BR112018017295B1 - Sistema e método para gerenciamento de filtro de ar, e, meio de armazenamento em memória - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema (40) para gerenciamento de filtro de ar, o sistema compreendendo uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar (41a,b) e uma estação de controle do filtro de ar (42). Cada dispositivo de filtro de ar (41a,b) é provido em um arranjo de filtro de ar em uma admissão de fluxo de ar para uma instalação industrial e compreende pelo menos uma mídia de filtro capaz de remover material particulado e/ou contaminação molecular aerotransportada, AMC, de um fluxo de ar recebido na admissão de fluxo de ar. Cada dispositivo de filtro de ar compreende um conjunto de sensores arranjados para reunir os dados de sensor representativos de um estado operacional do arranjo de filtro de ar, um microprocessador e uma unidade de comunicação. A estação de controle do filtro de ar (42) compreende uma unidade de comunicação arranjada para receber informação do estado operacional a partir da pluralidade de dispositivos de filtro de ar e uma interface de usuário para selecionar um arranjo de filtro de ar de um dispositivo de filtro de ar. A estação de controle do filtro de ar também compreende o sistema de circuitos de processamento arranjado para estimar (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente descrição refere-se a um sistema, a um método e a um produto de programa de computador para gerenciamento de filtro de ar de um arranjo de filtro de ar em uma entrada de fluxo de ar para uma instalação industrial.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Muitas instalações industriais exigem um grande suprimento de ar de influxo, por exemplo, para suportar um processo de combustão ou para resfriar a instalação industrial durante a operação. É desejável filtrar o ar de admissão com os propósitos de remover várias partículas e/ou matéria gasosa e congêneres que podem estar entranhados no ar e, desse modo, prover um ar de admissão condicionado de melhor qualidade. Para este propósito, arranjos de filtro industriais podem ser providos na entrada de fluxo de ar. Os filtros são arranjados de forma que o ar de admissão, no geral, passe através de uma série de filtros para remover os contaminantes; contaminantes que, em outras circunstâncias, poderiam causar dano que reduziria a expectativa de vida útil e o desempenho da instalação industrial.

[003] Como pode ser reconhecido, os filtros em tais arranjos acumulam gradualmente a matéria proveniente do ar e, à medida que esta matéria acumula no filtro, a resistência ao fluxo de ar através do filtro aumenta. Os arranjos de filtro industriais são entupidos por partículas aprisionadas nos filtros de ar, mas também por condições ambientais, tais como névoa, chuva, neve e congêneres. O entupimento pode reduzir a eficiência de filtração e operacional, ao mesmo tempo em que aumenta a queda de pressão geral. Um aumento da queda de pressão através do arranjo de filtro implica uma perda de pressão do ar de admissão que pode afetar a operação e o desempenho da instalação industrial.

[004] Em um típico arranjo de filtro industrial, uma pluralidade de filtros de ar é arranjada em uma configuração sequencial. O primeiro filtro é usualmente um filtro grosseiro arranjado para remover maiores partículas no ar. O aumento da queda de pressão através de um filtro grosseiro como este pode ser insignificante. Um filtro intermediário pode ser arranjado para proteger a entrada de fluxo de ar de partículas de tamanho médio. A qualidade do ar que alcança a instalação industrial, por exemplo, uma turbina, é determinada através do uso de um filtro final arranjado para coletar as partículas de menores tamanhos, por exemplo, partículas de salino. Os problemas com o entupimento são particularmente verdadeiros com os filtros finais, em que o acúmulo de pequenas partículas pode alterar as qualidades do filtro de uma maneira tal que a alimentação de ar para a instalação industrial de recepção possa ser reduzida, resultando em uma diminuição na eficiência operacional ou na exigência de mais energia para os ventiladores de recepção para evitar tal diminuição na eficiência operacional. Em alguns sistemas de ventilação, não é permitido que o fluxo para a instalação de recepção mude, assim, exigindo maior energia para os ventiladores quando em rendimento reduzido nos filtros.

