Diseño de una prensa de polimerización para superconductores

Abstract

El objetivo de este proyecto es el diseño de una prensa de polimerización, con posterior fabricación y montaje, para imanes superconductores. Estos imanes serán usados para el LHC (Large Hadron Collider, CERN), el acelerador y colisionador de partículas más grande y potente existente en el mundo. El diseño consta de 8 cilindros de 430 toneladas de fuerza cada uno. Las dimensiones son 8 metros de longitud y 3 metros de altura. Generalmente, la prensa de polimerización para estos imanes está formada por una base sobre la que se coloca el mandrino de la bobina y una parte superior que hace de tope para el molde de polimerización. Un grupo de cilindros hidráulicos desplaza la bobina, o el molde sobre el que se adaptará la bobina, hasta que este hace tope contra la parte superior y se forma en el molde justo el volumen al cual la bobina debe polimerizarse. El aislamiento de la bobina debe polimerizarse cuando la bobina está en su forma final Tras la fase de compactación, en la cual se están aplicando presiones de unos 100 MPa, se eleva la temperatura de la bobina y el molde hasta unos 180°C, y permanece a esa temperatura durante varias horas. Tras ese proceso, la bobina tiene su dimensión final y es mecánicamente robusta. Tras el estudio del estado del arte y la realización de algunos croquis, se eligieron los cilindros encargados de generar presión y los responsables de la tensión en la prensa. Después, el diseño 3D y análisis estructural de tensiones (cálculo de elementos finitos), con el uso de Catia V5 6R y Ansys, respectivamente Por último, el diseño de todos los planos de la prensa y la redacción de todos los documentos oportunos, incluyendo un estudio económico y un estudio de impacto medioambiental, considerando las emisiones de CO2 durante el proceso de diseño, fabricación y montaje.

The aim of this project is the design of a polymerization press and its subsequent manufacturing and assembly, for superconductor spoils. These spoils will be used for the LHC (Large Hadron Collider, CERN), the biggest and most powerful particles accelerator and collider in the world. The design consists of 8 cylinders of 430 tones of Usually, the polymerization press for this spoils is composed of a base in which the mandrel of the spoil is placed, and an upper base that works as a top for the polymerization mold. A set of hydraulic cylinders moves the spoil or the mold until it hits against the top part of the press. Then, it is made in the mold the volume needed for the spoil to polymerize. The insulation of the spoil must be polymerized when the spoil is in its final shape. After the compaction phase, in which there are being applied forces of around 100 MPa, the temperature of the spoil and the mold is raised to 180ºC, and stays at that level for some hours. Later, when this process is over, the spoil has its final dimension and its mechanically robust. After the study of other solutions and the design of some sketches, the cylinders in charge of pressing and responsible for all the stresses in the press were chosen. Then, the 3D design and the structural analysis of stress (finite elements calculus), using both Catia V5 6R and Ansys, respectively. Last but certainly not least, the design of all the drawings of the press and the writing of all the needed documents, including an economic study and an environmental impact study, considering the CO2 emissions during the design, manufacturing and assembly process.