Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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ASPECTOS CONSTRUTIVOS

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A estabilidade dimensional dos aceleradores e linhas de luz, necessária para operar um feixe de elétrons com dimensões micrométricas e feixes de luz com foco na casa dos nanômetros, demanda edificações e instalações de alto desempenho.

Os aspectos mais importantes para seu bom desempenho são a estabilidade do piso contra recalques e deformações, o cuidado com o isolamento das vibrações provenientes do ambiente externo e com a mitigação das vibrações geradas pelos próprios componentes das instalações e a estabilidade térmica dos ambientes e componentes.

Além disso, é necessário prover as instalações de um bom sistema de aterramento, capaz de garantir a segurança das pessoas e preservar a integridade dos equipamentos, assim como reduzir os níveis de ruído eletromagnético que interferem na performance da instrumentação e componentes desses ambientes.

ESTABILIDADE EM NÚMEROS


Deformação diferencial máxima em toda a superfície da construção de, no máximo, 2,5mm por ano.

Controle de temperatura com variação máxima de 0,1°C para mais ou para menos no túnel do Anel de Armazenamento.

Fundação


A fundação do prédio que abrigará o Sirius será dividida em duas, totalmente independentes entre si. A primeira, composta por 910 estacas com diâmetros entre 40 centímetros e um metro e profundidade média de 18 metros, será totalmente intertravada com vigas baldrames, tendo como função suportar a estrutura do prédio.

Já a segunda fundação suportará o piso do hall experimental e a blindagem dos aceleradores. Além do papel de simples suporte do piso e componentes sobrepostos, ela tem a função de evitar os recalques diferenciais e a propagação de vibrações, sejam elas geradas internamente ou provenientes dos ambientes externos.

A fundação será composta por uma camada de 2,85 metros de profundidade de solo modificado, obtido a partir da remoção do solo local, seguida pela mistura com cimento e reaplicação em pequenas camadas, com alto grau de compactação. O processo confere maior resistência (especificado 2 MPa) e rigidez, mitigando vibrações propagadas pelo solo.

Na região da blindagem dos aceleradores a camada de solo modificado será apoiada em 1322 estacas, com 40 centímetros de diâmetro e 15 metros de comprimento. A interface entre o solo modificado e as estacas será feita por duas camadas de seixo-cimento, contidas por geogrelhas e apoiadas em capiteis sobre as estacas. Todas as estacas de fundação serão do tipo hélice continua monitorada, o que confere à fundação grande uniformidade construtiva.

Piso Crítico


Piso Crítico é como se denomina o piso dos aceleradores e das linhas de luz que apresenta o melhor desempenho possível quanto à estabilidade e propagação de vibrações.

Apoiado sobre uma camada com 15 centímetros de espessura de BGTC (brita graduada tratada com cimento), que reveste o solo modificado, o piso dos aceleradores será de concreto armado com 90 centímetros de espessura. A sua construção será realizada em 20 segmentos entre os quais se deixará uma faixa com dois metros de largura. O traço deste cimento prevê componentes que conferem ao concreto baixíssima retração. A concretagem das faixas será realizada após os segmentos alcançarem a quase totalidade da retração, de modo a obter um piso com estrutura monolítica sem a ocorrência de fissuras.

O piso destinado às linhas de luz terá espessura de 60 centímetros e estará ligado ao dos aceleradores por meio de barras de transferência. Entre seus segmentos estão previstas juntas de dilatação especiais, que permitam a circulação de dispositivos, sem que sofram desgaste prematuro ou causem vibrações indesejadas. Tanto o piso dos aceleradores quanto os das linhas de luz serão separados dos pisos do restante das edificações por juntas vedadas por elastômeros. Dessa maneira será garantida a total separação entre a área experimental e o restante da edificação.

Edificação


A estrutura da edificação será feita em concreto armado fundido in loco e todos os seus pisos, incluindo o térreo, serão também construídos em lajes de concreto armado. Assim, a estrutura apresentará grande rigidez, reduzindo a propagação de vibrações provenientes da ação dos ventos, da circulação de pessoas e do funcionamento dos equipamentos e das instalações.