[005] As usinas elétricas de turbina de combustão, por exemplo, usinas elétricas de turbina a gás, são exemplos de instalações industriais que exigem um grande suprimento de ar de influxo para suportar o processo de combustão. Outros exemplos que valem ser mencionados são estações compressoras energizadas por turbina ou acionamentos mecânicos energizados por turbina. A fim de proteger uma turbina de combustão do ar impuro com partículas de poeira, sal e outros contaminantes que podem danificar as lâminas do compressor e as partes do equipamento da usina elétrica, arranjos de filtro de ar são providos na entrada de fluxo de ar para a turbina de combustão.

[006] Um filtro tem uma certa vida útil durante a qual ele funciona adequadamente. A vida útil depende de diferentes fatores, tais como densidade de partículas no ar, o fluxo de ar, etc. Há um custo envolvido na troca de um filtro. Este custo pode compreender diferentes partes, tais como o custo do próprio filtro, o custo do transporte do filtro, o custo do trabalho exigido para trocar o filtro ou outros custos ambientais, tais como a base de dióxido de carbono, etc. A partir de uma perspectiva do custo do filtro, os filtros devem ser usados o tanto quanto possível até que sua vida útil técnica chegue ao fim, por exemplo, em um momento em que uma perda de pressão através do filtro resultar em suprimento inadequado de ar no suporte do processo de combustão. Historicamente, o desempenho dos filtros de ar em aplicações industriais, tal como em conjunto com instalações, foi principalmente estimado em relação à eficiência (capacidade de separação) e perda de pressão (queda de pressão) sem levar os aspectos de custo da troca de filtro em consideração. Entretanto, um problema durante a tentativa de se beneficiar da completa vida útil técnica de um filtro é que o maior entupimento do filtro e a perda de pressão relacionada induzem o maior consumo de energia durante a operação. Existem maneiras conhecidas de determinar o custo para o maior consumo de energia devido à operação com um filtro entupido.

[007] US6009404 descreve um método e um dispositivo para a operação de monitoramento orientada pelo custo de um arranjo de filtro. Uma pluralidade de sensores é usada para obter informação relevante para determinar um estado operacional do filtro. Uma unidade de avaliação é provida, em que a informação reunida nos sensores é processada e usada para determinar os custos operacionais associados com o estado operacional determinado do filtro.

[008] SE537506 descreve um método de determinação de um tempo ideal para operar um filtro em um sistema de ventilação a fim de economizar custos e deixar tão pouca base de dióxido de carbono quanto possível. O método é com base na obtenção de informação sobre impacto ambiental para fabricação de um novo filtro, de informação sobre impacto ambiental proveniente do uso do presente filtro e de informação relevante para determinar um estado operacional de um filtro. Uma vida útil ideal para um filtro no sistema de ventilação é determinada com base nesta informação. Assim, uma análise de custo do ciclo de vida útil é provida, em que os aspectos ambientais são considerados.

[009] Embora a técnica anterior mencionada proveja sistemas de suporte de decisão para determinar um tempo de uso de filtro ideal para um tipo específico de filtro em uma dada aplicação, o tempo de uso de filtro ideal é com base nas estimativas a partir das atuais condições na instalação industrial específica. As atuais condições podem ser estabelecidas com alta precisão, mas há uma carência de dados reais para contínua operação dos arranjos de filtro e estimativas para os futuros estados operacionais da instalação industrial podem ser bastante não confiáveis. Durante a consideração do cenário da turbina de combustão, o principal problema durante o uso de um filtro com um estado operacional inadequado não é o aumento do consumo de energia para operar a turbina de combustão, mas uma redução na saída da turbina. O impacto de uma redução como esta na saída da turbina é tão significativo que até mesmo uma redução razoavelmente moderada no estado operacional de um filtro pode implicar uma alta perda na produção para um proprietário de usina. Um outro problema para o proprietário de usina é que uma troca de filtro pode exigir operação reduzida durante o tempo necessário para a troca de filtro.

