente era possvel se guiar um sinal de luz com perda mnima em fibra ptica pura. S em 1970 a Corning Glass Works, nos EUA, conseguiu produzir uma fibra com alta pureza para uso em telecomunicaes. Ela permitia uma atenuao de 20dB/km. (NELLIST, 2002, p. 146).

Para fazer a fibra a Corning utilizou um processo diferente para sintetizar o vidro de slica. Os materiais crus eram vaporizados e depositados sobre uma extenso de vidro de quartzo, que formariam uma vara, posteriormente encaixada dentro de uma fibra. (NELLIST, 2002, p.146) Mas esse processo apenas uma parte do conjunto de transmisso por fibra ptica. Os outros elementos que consistem em transmissor (emissor de luz) e receptor (detector de luz) foram sendo desenvolvidos de forma independente 10 anos antes do surgimento da fibra.

Para a emisso de luz surgiu em 1960 o laser rubi, desenvolvido por Theodore Maiman. Em 1961, surge o laser a gs, que podia transmitir um feixe contnuo de luz. Em 1962, surgiu o laser utilizando material slido semicondutor. De tamanho pequeno, medindo quase o tamanho de um gro de areia, ele possibilitava que um sinal eltrico fosse modulado em sinal luminoso em de forma muito rpida.

Alm dos lasers surgem os diodos emissores de luz (LED), que tambm podem converter um sinal eltrico em luz, mas no so to brilhantes quanto o laser.O objeto final o detector. Ele um produto da indstria de semicondutores de slica e tambm foi desenvolvido nos anos 60, sendo capaz de transformar sinais luminosos em informao eltrica.

A fibra ptica tal como a conhecemos hoje,foi alcanada quando trs tecnologias no relacionadas foram unidas: transmissor, condutor de luz e receptor, com enormes vantagens frente ao mtodo convencional de transmisso por meio de cabos de par tranado.

Somente no final dos anos 70 algumas companhias telefnicas dos EUA e Canad comearam a fazer transmisses por meio de fibra ptica. Em maro de 1979 a British Columbia TelephoneCompany (hoje Telus) fez uma das primeiras redes de transmisso, nessa poca, era uma das mais longas, com 7,4 km de comprimento e podia transmitir 45mb/s sem a ajuda de um repetidor.(NELLIST, 2002)

Logo aps ser testado e aprovado em transmisses domsticas nos EUA e Canad, a tecnologia da fibra ptica foi sendo aprimorada e, com a maior eficincia na blindagem dos cabos, foi possvel aumentar as distncias cobertas e o lanamento submarino.

Em 1988, o cabo TAT-8 foi lanado, ligando o Reino Unido Frana. Esse foi o primeiro cabo de fibra ptica submarino. J em 1991, o TAT-9 entrou em operao, capaz de transportar 80 mil ligaes telefnicas simultaneamente. (NELLIST, 2002, p.150)

Hoje, alm da telefonia, a fibra ptica empregada em diversas reas, como redes de computadores de alto desempenho e sistemas de proteo e controle de equipamento eltrico na gerao e distribuio.

3 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA FIBRA PTICA

Dentre as diferentes caractersticas da transmisso de dados com fibra ptica, encontram-se como vantagem as seguintes:

A possibilidade de transmisso de uma banda maior de dados por uma distncia maior que as outras redes como as de cabos de par tranado e de cabos coaxiais, pelo motivo de no haver interferncia na transmisso de dados e o baixssimo ndice de perdas. Por possurem caractersticas dieltricas o eletromagnetismo e qualquer rudo ou interferncia externa no afeta o trfego de informaes. (MALDONADO, MATOS)

O cabeamento ptico, muitas vezes de uma espessura igual de um fio de cabelo, possui dimensionamento inferior aos dos outros cabos, possibilitando um melhor arranjo em pequenos espaos, bandejas cheias de cabos etc. (RODRIGUES, BARCELOS, 2006)

Por seu material ser um isolante eltrico, no h a preocupao com aterramentos ou possibilidades de curtos entre cabos. Por suas fibras no irradiarem consideravelmente a luz propagada, h uma alta segurana para as informaes transportadas, o que a qualifica como uso de transaes bancrias, redes de computadores, uso militar e de dados de alto sigilo, pois somente com equipamento de alta preciso e tcnico altamente qualificado que se poderia grampear esse tipo de rede. (MALDONADO, MATOS)

A matria prima da fibra das principais fibras (slica) abundante na natureza, barata. Para sistemas de transmisso ponto-a-ponto a longa distncia (como em redes de computadores), a fibra ptica chega ser mais eficiente que satlites.(RODRIGUES, BARCELOS, 2006)

