La fibra óptica: material textil y mineral.

Los antiguos griegos fueron los precursores de la ciencia detrás de este material, los cuales

usaban espejos para transmitir información, de modo rudimentario, usando luz solar.

En 1792, Claude Chappe diseñó un sistema de telegrafía óptica, que, mediante el uso de un código, torres y espejos distribuidos a lo largo de los 200 km que separan a Lille de París, conseguía transmitir un mensaje en tan sólo 16 minutos. 

Debido a las limitaciones de la época en cuanto a tecnología se refiere, solo se presentaron indicios de este material hasta ya la mitad del siglo xx debido a los previos estudios en física, refracción y óptica de la luz en distintos medios de transmisión. Por ejemplo, el físico irlandés John Tyndall descubrió, en el siglo XIX, que la luz puede viajar a través de agua.

 Las fibras ópticas comenzaron a interesar a los investigadores debido a sus aplicaciones prácticas que estaban siendo desarrolladas. En 1952, el físico Narinder Singh Kapany, apoyándose en los estudios de John Tyndall, realizó experimentos que condujeron a la invención de la fibra óptica. 

Con el estudio de Kao y Hockman en 1966 se produjo un antes y un después en la investigación de este material y la revolución de las comunicaciones. En el estudio se concluía que la atenuación observada hasta entonces en las fibras de vidrio, no se debía a mecanismos intrínsecos sino a impurezas originadas en el proceso de fabricación.

En la década de los 70 hubo diversos experimentos y estudios en los que la atenuación iba bajando cada vez más. Todo ello hizo que la fibra óptica fuera mejorando su transparencia cuantas más investigaciones se hacían.

En 1980, los científicos Payne y Desurvire inventan un amplificador óptico con el que se hizo más eficiente las comunicaciones interurbanas y su uso tanto en EEUU dentro del país y su conexión trasatlántica con Europa mejoró las comunicaciones entre países y más tarde al mundo entero.

Hoy en día, debido a sus mínimas pérdidas de señal y a sus óptimas propiedades de ancho de banda, además de peso y tamaño reducidos la fibra óptica puede ser usada a distancias más largas que el cable de cobre. 

2.Proceso de obtención

Para la creación de la preforma existen cuatro procesos que son principalmente utilizados.

La etapa de fabricación de la preforma puede ser a través de alguno de los siguientes métodos: 

M.C.V.D (Modified Chemical Vapor Deposition)

Este método utiliza un tubo de cuarzo puro de donde se parte y es depositada en su interior la mezcla de dióxido de silicio y aditivos de dopado en forma de capas concéntricas. A continuación en el proceso industrial se instala el tubo en un torno giratorio. El tubo es calentado a una alta temperatura en un quemador. Al girar el torno, el quemador comienza a desplazarse a lo largo del tubo. Por un extremo del tubo se introducen los aditivos de dopado. La deposición de las sucesivas capas se obtienen de las sucesivas pasadas del quemador y mientras el torno gira. La operación que resta es el colapso, se logra igualmente con el continuo desplazamiento del quemador a una temperatura menor a la anterior. A esta temperatura el cuarzo acaba  convirtiéndose así en  el tubo en el cilindro macizo que constituye la preforma.

V.A.D (Vapor Axial Deposition), O.V.D (Outside Vapor Deposition) y P.C.V.D (Plasma Chemical Vapor Deposition) son otros métodos de la obtención de la preforma los cuáles difieren de el método primigenio por sus diferentes características en cuanto a su material utilizado, la maquinaria y la temperatura utilizada en este proceso.

Otra metodología para este proceso se denomina en fase líquida: sólo permiten la fabricación de fibras de salto de índice.

• Método de la varilla en tubo (rod in tube).
• Método de los cri.

Estirado

Una vez que se dispone de la preforma, entra a otra fase donde por medio de cualquiera de los métodos anteriores se puede proceder al segundo paso, que consiste en la obtención de la fibra óptica propiamente dicha mediante un procedimiento de estirado de la preforma y posterior aplicación de un revestimiento a cada uno de los filamento

Pruebas y mediciones

Después del estirado, la fibra pasa a la etapa de prueba y medidas en la cual se verifican todos los parámetros. Existen tres tipos de pruebas : mecánico, óptico, y geométrico.

3. Aplicaciones actuales

Su uso es muy variado: desde comunicaciones digitales y joyas, pasando por sensores y llegando a usos decorativos, como árboles de Navidad, veladores y otros elementos similares.