[0010] Pelos motivos expostos, há uma necessidade de melhorar o gerenciamento de filtro de ar e prover estimativas precisas de dados operacionais para um arranjo de filtro de ar em uma instalação industrial. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0011] É um objetivo da presente invenção melhorar o gerenciamento de filtro de ar. Em particular, é um objetivo da presente invenção melhorar o gerenciamento de filtro de ar de um arranjo de filtro de ar em uma entrada de fluxo de ar para uma instalação industrial e prover estimativas precisas de dados operacionais para um arranjo de filtro de ar na instalação industrial.

[0012] As soluções propostas habilitam a melhoria do gerenciamento de filtro de ar, em que melhores estimativas para uma vida útil técnica, uma expectativa de vida útil e custos de ciclo de vida útil são geradas e em que operadores podem ganhar um melhor entendimento do custo de substituição de filtro em relação ao custo de manutenção de um filtro quando a capacidade de filtro tiver começado a deteriorar.

[0013] Este objetivo é alcançado por um sistema, um método e um produto de programa de computador para gerenciamento de filtro de ar, da forma descrita nas reivindicações independentes.

[0014] A descrição apresenta uma modalidade do sistema, em que um sistema compreende dispositivos de filtro de ar e uma estação de controle do filtro de ar. Cada dispositivo de filtro de ar é provido em um arranjo de filtro de ar em uma entrada de fluxo de ar para uma instalação industrial; o arranjo de filtro de ar compreendendo pelo menos uma mídia de filtro capaz de remover material particulado e/ou contaminação molecular aerotransportada, AMC, de um fluxo de ar recebido na entrada de fluxo de ar. Cada dispositivo de filtro de ar compreende um conjunto de sensores arranjados para reunir os dados de sensor representativos de um estado operacional do arranjo de filtro de ar, um microprocessador arranjado para determinar informação do estado operacional para o arranjo de filtro de ar com base nos dados de sensor reunidos, e uma unidade de comunicação arranjada para transmitir informação do estado operacional. A estação de controle do filtro de ar compreende uma unidade de comunicação arranjada para receber a informação do estado operacional a partir de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar e uma interface de usuário para selecionar um arranjo de filtro de ar. A estação de controle do filtro de ar também compreende o sistema de circuitos de processamento arranjado para estimar uma expectativa de vida útil do arranjo de filtro de ar selecionado com base na informação do estado operacional recebida a partir de um dispositivo de filtro de ar provido no arranjo de filtro de ar selecionado e na informação do estado operacional recebida a partir de um ou mais outros dispositivos de filtro de ar providos em outros arranjos de filtro de ar.

[0015] A entrada proveniente de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar não correlacionados provê melhorias no gerenciamento de filtro de ar e na confiabilidade das estimativas geradas em relação ao custo do ciclo de vida útil de um arranjo de filtro de ar para uma instalação industrial específica. Como será reconhecido, o acesso em uma aplicação centralizada aos dados do ciclo de vida útil confiáveis para um arranjo de filtro de ar provê uma confiável estimativa de futuras condições operacionais para o arranjo de filtro de ar, uma decisão melhor informada no lado do operador para fazer substituições no arranjo de filtro de ar, e a capacidade de um provedor de filtro de ar prever a necessidade de manter as unidades de substituição do filtro de ar nas dependências de um armazém para venda ou distribuição.

[0016] De acordo com um aspecto da descrição, o sistema recebe dados a partir de pelo menos um dispositivo de filtro de ar provido em um arranjo de filtro de ar em uma entrada de fluxo de ar para uma instalação industrial diferente do dispositivo de filtro de ar do arranjo de filtro de ar selecionado.