O custo-benefcio, dependendo do tipo de aplicao, pode ser atrativa em relao a outros meios de comunicao, pois dispensam repetidores em distncias dos quais outros sistemas de transmisso necessitam. Ex.: micro ondas que necessitam de repetidores a cada 50 km. Esse tipo de rede aceita facilmente expanso quando necessrio futuramente.(MALDONADO, MATOS)

Como desvantagens de sistema de transmisso de dados por fibra ptica, podem-se destacar os seguintes:

A fibra ptica mais frgil que outros cabos, o que impossibilita seu manuseio sem estarem revestidas. Suas junes exigem alta preciso em seu manuseio, por causa de suas dimenses reduzidas.MALDONADO, MATOS)

Acopladores tipo T no so bem aceitos nesse tipo de transmisso, pois geram um elevado grau de perdas. (MALDONADO, MATOS)

Pelo prprio meio de transmisso, impossvel alimentar os repetidores, o que gera a necessidade de alimentao eltrica independente para cada repetidor.(RODRIGUES, BARCELOS, 2006)

Como as tecnologias a respeito da fibra ptica esto em constante avano, fica complicada uma padronizao para componentes de diferentes fabricantes. (MALDONADO, MATOS)

4 A FIBRA PTICA NA MEDICINA

O uso de fibras pticas na medicina tem evoludo bastante desde as aplicaes pioneiras doFiberscope (sistema de transmisso de imagens atravs de um feixe flexvel de fibras), no qual um feixe de fibras de vidro servia basicamente para iluminar e observar rgo no interior do corpo humano. Hoje em dia, tem-se uma variedade de aplicaes da fibra ptica na medicina, desde sistemas de sensores em diagnstico, cirurgia, telecomunicao e monitoramento remoto de pacientes. (Giozza, CONFORTI, WALDMAN, 2006)

Alguns exemplos de aplicao da fibra na medicina: (Giozza, CONFORTI, WALDMAN, 2006)

Sensores de temperatura:tm sido utilizados, por exemplo, em terapia hipertrmica radiolgica de tumores cancergenos, onde as qualidades de imunidade eletromagntica das fibras pticas so nicas, face radiao de microondas da fonte de calor utilizada. A faixa de atuao tpica dos sensores de temperatura para aplicaes mdicas de 0 a 100C e com preciso de 0,01C;

Sensores de presso:utilizados para monitorar a presso intracraniana, cardiovascular, uretral ou retal. A faixa de atuao de 0 a 300mm de mercrio com preciso de 0,5%;

Sensores magnticos:permitem obter o mapeamento dos campos magnticos gerados pelo crebro, til no tratamento de ataques de epilepsia;

Sensores de pH:utilizados para monitorar o nvel de oxignio do sangue, permitindo, por exemplo, acompanhar o comportamento do feto numa cirurgia cesariana. Atua tipicamente numa faixa de pH entre 7 e 7,4 com preciso de 0,001, sendo que o nvel de asfixia indicado por pH 7,2.

Sensores de vazo:utilizados para monitorar a vazo sangunea em asperses para diagnsticos em cirurgias vasculares ou plsticas, para monitorar o sistema de circulao ou para avaliar grau de queimaduras com preciso e presteza.

As aplicaes mdicas de fibra ptica podem ainda incluir redes de comunicaes locais em grandes hospitais ou redes de distribuio de recursos concentrados num hospital especialista para assistncia de mdicos em localidades remotas. As fibras pticas suportam transferncias de dados de alta velocidade e comunicaes visuais utilizadas para monitorao remota de pacientes ou equipamentos, na consulta s informaes sintomticas especializadas ou ainda em procedimentos cirrgicos. Interferncias eletromagnticas dos equipamentos hospitalares de alta tenso (por exemplo, raios-X) so evitadas com o uso de fibras pticas. Enfim, fato que a fibra ptica no ramo da medicina veio para ficar. (Giozza, CONFORTI, WALDMAN, 2006)

5 FIBRA PTICA COM CRISTAL SEMICONDUTOR

Bandding (2011) trata da criao de um novo tipo de fibra ptica e as suas aplicaes no ramo mdico, ambiental e qumico. Foi desenvolvido um novo tipo de fibra ptica composta internamente de seleneto de zinco que um semicondutor em que a sua estrutura molecular superior da slica na fibra ptica comum, Badding (2011) ressalta:

O vidro tem um arranjo desordenado de tomos. J uma substncia cristalina, como o seleneto de zinco, altamente ordenada. Essa ordem permite a transmisso de luz com comprimentos de onda mais longos, especificamente na regio do infravermelho mdio.