Telecomunicaciones:

 Se emplea por su flexibilidad los conductores ópticos que pueden agruparse formando cables y por la baja atenuación que tienen.

Sensores:

Hay dos tipos:

En el sensor intrínseco, la fibra en sí misma es el elemento sensorio. En el caso del sensor no intrínseco, la fibra se utiliza para transferir las señales para que sean procesadas por un sistema electrónico.

Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para medir: deformación, temperatura, presión, humedad, campos eléctricos o magnéticos, gases, vibraciones y otros parámetros. Su tamaño pequeño y el hecho de que por ellas no circula corriente eléctrica les dan ciertas ventajas respecto a los sensores eléctricos. 

Iluminación

Es obvio que la fibra óptica transporta es luz. Esta aplicación es bastante importante, nos permite con suma facilidad iluminar zonas especiales sometidas a toxicidades, riesgos de incendio, etc. tales como industrias petrolíferas, explotaciones mineras, industrias de altos componentes inflamables y muchas otras. Con la fibra óptica se puede iluminar cualquier espacio con ausencia de electricidad y calor. Además, se puede cambiar de color la iluminación debido a que la fibra puede transportar el haz de luz de cualquier color sin importar el color de la fibra.

                    

4. Perspectivas futuras

La necesidad mundial de un incremento de la disponibilidad de ancho de banda ha conllevado y conllevará a un marcado interés en el desarrollo de redes ópticas. La capacidad casi ilimitada de la fibra óptica estará sujeta al desarrollo y mejoras de los equipos activos y de los multiplexores ópticos. Los láseres serán de gran importancia en un futuro teniendo una mayor variedad de extensiones y de diferentes capacidades.
Investigadores del University College de Londres han conseguido, en condiciones controladas de laboratorio, una velocidad de transmisión de datos 11 veces superior a la máxima oferta comercial en estos momentos. Tenemos el futuro de las comunicaciones y de otros ámbitos en un desarrollo de futuro no muy lejano.

5. Zonas de producción a nivel mundial y en España

 En el mapa del mundo se muestra los lugares de mayor comercialización y uso de las conexiones por fibra óptica. Las zonas de Asia basadas en esta producción son Japón, Taiwan, Corea del Sur y parte de China cerca de la costa debido a su utilización de agua salada. Hablando sobre Europa, Portugal, Alemania, Francia lideran la producción de este tipo de material. Aunque España no produce las fibras ópticas como tal, somos unos de los grandes consumidores a presente y a futuro no muy lejano de Europa y de todo el mundo. La producción de esta fibra en América está casi totalmente enfocada en EEUU y los proveedores de la materias primas son Canadá y Chile debido a su explotación minera.

6. Impacto Ambiental

Durante la obtención del material, el cual se obtiene en minas de cuarzo, hay un gran impacto ambiental debido a el transporte del material y también toda el agua y la maquinaria utilizada en su extracción y la refinación de la piedra. Además, el uso de diferentes químicos para la estabilidad y flexibilidad de la fibra óptica las cuales crean a una cubierta microscópica de polímeros, son muy agresivos y tóxicos para la vida vegetal y animal los cuales tienen que ser procesados y almacenados.

Durante la fabricación, se pierde mucho calor y material debido a fallos en la mecanización y sobre todo en el apartado de estiramiento  debido a sus fallas por ser un proceso relativamente nuevo a nivel de fabricación en masa. También, burbujas e impurezas causan fallas en el proceso. Se tiene que tener en cuenta que el uso de bombas de inyección de hidrógeno son utilizados. Por eso, se necesita una previa asolación del gas y eso además de costoso , se pierde mucha energía.

El funcionamiento de este material puede afectar en parte al medio ambiente debido a la amplificación del rayo láser y el surco de tierra llamado acueducto por donde tiene que ser conducido afectando a infraestructuras cercanas y también a la tierra por su impacto visual e infertilidad. En los cables submarinos, el impacto no es tanto solo si se recubre bien los filamentos. La movilización y utilización de esta fibra es muy difícil de instalar y conectar, por esto se utilizan muchos recursos.

Por su naturaleza de material de vidrio, su re-utilización y reciclaje es muy fácil pero lo único que afecta a esto es su recubrimiento y tratamiento con químicos. El uso de separado térmico, es muy eficaz para separar ambos materiales. Pero como siempre, consume mucha energía y agua que puede ser utilizada para otros sectores.