[0017] A capacidade de basear previsões em uma estação de controle do filtro de ar na entrada de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar, incluindo os dispositivos de filtro de ar situados em diferentes locais de instalações industriais correspondentes, provê a vantagem de habilitar verdadeiramente a estimativa com base em uma quantidade de dados significativamente substancial para usar de forma confiável a estimativa. O acesso limitado aos dados de sensor medidos relevantes para o gerenciamento de filtro de ar de um arranjo de filtro de ar específico implica que a credibilidade das estimativas pode ser baixa. Além disso, o acesso aos dados verdadeiros que representam as medições realizadas durante o gerenciamento de filtro de ar habilita geração das estimativas em tempo real mais rápida.

[0018] De acordo com um outro aspecto da descrição, o conjunto de sensores compreende um ou mais de um sensor de fluxo, um sensor de umidade, um sensor de concentração de poeira no ambiente e um sensor de queda de pressão.

[0019] O conjunto de sensores que compreende sensores de diferentes capacidades de percepção provê uma abrangente representação das qualidades de filtro e das qualidades do ar ambiente. O uso de uma pluralidade de sensores que medem aspectos variados com um impacto no fluxo de ar para a instalação industrial de recepção provê a vantagem de um melhor entendimento das condições operacionais para a instalação industrial e a causa destas condições operacionais.

[0020] De acordo com um outro aspecto da descrição, a estação de controle do filtro de ar é adicionalmente arranjada para receber os dados de desempenho para instalações industriais correspondentes aos respectivos arranjos de filtro de ar, e para estimar um custo do ciclo de vida útil com base na expectativa de vida útil estimada e nos dados de desempenho para a instalação industrial do arranjo de filtro de ar selecionado.

[0021] O acesso aos dados de desempenho provê a vantagem de que o custo do ciclo de vida útil de um arranjo de filtro de ar pode ser com base tanto no custo de substituição de filtro quanto nos custos deriváveis do impacto do arranjo de filtro de ar no desempenho da instalação industrial. Consequentemente, uma decisão de substituir ou condicionar uma instalação de filtro de ar pode ser com base em um entendimento apropriado das consequências econômicas da substituição ou da manutenção de um arranjo de filtro de ar durante o tempo.

[0022] De acordo com um aspecto da descrição, a estimativa do ciclo de vida útil também é com base nos dados de desempenho recebidos a partir de um ou mais outros dispositivos de filtro de ar providos em outros arranjos de filtro de ar.

[0023] Portanto, a presente invenção provê a agregação dos dados provenientes dos arranjos de filtro de ar providos nas instalações industriais que desempenham operações similares e que experimentam condições operacionais similares. O acesso ao maior conjunto de dados relevantes provê melhorias nas estimativas de dados e custos operacionais.

[0024] De acordo com um aspecto da descrição, os dados de desempenho são obtidos pelo dispositivo de filtro de ar da instalação industrial do arranjo de filtro de ar selecionado. Os dados de desempenho obtidos são, então, transmitidos para a estação de controle do filtro de ar. De acordo com um outro aspecto, uma interface de usuário para submissão manual ou automática dos dados de desempenho é provida no sistema. A interface de usuário provê a vantagem de habilitar a realimentação dos dados relacionados ao desempenho que podem ser correlacionados à funcionalidade do filtro.

[0025] De acordo com um outro aspecto da descrição, a expectativa de vida útil de um arranjo de filtro de ar selecionado é com base em uma linha de tendência da queda de pressão no dispositivo de filtro de ar.

[0026] De acordo com um outro aspecto da descrição, a linha de tendência da queda de pressão no dispositivo de filtro de ar é calculada a partir de uma correlação dos dados de sensor provenientes de um ou mais sensores de queda de pressão, e dos dados de sensor de pelo menos um sensor de fluxo, um sensor de concentração de poeira no ambiente e/ou um sensor de umidade.

[0027] A correlação dos dados de sensor provenientes de um sensor de concentração de poeira no ambiente e provenientes de um ou mais sensores de queda de pressão no filtro, juntamente com os dados de sensor provenientes de um sensor de fluxo, provê os benefícios em que os dados de sensor provenientes dos dispositivos de filtro de ar com as condições operacionais similares podem ser determinados, ao mesmo tempo em que os dados de sensor provenientes de outros dispositivos de filtro de ar podem ser excluídos do processo de geração de estimativa.