Atravs da tcnica de deposio qumica sob alta presso, desenvolvida por Justin Sparks. (Site Inovao Tecnolgica, 2011) foi feito esse novo tipo de fibra ptica. A aplicao para a nova fibra ptica diz respeito medicina no tratamento e cirurgias usando laser infravermelho no sendo possvel anteriormente com o uso da fibra ptica de slica (vidro). Ainda no definida com clareza a sua utilidade na criao de sensores para o ramo qumico e ambiental para a deteco de poluentes o que est em desenvolvimento. Por fim os criadores da nova fibra ptica demonstram a contribuio que a nova aplicao ter para sociedade.

6 CONSIDERAES FINAIS

A fibra ptica de fato um marco da Engenharia Eltrica, pois ela permite a comunicao global, diagnsticos precisos na rea de medicina e tem inmeras aplicaes que no chegaram a ser abordadas nessa resenha, mas que facilitam a vida humana.

interessante notar as tentativas e dispositivos criados pelo homem para tentar manipular a luz desde a antiguidade. A fibra ptica como conhecemos considerada um avano recente, tendo em vista que o seu uso mais expressivo, que a transmisso de dados e telefonia de forma intercontinental, s teve incio no final da dcada de 80do sculo XX, o que acaba mascarando o extenso processo de desenvolvimento da tecnologia.

Ora, a fibra ptica no foi resultado de um simples estudo, ou de uma motivao especfica. Ela surgiu, derivada de vrias experincias, tentativas, erros e linhas que no necessariamente se encontrariam. Os seus trs principais componentes so: transmissor, condutor e receptor, que foram inventados de forma independente e foram unidos conforme a necessidade, seja a leitura de cartes perfurados, seja possibilitando um telefonema entre 2 pontos opostos do planeta.

Assim, fibra ptica um exemplo claro de uma inovao tecnolgica que no foi exclusiva de um inventor e, sim, resultado da multidisciplinaridade e pela constante busca por formas mais eficientes para a resoluo de problemas da nossa civilizao. O uso dessa tecnologia tende a se popularizar mais, por cada vez mais se ter a necessidade de aumento de rapidez nas transmisses de dados e de segurana destas transmisses.

Vemos que a fibra ptica est casa vez mais presente na sociedade. Mdicos com ferramentas com maior poder de preciso em seus diagnsticos. Sabendo que a aplicao da fibra ptica est ainda no comeo de tudo que ela pode proporcionar a sociedade medica.

O desenvolvimento da fibra ptica no para, j est em processo de desenvolvimento o uso de metais semicondutores para melhorar o desempenho da fibra, mostrando que esse desenvolvimento incessante e continuar nesse caminho, desde as fogueiras da antiguidade aos sofisticados condutores utilizando infravermelho.

Os autores citados nessa resenha descrevem bem sucintamente a respeito das vantagens e desvantagens do uso da fibra ptica em sistemas de transmisso de dados. Com uma anlise mais criteriosa, avalia-se que o uso deste tipo de transmisso depender muito da aplicao, sendo vantajosa quando se h uma previso inicial de expanses futuras, quando os dados so de extremo sigilo, quando a relao quantidade de pacote de dados e distncias longas for grande e etc. Os autores s pecaram em no descrever suas principais aplicaes como a Rede de Telefonia, as RDSI (Rede digital de Servios integrados) a TV a cabo, que so mais presentes no dia-a-dia de qualquer pessoa.

7 REFERNCIAS

NELLIST, John G. Understanding Telecommunications and Lightwave Systems: An Entry-Level Guide. 3 ed., [S.l]; 2002. p.145-150. IEEE Xplore. Disponvel em: Acesso em: 12 abr. 2012.

RODRIGUES, Guilherme da Cunha, BARCELOS, Diego Gomes. Fibra ptica. Urcamp, 14 jul. 2006. Disponvel em: Acesso em: 10 abr. 2012.

MALDONADO, Edison Puig; MATOS, Dinaldo de Castilho. Aspectos Fundamentais da Tecnologia de Fibras pticas. Puig. Disponvel em: Acesso: em 10 abr. 2012.

Giozza, W. F., CONFORTI, H., WALDMAN, H. Aplicaes da Fibra ptica na Medicina. Fibras pticas - Tecnologias e Projeto de Sistemas. Disponvel em: Acesso em: 11 abr. 2012.

BANDDING, J.V et al. Criada fibra ptica com cristal semicondutor. Inovao Tecnolgica, fev. 2011. Disponvel em:. Acesso em: 14 abr. 2012.