7. Normalización del material (ISO,AENOR,etc)

UNE-EN 60332-1-2:2005/A11:2016


Métodos de ensayo para cables eléctricos y cables de fibra óptica sometidos a condiciones de fuego. Ensayo de propagación vertical de la llama para un conductor individual aislado o cable. Procedimiento para llama pre-mezclada de 1kW.

En esta norma (igual a de la normativa europea y mundial ) se recoge un ensayo sobre la durabilidad y resistencia de la fibra sometida a grandes cantidades de calor y su comportamiento durante la misma. Esto tiene una gran importancia debido a posibles complicaciones en su instalación y acoplamiento a la red eléctrica. Un fallo en el umbral de calor y podría incendiar todo una casa en cuestión de minutos por el recubrimiento de polímeros.

Esta regla está muy relacionada con esta otra,UNE-EN 13501-1:2007+A1:2010, porque en ella se recoge todo los efectos del fuego y del calor en general a todo tipo de materiales para infraestructura.
El comité que regula todo lo relacionado con cables para telecomunicaciones y fibra óptica es el CTN 212. Esta se hace cargo de la normalización de: Cables, hilos, guías de onda, conectores y accesorios para la comunicación y señalización, fibra óptica.

Diseño,Producción y Comercialización.

1. BEATS por Dr. Dre

Beats Electronics es una división de Apple, que produce productos de audio.

2. Diseño del producto. 

Su estética es una gran parte de toda la imagen del producto. Su color (dependiendo del modelo) puede casi ser de una elección infinita debido a su alta personalización (contornos,colores mate,cromación, etc). La forma del producto es como unos audífonos cualesquiera solo que con disponibilidad de ser plegados y que son una pieza sólida e integrada. 

El impacto que generaría serían los sobrantes en su fabricación y su transporte y distribución.

Su empaquetado incluye una funda de transporte, una guía de inicio rápido y una tarjeta de garantía; los cuales son bastante fáciles de reciclar y no dejar una gran huella ecológica. Sus baterías son bastantes resistentes pero al ser de litio , son un claro contaminante muy agresivo.

Están reforzados con acero inoxidable. Su diseño es sólido y estable, lo que incrementa la presión sobre las orejas(ergonomía). Además se adaptan muy bien a las manos del consumidor y tienen una conexión a los dispositivos utilizados de menos de medio segundo.

Tiene un claro número de componentes metálicos como pequeñas detalles de hierro e imanes.

Excepto los conductores y el cable del audio, las demás partes metálicas son solo para la comodidad y una mayor calidad y estética. Las baterías son de litio con una gran autonomía (40h).

Los componentes plásticos estructuran y dan movilidad al producto, además de las almohadillas ( espuma de poliestireno ) para un mejor adherido a las orejas.

En muchos colores a la elección del consumidor.

Este producto permitía aislar los sonidos externos y reproducir fielmente las características originales de las grabaciones. Pero esto no solo era su mayor diferenciador, puesto que desde su diseño se inclinada en contravía a las tendencias de audífonos pequeños. 

3. Proyecto Técnico del producto.

Dejaré de manifiesto todas las especificaciones técnicas del producto:

Cancelación de ruido no incluido. 

Peso: 200g. 

Dimensiones:19.8cm de longitud, al estar retráctil: 9,6cm. 

Autonomía de la batería:40h cargado en su totalidad, 3h en una carga de 30min. 

Componentes incluidos en el producto: Audio (3,5 mm), Micro-USB, Funda de transporte. 

Compatibilidad con otros dispositivos electrónicos: Smartphones, ipods, iphone, androids y tablets. 

Las frecuencias graves no sobresalen tanto como en otros modelos del mercado, de forma que el sonido es más equilibrado. 

Cuentan con un cable de 3,5 mm y aunque no tienen conectividad Bluetooth el cable incluye controles de reproducción de música y de llamadas, además de micrófono (comodidad para el usuario).

Componentes del producto al ser desmontado:

No se pueden encontrar muchos documentos que tengan que ver con el proyecto técnico de los beats,pero en el soporte  legal de https://www.beatsbydre.com/ se pueden encontrar todas las características sobre el producto y todos sus servicios que ofrece.

Su certificación se basa en el sonido y el acabado de los audífonos para un potencial comprador.

4. Etapas de diseño de los audífonos Beats.

    

Con todos los planos y dibujos técnicos de nuestros cascos(ya teniendo el boceto broccio y todo su modelaje tanto 2d como 3d), estarían listos para su fabricación en poca escala(2000 unidades según Apple Electronics en la salida de los primeros auriculares en el 2008)y a compradores potenciales expertos como también a deportistas de élite, músicos( Djs y música electrónica) y gente de alguna fama en general (para tener una clara ventaja antes de que ni siquiera salga al mercado). Se estudian en profundidad y se dan una valoración con todos los defectos y puntos fuertes del producto.

