Cubes para investigación

perspectiva_LENA_pr

El Laboratorio de Nanometrología del Centro de Investigación LENA Laboratory for Emerging Nanometrology de la Universidad Técnica de Braunschweig investiga técnicas de medición a escala nanométrica. Un equipo de científicos interdisciplinarios se ocupa especialmente de la medición de objetos tridimensionales en el mundo nanométrico, que son indispensables, entre otras cosas, para el desarrollo de acumuladores de alta potencia para vehículos eléctricos. El centro de nanometrología estará alojado en el futuro en un edificio de nave de dos plantas protegido como monumento histórico, con un nuevo edificio adosado de tres plantas. El diseño es obra de Meyer Architekten y RKW Rhode Kellermann Wawrowsky. La pbr AG realiza la planificación del equipamiento técnico.

Mientras que el edificio de la nave — una antigua nave para motores de combustión — será transformado en laboratorios físicos y salas de medición, el nuevo edificio de tres plantas albergará oficinas y salas de seminarios. Un pasillo de conexión de una planta une el nuevo edificio con el existente en la primera planta. En total, en el edificio del laboratorio hay más de 1.400 m² disponibles para laboratorios y equipos grandes. Los laboratorios con requisitos especialmente altos, por ejemplo, para usos sensibles a vibraciones como la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, salas limpias y salas de medición con alta constancia de temperatura, se ubicarán en un cubo de dos plantas dentro del edificio de la nave. A través de un área de pasaje común con varias delimitaciones y grados crecientes de pureza, incluyendo una sala de control de temperatura, los usuarios acceden a la zona de salas limpias. Gracias a esta agrupación funcional de las salas especiales, las instalaciones técnicas en esta área se concentran y optimizan.

La tecnología del edificio se encuentra en la primera planta del ala norte. Los sistemas técnicos que podrían causar interferencias en las operaciones de investigación debido a vibraciones se ubican en el nuevo edificio de oficinas. Entre ellos se encuentran sistemas para la recuperación de helio, así como la generación de frío y aire comprimido.

Aire interior y climatización

En tres salas limpias con una clase de pureza ISO 6 según DIN EN ISO 14644-1 se exigen niveles muy altos de pureza del aire. Una cascada de presión regulada continuamente desde las salas limpias a través de los pasajes y pasillos hasta los pasillos principales garantiza el cumplimiento de las especificaciones. Las tres salas están conectadas mediante un pasaje con ducha de aire integrada.

Para la tecnología del aire en los laboratorios se emplea un sistema de control autónomo por sala, que considera las diferentes condiciones operativas de los extractores, armarios de laboratorio y evacuaciones locales. Entre el funcionamiento máximo y mínimo, se asegura una variación de volumen de aire progresiva y un balance de aire en la sala ajustado a la demanda. Debido a las bajas velocidades permitidas del aire en la sala de montaje del microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HR-TEM), de < 5 m/min, el aire de suministro se introduce mediante mangueras textiles. El aire contaminado de los laboratorios se extrae por separado.

Seis sistemas de aire acondicionado completos para tres salas limpias y dos salas de medición cumplen requisitos especiales de constancia de temperatura y humedad relativa baja. Por ejemplo, la sala 241 a requiere un humedad del 50 % +5/-10 % en verano y del 40 % +5/-10 % en invierno, con una temperatura de la sala de 20 °C +/- 1 K (deriva < 0,2 K/h). Para la refrigeración de los equipos en el área de laboratorio, se emplea el frío generado centralmente. Para ello, se utiliza una red de tuberías separada con condiciones de operación distintas a las del frío del edificio.

La máquina de refrigeración cuenta con dos condensadores separados para disipar el calor residual de la carga de refrigeración y la potencia eléctrica del compresor. Un condensador se emplea para recuperar calor de la generación de frío. A través de este condensador, se puede suministrar una potencia de aproximadamente 100 kW a una temperatura de 50 °C. La recuperación de calor se realiza mediante un enfriador adiabático en el tejado, donde, en temperaturas exteriores elevadas, el intercambiador de calor para transferir el calor al aire exterior se humedece con agua. La evaporación resultante en el serpentín aumenta la eficiencia del enfriador de retorno.

Para la refrigeración de las paredes en la sala HR-TEM se ha instalado un sistema de enfriamiento hidráulicamente separado. Se ha construido un sistema seco con mantas de tubo de capilar en paneles de yeso, colocados en el interior sobre una estructura de pared con una protección de aluminio de 10 mm de espesor.

Electrotecnia y suministro de medios

La conexión de los edificios se realiza desde el anillo de campus de 20 kV a través del nivel de media tensión. Para ello, se está construyendo un centro de energía con un cuadro de distribución de media tensión, transformadores y distribución principal de baja tensión.

Los laboratorios se abastecen de forma centralizada y descentralizada con los medios necesarios, como gases como helio, argón, nitrógeno, oxígeno, cloruro de hidrógeno, xenón y neón. Para el uso en los laboratorios, se suministra agua desionizada o desmineralizada con una conductividad de 5 µS/cm, un contenido de carbono orgánico total (TOC) de 200 ppb y una cantidad de microorganismos de 100 KBE/10 ml.

Para la recuperación del helio líquido consumido en el edificio, existe una planta de recuperación de helio. El helio gaseoso se recoge inicialmente en un globo colector de aproximadamente 10 m³. Cuando se alcanza un volumen adecuado, el contenido del globo se comprime de nuevo mediante un compresor de émbolo controlado por nivel a un máximo de 200 bar.