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Il CERN e le sue infrastrutture
Roberto Saban
Dipartimento Engineering
CERN
RICERCA E TECNOLOGIA DI FRONTIERA
Torino, 31 Marzo 2014
il quadruplice ruolo
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Il CERN 1. Organizza la cooperazione internazionale nella ricerca,
2. Incoraggia i contatti fra ricercatori e gli scambi con altri laboratori/istituti nazionali ed internazionali.
3. Diffonde l’informazione pubblicando i risultati e organizzando il trasferimento di tecnologia verso l’industria
4. Dispensa una formazione specializzata ai ricercatori tramite programmi di formazione a tutti i livelli.
Collaborazione internazionale Ricerca
Sviluppi tecnologici Educazione
2
Long Shutdown 1
7 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
F M A M J J A S O N D J F J F M A M J J A S O N D
2013 2014 2015
M A
beam to beam
available for works
Physics Beam commissioning Shutdown Tests
Long Shutdown 1
Il giustificazione principale di questa pausa dell’operazione dell’LHC è la riparazione delle inter-connessioni dei magneti superconduttori principali
Però risponde anche alla necessità di manutenzione di numerosi impianti rimasti in operazione per diversi anni, di nuovi progetti, di installazione e sostituzione di cavi ed altre riparazioni in tutto il complesso degli acceleratori e degli esperimenti.
8 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
4 TeV per fascio a 6.5 – 7 TeV
engineering
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
• Infrastrutture
• Engineering
• Coordinazione
• Componenti per gli acceleratori
10
Raffreddamento & Ventilazione Sistemi idraulici raffreddamento ad acqua
(acceleratori, zone sperimentali, centri di calcolo, laboratori …);
distribuzione acqua potabile e rete antincendio;
sistemi pompaggio acque di scarico.
Impianti di ventilazione, condizionamento delle aree sotterranee e degli edifici.
Impianti di distribuzione aria compressa.
Impianti di raffreddamento specifici per rivelatori nelle zone sperimentali.
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN 11
Chillers, pompe, scambiatori, valvole, tubazioni.
Processo, Supervisione, Automazione, Sonde, strumentazione Quadri elettrici, cavi,
motori….
Impianti di raffreddamento
Consumo di una città di 45’000
abitanti 10% consumo del
Cantone di Ginevra
22 Torri di raffreddamento (450 MW)
35 Stazioni di acqua ghiacciata 6-12oC (73 MW)
150 Stazioni di raffreddamento (acqua industriale, demineralizzata, C3F8, C4F10, C6F14)
800 km Tubazioni
5'400 m3/h Rete di distribuzione acqua : 3 stazioni
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Impianti ventilazione & distribuzione fluidi
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Ventilazione, condizionamento, riscaldamento
1’500 unità, da 2’000 a 120’000 m3/h per unità
Antincendio 800 punti
Aria compressa 14 stazioni, rete distribuzione 200 km
Produzione acqua demineralizzata
20 m3/h - 0.1 μS/cm
Eurotunnel 50 km, 540’000 m3/h
LHC 27 km, 290’000 m3/h
13
Raffreddamento dei rivelatori
Uso di perfluorocarburi (C3F8, C4F10, C6F14), CO2
Parti metalliche: inox
Parti in plastica: EPDM, UHMWPE, Vespel, PCTFE.....
Contaminazione circuito
compressori e pompe “oil-free”, cuscinetti magnetici, filtri.
Fughe fluido
Fuga singoli componenti: 10-7 o 10-8 mbar/l s
Saldature controllate 100% a raggi X
Flange UHV, o-rings metallici.
Temperature -30 / 80 °C
Pressioni 0.2 / 90 bar
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Raffreddamento & Ventilazione
Potenza [MW]
Portata [m3/h]
Temperatura [°C]
Pressioni [bar]
Numero di circuiti
Acqua demineralizzata
0.2 – 5 20 - 400 25 - 35 13 3
Acqua ghiacciata
0.1 - 2 15 - 70 6 - 12 5 3
15 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Raffreddamento
Potenza [kW]
Portata [m3/h]
50 - 500 40’000
Ventilazione
Impianti tipici
La distribuzione di energia elettrica
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Consumo annuo 1.2 TWh
Potenza istantanea max 200 MW
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Cantieri
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Il rinnovo dei cavi dell’SPS
Distribuzione(3.3/18/66 kV)
Controlli
Per un totale di 90 km in trincee di 7 km
Costo
17 MCHF
6 FTE
17
Distribuzione di energia elettrica
Cantieri
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Nuova sottostazione elettrica
Alimentazione ridondante del centro di controllo degli acceleratori
Costo
~ 6 MCHF
8 FTE
18 kV
3.3 kV assicurato
400 V
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Distribuzione di energia elettrica
Cantieri
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Ridondanza della rete di trasporto 66 kV
Una piccola sottostazione nuova
Il rinnovo di un sottostazione esistente
MEH59 - Outdoor 66 kV
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Distribuzione di energia elettrica
Progetti
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Consolidazione della protezione della rete di trasporto 66 kV
Ridondanza delle reti 66 et 18 kV Rinnovo della sottostazione BE
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Distribuzione di energia elettrica
La distribuzione di energia elettrica
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Forniture tipiche
Produzione, installazione, collaudo e manutenzione di
Unità di produzione e distribuzione su batterie di 48 V dc per i sistemi di controllo delle reti elettriche
Gruppi statici di continuità (UPS) 400V, da 10 a 200 kVA
Sottostazioni elettriche chiavi in mano
Produzione di
Trasformatori in resina 18/0.4 kV, 18/3.3 kV, 3.3/0.4 kV da 400 a 8000 kVA
Cavi alta tensione 24, 72 kV
Cavi raffreddati ad acqua
Fibre ottiche single- e multi-mode
La distribuzione di energia elettrica
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN 22
Servizi tipici
Installazioni di
cavi di distribuzione, raffreddati ad acqua e di controllo
fibre
quadri elettrici
Manutenzione di
quadri elettrici alta e bassa tensione
automatismi di riconfigurazione della rete
gruppi statici di continuità
generatori diesel
Trasporti Gestione completa di tutta la
catena logistica (mezzi, e personale) per rispondere a qualsiasi bisogno di trasporto e movimentazione propria al CERN.