Ya después de todo este proceso, estarían listos para una fabricación en masa.

 

5.Norma que afecta al producto(UNE-EN 50332-3:2017 (Ratificada)).

Equipos para sistemas acústicos: Cascos y auriculares asociados con equipos de sonido portátiles. Método de medición del nivel máximo de presión acústica y límites considerados. Parte 3: Método de medición para la gestión de las dosis de ruido (Ratificada por la Asociación Española de Normalización en marzo de 2017.) Sigue en estado vigente hasta una revisión de la misma.

Da una vista sobre los niveles adecuados de sonido para que no haya ningún tipo de pérdida de audición al consumidor(este lleva impuesto desde el 2015).

6. ISO 14001 y su asociación con Apple Electronics.

  

Respuesta de Apple: Recurrimos a servicios externos para verificar nuestras emisiones de gases de efecto invernadero , así como el impacto de los residuos y del consumo de energía y agua en nuestros centros de datos, oficinas y tiendas en todo el mundo. Bureau Veritas (BV) otorgó la calificación de “garantía razonable” a estos datos de impacto medioambiental, una de las más altas de la industria.

El Instituto Fraunhofer de Alemania comprueba la calidad y la precisión de los datos sobre las emisiones de gases de efecto invernadero de alcance 3 de nuestros productos, calculadas según su ciclo de vida, de conformidad con los estándares de gestión medioambiental ISO 14000 (ISO 14040 y 14044), consagrados a nivel internacional.

Han habido algunos escándalos con Apple debido a sus deshechos electrónicos desguazados en Vietnam y el Congo. Debido a esto, desde hace cinco años la empresa aclara trimestralmente todo lo que tenga que ver con el impacto de sus productos.

7.Estudio del mercado y los Beats.

Los Beats llevan con nosotros desde hace más de una década, y son unos de los auriculares y segundo producto de Apple más exitosos del mercado. Su alta tasa de ganancias se debe a un gran uso de marketing y su posicionamiento por un estilo propio. Aunque no llegan al tener el monopolio porque es prácticamente imposible de llegar a tenerlo, existe una especie de oligopolio entre las marcas Sony,Apple,Pioneer entre otras. En este caso, son la opción de adquisición alta más influyente en el mercado. Pero, hay que resaltar que no se encuentra en una clara ventaja frente a otras empresas debido a su precio y estatus de la marca. No hay equilibrio claro en el mercado pero está bastante estable y la compra de artículos de menor calidad y precio está arraigado.El objetivo de venta son los grupos de edad de los pre-adolescentes y Generación Y en su mayoría(también personas relacionadas con la música y la creación audiovisual).

Aquí dejo el cúmulo del precio destinado a la fabricación.

8.Envase de los Beats

El nuevo envase de los Beats es una caja de unos 30x30cm hecho con unas nuevas fibras que son hiposolubles y fáciles de eliminar y compactar. En este viene toda la información codificada de los auriculares, tanto como la imagen del producto,sus contenidos y sus características. Basta con sumergir el envase durante unos minutos en agua caliente. El material no desaparecerá totalmente, pero se disolvería en el agua. Es la primera vez que Apple idea algo así en uno de sus embalajes. La compañía siempre se ha caracterizado por ofrecer cajas originales, que ocupan poco tamaño y que no requieren de gran cantidad de recursos para su fabricación.

9.Esquema de la vida útil de los Beats

Lo que habría que tener en cuenta en este esquema que el cuadrado marrón puede llegar a afectar todo el proceso porque afectaría negativamente a la naturaleza por la mala asimilación de residuos, depositación y deterioro de espacios verdes o lugares de extracción de los materiales. Además, los Beats tiene un gran número de componentes derivados del petróleo y otros componentes corrosivos y los que no son de origen artificial, son aleaciones metálicas de difícil separación y reciclaje. El uso de cantidades de agua muy grandes conllevan a que deben ser drenadas y limpiadas para el uso agrícola o de ganadería.La vida útil de estos auriculares sería de unos 3 o 5 años dependiendo del desgaste de las pilas y su uso. La fabricación de este producto se basa casi en su totalidad en mano de obra en países en desarrollo, por lo que Apple tiene que dar una vida digna y sueldos concordes con las horas de fabricación invertidas.