Download Pliego de Prescripciones Técnicas para la Consultoría Y

MINISTERIO DE
EDUCACIÓN Y
CIENCIA
CONSEJO SUPERIOR
DE INVESTIGACIONES
CIENTIFICAS
PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TÉCNICAS PARA LA CONSULTORÍA Y
ASISTENCIA DEL ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE UNA SOLUCIÓN RESISTIVA
Y OTRA SUPERCONDUCTORA DE LOS IMANES DEL ANILLO NESR DE GSI,
INCLUYENDO SUS FUENTES DE ALIMENTACIÓN Y EL DISEÑO DE LOS
CRIOSTATOS DE LOS DIPOLOS DE NESR, CON DESTINO AL INSTITUTO DE
FÍSICA CORPUSCULAR (IFIC)
1.
OBJETO DEL PLIEGO
El objeto del presente pliego es el diseño magnético definitivo y criogénico
preliminar del dipolo principal del anillo secundario “New Experimental Storage
Ring” (en adelante NESR), uno de los anillos de la futura instalación internacional
“Facility for Antiproton and Ion Research” (en adelante FAIR) de “Gesellschaft für
Schwerionen Forschung” (en adelante GSI), y el diseño preliminar de la fuente de
potencia del dipolo. Además, se incluirá una comparación de costes entre las
soluciones resistiva y superférrica para el dipolo principal, tanto para el imán
como para su fuente de alimentación.
Código CPA: 73.10.11
2.
PRECIO DE LICITACIÓN
El precio máximo de licitación será de 158.000,00 €, IVA e impuestos incluidos.
3.
PLAZO DE EJECUCIÓN
El plazo de ejecución será de tres meses.
4.
FORMA DE PAGO
El pago se hará efectivo en un solo pago tras la recepción de los siguientes
entregables:
a) entrega del informe de diseño preliminar para la fuente de alimentación del
dipolo principal.
b) entrega del informe preliminar del diseño de la criogenia y del informe de
soluciones constructivas de los criostatos.
c) entrega del informe definitivo del diseño magnético del dipolo principal del
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Fax: 91.585.50.98
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anillo secundario NESR y el informe del análisis de costes de la solución resistiva
frente a la solución superférrica.
Las facturas deberán incluir todas las menciones legalmente obligatorias. Los
plazos previstos en el artículo 99 del TRLCAP se computarán a partir de la
entrega por el contratista de la respectiva factura y debidamente recepcionado el
objeto del contrato.
5.
LUGAR DE ENTREGA
Los diferentes entregables, según se ha definido en el apartado 6, deberán ser
entregados y recepcionados por el Instituto de Física Corpuscular:
IFICInstituto de Física Corpuscular
CSICUniversidad de Valencia
Edificio de Institutos de Investigación de Paterna
Polígono La Coma s/n
Paterna, VALENCIA
6.
6.1
PARTES Y COMPONENTES DEL DISEÑO
COMPARACIÓN TÉCNICO-ECONÓMICA DE LOS DIPOLOS DE NERS EN
VERSIÓN RESISTIVA Y SUPERCONDUCTORA
Las actividades requeridas dentro del diseño del Dipolo Principal que se deben
realizar son:
a) Diseño magnético definitivo del dipolo.
b) Análisis de costes de una solución resistiva frente a la solución superférrica
para el dipolo.
Los entregables, tras la tareas de diseño arriba mencionadas, serán:
-
-
Informe definitivo del análisis de costes de la solución resistiva frente a
superférrica. Dicho informe contendrá estimaciones de costes para
alimentación,
potencia
eléctrica
consumida,
refrigeración,
mantenimiento, estructura de soporte y fabricación del dipolo resistivo
y una comparación de costes final con el diseño superférrico.
Informe definitivo del diseño magnético del imán. Dicho informe
contendrá los cálculos realizados, los dibujos en 2D y 3D definitivos
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del imán y las especificiones definitivas del diseño del dipolo.
6.2
COMPARACIÓN TÉCNICO-ECONÓMICA DE LAS FUENTES DE LOS
IMANES DE NERS EN VERSIÓN RESISTIVA Y SUPERCONDUCTORA.
Esta fase comprende la definición de los lazos de control para ambos tipos de
fuente de alimentación, así como una completa simulación del sistema en lazo
cerrado que corrobore el cumplimiento de los requisitos de las especificaciones
técnicas.
Se consideran las siguientes actividades:
-
Diseño de la topología de la fuente de alimentación del dipolo.
Estudio comparativo de la fuente de alimentación del dipolo para los
casos resistivo y superférrico.
El entregable, tras la tareas de diseño arriba mencionadas, será:
-
6.3
Informe de diseño preliminar para la fuente de alimentación del dipolo
superconductor. El informe incluirá la documentación preliminar de
diseño de las fuentes de alimentación del dipolo y cuadrupolo. Estos
documentos incluirán todas las simulaciones provisionales y una breve
descripción de las topologías seleccionadas.
DISEÑO DE LOS CRIOSTATOS DEL DIPOLO SUPERCONDUCTOR.
En esta fase se deben diseñar las estructuras criogénicas que mantendrán las
bobinas superconductoras del dipolo a la temperatura requerida. Las actividades
a realizar son:
-
Cálculos y diseño 2D de criostato.
Cálculos y diseño 3D de criostato.
Los entregables, tras la tareas de diseño arriba mencionadas, serán:
-
-
Informe preliminar del diseño de la criogenia. Dicho informe contendrá
los cálculos realizados, los dibujos en 2D y 3D de los criostatos y las
especificiones para la criogenia y para las current leads.
Informe de soluciones constructivas para el diseño del criostato. Dicho
informe contendrá los posibles diseños del criostato y los dibujos en
2D y 3D de las distintas soluciones.
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7.
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ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
El anillo NESR tiene una circunferencia de 222.11 m y una potencia de deflexión
de 13 Tm. La longitud de las zonas rectas es de 18 m, según se muestra en la
figura siguiente.
7.1.
DIPOLO PRINCIPAL
Especificaciones básicas
Las especificaciones básicas de los dipolos son las siguientes:
Nombre del imán
Número de imanes en el anillo
Tipo
Campo magnético máximo
Campo magnético mínimo
Rampa del campo
B máximo
Ángulo de deflexión
Chaflán del polo del yugo
(entrada/salida)
T
T
T/s
T
grados
grados
Dipolo NESR
24
superférrico
1.6
0.06
1
1.5
15
0
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Radio de curvatura, R
Longitud magnética eficaz, L
Apertura horizontal disponible1
Zona horizontal de buen campo
Apertura vertical disponible
Dimensión vertical del entrehierro
Calidad de campo integrado,
m
m
mm
mm
mm
mm
(  Bdl)
 Bdl
8.125
2.128
170
125
35
45
110-4
La apertura tiene que ser más ancha en hasta 4 dipolos detrás de un blanco para permitir el
paso de los productos a los detectores.
Especificaciones de los dipolos