[0028] A vantagem exposta também é verdadeira para quando a linha de tendência da queda de pressão em um dispositivo de filtro de ar for calculada a partir de uma correlação de dados de sensor de pelo menos um sensor de umidade, juntamente com dados de sensor provenientes de um sensor de fluxo e dados de sensor provenientes de um ou mais sensores de queda de pressão do filtro. Novamente, os dados de sensor provenientes dos sensores com as condições operacionais similares podem ser estabelecidos ao mesmo tempo em que os dados de sensor provenientes de outros dispositivos de filtro de ar menos relevantes com os propósitos de estimativa de uma expectativa de vida útil de um filtro em um certo ambiente operacional são excluídos.

[0029] A descrição também apresenta uma modalidade do método realizado em uma estação de controle do filtro de ar do sistema descrito acima para gerenciamento de filtro de ar e todas as variações deste sistema. O método compreende receber a informação do estado operacional a partir de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar, e receber uma consulta, através de uma interface de usuário, por um arranjo de filtro de ar selecionado de um dispositivo de filtro de ar. Uma estimativa da expectativa de vida útil do arranjo de filtro de ar selecionado é provida com base na informação do estado operacional recebida a partir de um dispositivo de filtro de ar de um arranjo de filtro de ar selecionado e na informação do estado operacional recebida a partir de um ou mais outros dispositivos de filtro de ar providos em outros arranjos de filtro de ar.

[0030] A descrição também apresenta uma modalidade de programa de computador que se refere a um programa de computador que compreende código de programa de computador que faz com que um sistema para gerenciamento de filtro de ar realize o método acima quando executado.

[0031] A modalidade do método e a modalidade do programa de computador proveem as vantagens previamente discutidas para a modalidade do sistema.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0032] O exposto ficará aparente a partir da seguinte descrição mais particular das modalidades de exemplo, da forma ilustrada nos desenhos anexos nos quais caracteres de referência iguais se referem às mesmas partes por todas as diferentes vistas. Os desenhos não estão necessariamente em escala, em vez disto, ênfase sendo colocada na ilustração das modalidades de exemplo.

[0033] A figura 1 é uma vista de exemplo de uma admissão de ar para uma instalação industrial; a figura 2 é uma vista de exemplo de um arranjo de filtro de ar que contém um dispositivo sensor de filtro de ar; a figura 3a é um diagrama de blocos para um dispositivo de filtro de ar; a figura 3b é um diagrama de blocos para uma estação de controle do filtro de ar; a figura 4 é um diagrama de blocos para um sistema para gerenciamento de filtro de ar; a figura 5 é um fluxograma de etapas exemplares do método realizado em um dispositivo de filtro de ar; a figura 6 é um fluxograma de etapas exemplares do método realizado em uma estação de controle do filtro de ar; as figuras 7a,b são vistas de exemplo de uma interface de usuário que ilustra entrada e saída exemplares para o sistema para gerenciamento de filtro de ar.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0034] Os aspectos da presente descrição serão descritos mais completamente a seguir em relação aos desenhos anexos. Os dispositivos e método aqui descritos podem, entretanto, ser realizados em muitas diferentes formas e não devem ser interpretados como sendo limitados aos aspectos aqui apresentados. Números iguais nos desenhos se referem a elementos iguais por toda parte. A terminologia aqui usada é com o propósito de descrever aspectos em particular da descrição somente, e não se pretende que limite a invenção. Da forma aqui usada, pretende-se que as formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” também incluam as formas plurais, a menos que o contexto claramente indique o contrário.