Dallo studio all’acquisto del mezzo, alla sua utilizzazione, manutenzione e gestione fine vita.
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Transporti durante LS1
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0
20
40
60
80
100
120
gen-13 feb-13 mar-13 apr-13 mag-13 giu-13 lug-13 ago-13 set-13 ott-13 nov-13 dic-13
Personnel Deployed
Weight [kt]
LHC Magnets, SPS BA1
Courtesy Caterina Bertone
Veicoli industriali
30 carrelli elevatori diesel e 150 elettrici
100 piattaforme semoventi aeree
1000 macchine per manutenzione manuale
60 veicoli speciali per il trasporto dei magneti dei vari acceletatori
180 trattori elettrici
TOTALE : 1500 macchine (Valore 25 M€)
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Trasporti
31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
342 carriponte + 450 paranchi + 2000 bilancini Valore totale 82 M€
Il treno per la tele ispezione in azione nel tunnel LHC.
Gruppo motoriduttore dell’ascensore PM45 (100 m)
Tre contratti recenti con una grande ditta italiana per il rinnovo (4) e la sostituzione (50+5) di carriponte per un totale di 3.2 M €
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Trasporti
27 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Impianti e attrezzi tipici Carriponte
Ascensori [merci & persone]
Elevatori a forca (forklift)
Scartamento fino a 60 m
Portata 0.5-180 t
Altezza fino a 150 m
Fermate 2 - 8
Portata 0.320 a 25 t
Altezza fino a 150 m
Propulsione Diesel o batterie elettriche
Portata 0.5 a 20 t
Ingegneria Meccanica e Materiali
Fornire alla comunità CERN – acceleratori e rivelatori - soluzioni di ingegneria combinando progetto meccanico, fabbricazione e scienza dei materiali.
28 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Mandato
Inermet : comparison Autodyn (SPH) between simulation and experiment
Ingegneria Meccanica e Materiali
29 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Engineering & Progettazione
Fabbricazione
Materiali & Metrologia
Ufficio Studi interno, 40 progettisti
CATIA / SmarTeam, ANSYS
Laboratorio di misure meccaniche
4000 m2 di officine interne, 50 tecnici (Staff e
Industrial Support): lavorazioni CNC, lamiera
& saldatura, electron beam & laser, brasatura
sotto vuoto
Servizio di subcontracting
Supporto materiali, analisi & metallurgia:
microscopia, prove meccaniche
Controlli NDT: US, radiografia, tomografia
350 m2 di laboratorio di metrologia interna:
CMM
Attività
Ingegneria Meccanica e Materiali
30 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Fatturato
2010 2011 2012 2013
Ufficio studi e progettazione 2.4 2.7 3.1 2.8
Subcontracting 3.8 5.9 7.0 7.9
Fabbricazione 2.6 3.5 4.3 5.7
8.8 12.1 14.4 16.4
!
31 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Ingegneria Meccanica e Materiali Tipologia dei lavori di subcontracting
Settore Prodotti principali Tecnologie
UHV-XHV (Vacuum)
Camere vuoto Flange per UHV (CF)
TiG welding; EB welding (saldatura fascio elettroni); Brasatura (sottovuoto)
UHV-XHV (Vacuum)
Soffietti TiG welding; EB welding;
Ceramica Aluminium Oxide, Zirconium Oxide, Silicon Carbide, Silicon Nitride
Lavorazioni meccaniche Trattamenti superficiali
1/2
32 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
Ingegneria Meccanica e Materiali Tipologia dei lavori di subcontracting
Settore Prodotti principali Tecnologie
Lavorazioni meccaniche generali
Telai (acciai al carbonio, acciai inossidabili, superleghe di nickel, leghe di alluminio)
Saldatura (lunghezza almeno 3 metri) Fresatura Verniciatura
Lavorazioni meccaniche di precisione (+/- 0.02)
Componentistica meccanica (acciai al carbonio, acciai inossidabili, superleghe di Nickel, leghe di alluminio)
Fresatura, Tornitura, Rettifica (500x500x500mm)
Lavorazione lamiera Taglio (laser, water, plasma) Saldatura Piegatura
Lavorazioni meccaniche
Materiali esotici (tantalum, tungsten, molybdenum, carbon)
Fresatura, Tornitura, Rettifica
2/2
Contratti
1. Nuovi impianti, modifiche (upgrade, ristrutturazione) impianti esistenti
progettazione di dettaglio, fornitura materiale, installazione, test, start up, redazione dossier tecnico
2. Modifica parziale di impianti (ampliamenti, nouve utenze..)
fornitura materiale, installazione, test, redazione dossier tecnico.
3. Fornitura materiale, pezzi ricambio, componenti specifici
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Contratti
34 31 Marzo 2014 Roberto Saban - CERN
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2010 2011 2012 2013 2014
M C
HF
Servizi Forniture
Run 1 LS1
30 fb-1
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