Los dipolos serán imanes laminados superférricos de hierro, polos y tubo del
haz calientes.
Se necesitan cables de baja inductancia y alta intensidad (unos 6000 A).
El diseño del criostato debe asegurar que las corrientes de Foucault inducidas
en él por el campo magnético variable son despreciables. Para ello, el
criostato deberá estar diseñado en plástico reforzado de fibra de vidrio (GRP)
o en una mezcla de ambos.
El prototipo debe ser un imán que se repite periódicamente (de perfil
trapezoidal o curvo).
Debe ser posible tener un agujero de 5 cm de diámetro en el yugo para la
inyección de un láser en el eje del haz de la sección recta.
La refrigeración será mediante flujo forzado de helio supercrítico.
Se prevé helio gas (50K-80K) en vez de nitrógeno para el apantallamiento.
Las conexiones de potencia con el exterior deben ser de superconductores de
alta temperatura crítica. GSI desarrollará un diseño común.
La protección y detección ante transiciones (quench) se desarrollará en
coordinación con los expertos de GSI.
Se requiere un vacío de aislamiento del criostato < 1 x 10-6 mbar sin masa fría.
También se necesita una tasa de fugas integral < 1 x 10-7 mbar l/s para cada
criostato. De acuerdo a este parámetro y junto con la carga de gas producida
por el material de aislamiento, se debe optimizar el diseño del sistema de
aislamiento de vacío junto con el tipo y localización de bombas, válvulas y
diagnósticos.
El nivel de vacío requerido en el tubo del haz es de 1 x 10-11 mbar. Todos los
componentes de vacío deben estar diseñados para permitir un “bakeout” del
sistema a 250 ºC con tasas de calentamiento/enfriamiento de 20ºC/h. Se
requiere por parte del fabricante una tasa de fugas integral < 1 x 10-10 mbar l/s
y una tasa de desgasificación superficial < 10-12 mbarl/scm2 para cada
componente de alto vacío. Según estos parámetros, se debe optimizar el
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diseño del sistema de alto vacío junto con el número y localización de bombas,
válvulas y diagnósticos. Para más detalles, ver especificaciones UHV de GSI.
Se deben minimizar las pérdidas por corrientes de Foucault en el tubo del haz.
El diseño debe incluir referencias mecánicas representando la línea del haz.
Modo de operación
Con respecto al modo de operación de los imanes, éstos tendrán esencialmente
dos: modos pBar y modo RIB, en los que se necesitarán las rampas de
incremento y decremento de campo arriba mencionadas.
Se estima que el imán operará un 25% de su tiempo en modo pBar y el resto en
modo RIB.
A continuación se presenta el modo pBar:
2
Dipole field [T]