A cobertura será feita em telha zipada de perfil cônico com isolamento de baixa transmitância térmica. Isso confere grande estanqueidade térmica e economia de energia, garantindo o controle de temperatura de alta estabilidade exigido pelo ambiente. As paredes internas, em sua maioria, serão do tipo dry-wall preenchidas com lãs de vidro. Já a fachada externa do prédio será feita em pele de vidro sombreada por brises.

Instalações Elétricas


Tendo em vista a necessidade de alta disponibilidade dos aceleradores, as duas subestações de média tensão previstas para esta edificação operam com circuitos redundantes. Os ramais alimentadores, seus cubículos de medição, proteção e manobra até seus transformadores abaixadores serão duplicados, o que permitirá a continuidade da operação caso ocorra a falha de um deles.

Para atender à expectativa de qualidade de energia demandada pelas fontes dos aceleradores, estão previstos quatro conjuntos de UPS (no-breaks) configurados para redundância N+1, com potência de 900+300 KVA cada. Esses equipamentos suprimem as oscilações momentâneas da rede elétrica, operam com alto fator de potência e, devido à tecnologia fly-wheel, proporcionam rendimentos acima de 95% sem a necessidade do uso de baterias.

Água Gelada


A produção de água gelada, com suas 4500 TRs (15,8 MW) de potência térmica, é destinada ao sistema de ar condicionado, sistemas hidráulicos de refrigeração e de estabilização térmica de componentes e sistemas das linhas de luz, laboratórios e aceleradores. Por meio de 10 chillers com condensação a ar, parte da água produzida será utilizada diretamente nos equipamentos de ar condicionado, enquanto uma segunda parcela será direcionada aos circuitos de estabilização térmica. A terceira parte será armazenada em tanques de termoacumulação para serem utilizados nos períodos de ponta (energia elétrica mais cara), permitindo a economia de energia elétrica por meio do desligamento de parte dos equipamentos.

Estabilização Térmica


Estão previstos oito circuitos fechados que utilizam água ultrapura como meio circulante. Eles são formados por um conjunto automatizado de pressurização que permite manter a pressão do sistema constante, fazendo variar a vazão à medida que as cargas a demandam. Esse circuito é importante para a estabilidade dos sistemas de controle de temperatura dos diversos componentes e permite o uso racional da energia. Os sistemas de bombeamento utilizados valem-se de um mecanismo de controle computadorizado que utiliza algoritmos capazes de determinar a configuração mais eficiente para cada situação de operação. Para evitar a geração de vibrações pela circulação de líquidos nestes circuitos, as tubulações serão superdimensionadas, de forma a se obter baixas velocidades.

Aterramento


O sistema de aterramento desta edificação tem duas finalidades principais: a proteção e segurança de pessoas e equipamentos, tanto para casos de descargas atmosféricas quanto para situações de falhas em equipamentos e instalações; e o perfeito funcionamento dos equipamentos e instrumentação científica dentro de um ambiente com a presença de sistemas eletrônicos de alta potência que operam com radiofrequência, sistemas pulsados e intensos campos eletromagnéticos. O projeto prevê uma resistência de aterramento de 1,2 Ohms.

Além do sistema tradicional de captores, a interligação elétrica de toda a ferragem será utilizada na armação das estruturas, pisos e estacas de concreto. No solo, uma malha com 4,5 quilômetros de fios de cobre será interligada às armaduras das estacas. Finalmente, também compõe o sistema de aterramento um grande anel formado por cabos de cobre ligados a hastes de aterramento distribuídas no perímetro do terreno e interligadas eletricamente à malha sob os prédios.

Nitrogênio Líquido


Para atender o consumo de 18 mil litros de nitrogênio líquido por dia, previstos para a operação de 40 linhas de luz, serão instalados dois tanques criogênicos com capacidade para 60 mil litros cada. Essa capacidade será alcançada gradualmente com a instalação de tanques com capacidades crescentes e adequadas ao consumo previsto para cada etapa. Com isso, será garantido o consumo racional desse insumo, e um nível baixo de perdas por evaporação não aproveitada.