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1.5
1
0.5
0
0
Duración
<1s
1s
10 - 50 s
0.5 s
ca. 5 s
<1s
10 min
1.5 s
100
Campo
magnético
1.6 T
0.6 T
0.1 T
0.1 T
0.1 T
200
300
t [s]
400
500
600
Notas
Inyección a 3 GeV
Rampa con 1 T/s hasta 840 MeV, B = 1 T
“Electron cooling”
Rampa a 1 T/s hasta 30 MeV, B = 0.5 T
“Electron cooling”
Extracción
Espera hasta próxima inyección
Rampa a 1 T/s hasta nivel de inyección
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Dipole field [T]
2
1.5
1
0.5
0
0
2
4
6
8
10
12
t [s]
El modo RIB se representa en la siguiente gráfica:
Duración Campo magnético
1 -30 s
< 1.6 T
< 1.5 s
ca. 3 s
<1s
< 15 min
> 0.06 T
> 0.06 T
> 0.06 T
< 1.5 s
7.2.
Notas
Inyección a 100 -740 MeV/u, “electron
cooling”·
Rampa a 1 T/s hasta 3 – 100 MeV/u,
max. B = 1.5 T
“Electron cooling”
Extracción
Realización de experimentos en el
mismo anillo y espera hasta próxima
inyección
Rampa a 1 T/s hasta nivel de
inyección
FUENTES DE ALIMENTACIÓN
Condiciones ambientales:
Refrigeración por aire:



Temperatura ambiente
Humedad relativa
Altitud
Refrigeración por agua:
 Circuito de agua desalinizada
20°C...25°C
max. 70%
< 1000 m
1-5 µS/cm
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




Máxima presión
Presión de pico
Incremento de presión (entrada/salida)
Temperatura de entrada
Temperatura máxima de salida
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12 bar
15 bar
6 bar ... 8 bar
18 ºC
45ºC
Red eléctrica de 20 kV:




Frecuencia
Tensión
Tensión de secuencia negativa
Contenido armónico
o Segundo armónico
o Tercer armónico
o -ésimo armónico
50 Hz ± 0.5%
20 kV ± 5%
1%
0.05%
1%
1% para 25
0.2 (1+ 25 ) % para 25 <  < 97

con  = 6 K ± 1 y k = 1,2,3
Especificaciones de la fuente de alimentación:
Refrigeración por aire:


Se deben calcular y especificar las pérdidas
Se incluirán los ventiladores en la fuente
Refrigeración por agua:





La temperatura máxima de salida es de 45 ºC
Se deben calcular y especificar las pérdidas del agua
Se debe especificar el caudal de agua el l/min. Deben existir medidas para
ajustar y controlar el flujo de agua de acuerdo con las necesidades de la
fuente de alimentación independientes de fluctuaciones en la presión del
circuito externo de agua.
En caso de flujo de agua insuficiente debe existir un bloqueo.
Se permiten los siguientes materiales: cobre, acero, sintéticos.
Consideraciones eléctricas:

Tensiones armónicas permitidas causadas por las corrientes de la fuente en
transformador de 20 kV, 31.5 MVA y uk=12%:
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U
UN
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0.1%
para  = 2 k
k = 1,2,3...
0.2%
para  = 2 k + 1
k = 1,2,3...
0.6%
para  = 11,13
0.25%
para  = 23,25.
<
especialmente:
U
UN




<
Las necesidades de potencia se deben calcular y especificar.
Las fuentes de alimentación con una potencia nominal > 500 kW (aprox.)
deben conectarse a la red de 20 kV.
El transformador es parte de la fuente de alimentación. Sin embargo, el
interruptor de protección de 20 kV no es parte de la fuente de alimentación.
La alimentación de la electrónica tendrá siempre terminales separados de
entrada a la red trifásica de 400 V. El interruptor pequeño de protección será
parte de la fuente de alimentación.
Necesidades de la construcción:




Se debe especificar la superficie de planta y la altura de los armarios.
Se debe especificar el peso de la fuente de alimentación (y de sus
componentes separados).
Se deben especificar consideraciones de colocación para sistemas
distribuidos.
Se prevé un suelo técnico y todos los cables y tomas de agua vienen por
debajo.
Display y control:




Toda la electrónica de control es parte del la fuente de alimentación
incluyendo los bucles de control.
Hay dos transformadores de intensidad DC: uno para control de intensidad y
otro para monitorización de intensidad.
Debe ser posible un control manual completo en la fuente de alimentación sin
usar el sistema de control externo.
Debe ser posible un control remoto completo.
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




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Se debe incluir electrónica para comunicación digital con el sistema de
control externo.
Se deben de instalar visualizadores adecuados para ver las magnitudes
controladas.
Las indicaciones de falta y estado deberán darse mediante LEDs.
Se prefiere implementar un control digital para los bucles de control internos.
Opcionalmente se debe considerar el control de campo mediante un imán de
referencia.
Protección:
 La fuente de alimentación debe autoprotegerse ante fallos internos y
externos:
o Habrá sistemas de detección de faltas
o Habrá sistemas de eliminación de faltas.
o Habrá sistemas de protección.

La fuente de alimentación debe proteger la carga en todas las condiciones:
o Para sobreintensidades y sobretensiones
o mediante reacciones predefinidas a bloqueos de la carga como
 Bloqueo de temperatura.
 Bloqueo de agua
 Detección de transiciones (quench).

Todo el hardware para amortiguar la energía del imán en caso de transición
(quench) será parte de la fuente de alimentación (resistencia de
amortiguamiento, interruptor DC, ... ) :
Características de la fuente de alimentación:

Tasa de intensidad:
La intensidad debe aumentar desde 0 al valor nominal en 1.6 s

Relación de intensidad nominal a intensidad mínima: 27.

Retraso de intensidad:
No se permite retraso. La intensidad real debe seguir la consigna en los
límites de la desviación total según se indica debajo

Desviación total:
o +/- 1.0x10-6 x IN para el sistema del dipolo a corriente constante.
o +/- 1.0x10-4 x I para el sistema del dipolo a corriente variable: IN /25
< I < IN
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La desviación total define una banda alrededor del valor de consigna que
nunca debe ser sobrepasado por el valor real.
Los valores indicados necesitan medidas especiales para mantener los
transformadores DC a temperatura constante.
La desviación total incluye el rizado de corriente, la resolución y la precisión.

8.
Rizado de corriente:
El rizado de la corriente debe ser menor que la desviación total. Los valores
son:
o +/- 0.5x10-6 x IN para el sistema del dipolo a corriente constante
o +/- 0.5x10-4 x I para el sistema del dipolo a corriente variable: IN /25
< I < IN
OTRAS CONDICIONES
Cumplimiento de las obligaciones empresariales que establece la Ley de
Prevención de Riesgos Laborales, así como la normativa y reglamentación que le
sea de aplicación en su caso vr. gratia (Norma Básica de Edificación NBE-CPI96, Reglamento Lugares de Trabajo, etc.), así como evitar o reducir en lo máximo
posible, y siempre dentro de la legalidad, cualquier impacto ambiental (y dentro
de él la generación de residuos) que el desarrollo del trabajo o actividad, objeto
del contrato, pudiera generar.
9.
GARANTÍA
La garantía para el diseño que se solicita será de un mes a partir de la recepción
del objeto del contrato.
10.
CERTIFICACIONES
Junto con las ofertas técnicas, se valorará la presentación de una certificación de
la Gerencia del Instituto, en la que se haga constar que la empresa oferente
conoce y ha comprobado las condiciones en las que se habrá de ejecutar el
servicio que se contrata.
11.
DOCUMENTACIÓN TÉCNICA
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La documentación técnica se presentará por duplicado en la forma exigida en el
Pliego de Cláusulas Administrativas Particulares (cláusula 5.2) y debidamente
firmada por el representante de la empresa.
Cuando sea posible, se incluirá en el sobre de documentación técnica una copia
de dicha documentación en CD. Los ficheros tendrán el formato PDF o WORD.
La inclusión de este CD no exime de la entrega de la documentación tal como
requiere el Pliego de Cláusulas Administrativas Particulares.
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