[0035] A figura 1 ilustra uma vista de exemplo de uma entrada de fluxo de ar 1 em uma instalação industrial 2, por exemplo, em uma turbina de combustão que energiza mecanicamente um gerador elétrico em uma usina elétrica de turbina, uma estação compressora energizada por turbina ou um acionamento mecânico energizado por turbina. O ar ambiente é suprido para a instalação industrial 2 através de uma admissão de ar 3. Embora estando prontamente disponível, um problema com um suprimento de ar ambiente é que o ar ambiente contém pelo menos alguns graus de material que pode ser contaminante. Um suprimento de ar ambiente na instalação industrial implica consequentemente um suprimento de material contaminante. O uso de ar ambiente pode ser mais ou menos problemático, dependendo do ambiente em que a instalação industrial está situada. Para a situação de uma instalação de turbina de combustão, próxima de uma área densamente povoada com um alto grau de poluição, pequenas partículas residentes no ar podem ser arrastadas para o interior da câmara de combustão da turbina e tem efeitos prejudiciais na operação de longo prazo da turbina. Um ou mais arranjos de filtro de ar 4 na entrada de fluxo de ar para a turbina da instalação industrial proveem meio para superar os problemas associados com o uso de ar ambiente impuro.

[0036] Da forma descrita na figura 1, um arranjo de filtro de ar 4 é posicionado na entrada de fluxo de ar 1 para a instalação industrial 2. O arranjo de filtro de ar descrito 4 compreende três unidades de filtro de ar 5a-c, com qualidades de filtro variáveis, por exemplo, uma unidade de filtro de ar grosseiro 5a de uma classe de filtro inferior, uma unidade de filtro de ar intermediário 5b e uma unidade de final filtro 5c capazes de eliminar por filtragem as partículas de tamanhos muito pequenos. Isto significa que materiais mais grossos, tais como, por exemplo, insetos ou partículas de areia podem ficar aprisionados por uma unidade de filtro de partícula mais próxima da admissão de ar 3, ao mesmo tempo em que pequenas partículas, tais como sal e contaminação molecular aerotransportada, AMC, são removidas do fluxo contínuo de ar em uma unidade de filtro mais à jusante. Cada unidade de filtro de ar 5a-c tem uma superfície à montante direcionada para a admissão de ar 3 e uma superfície à jusante direcionada para a instalação industrial 2, pelas quais entende-se que a superfície à montante é o lado da unidade de filtro que é alcançado primeiro pelo fluxo de ar e a superfície à jusante está no lado em que o fluxo contínuo de ar deixa a unidade de filtro depois de ter passado através de uma mídia de filtro na unidade de filtro. Outros arranjos de filtro de ar 4 também são possíveis, por exemplo, os arranjos de filtro de ar 4 que compreendem as unidades de filtro posicionadas em um formato de V com um pico voltado para o fluxo de ar de entrada e o arranjo de filtro de ar contendo qualquer número de unidades de filtro 5a-c. O ar ambiente é suprido para a instalação industrial 2 através da entrada de fluxo de ar 1. Cada unidade de filtro 5a,b,c do arranjo de filtro representa uma etapa de filtragem separada com características específicas em relação à susceptibilidade para entupimento e mudanças na queda de pressão.

[0037] Quando em operação, os contaminantes no ar ambiente são removidos no processo de filtração. Isto implica que os contaminantes ficam retidos no arranjo de filtro de ar 4, ao mesmo tempo em que se permite que o ar limpo passe para o interior da instalação industrial 2, por exemplo, uma turbina. Um efeito da filtração e da retenção de contaminantes nas unidades de filtro é que estas unidades de filtro 5a-c irão eventualmente precisar de substituição devido a entupimento pelos ditos contaminantes.

[0038] Os arranjos de filtro de ar 4 proveem a substituição das unidades de filtro 5a-c. Entretanto, apesar dos esforços para habilitar fácil substituição de filtro, os serviços de substituição de filtro usualmente exigem restrições na operação da instalação industrial durante substituição, com um impacto negativo no desempenho da instalação industrial. Além da perda de produção, a substituição de filtro também é associada com os custos para o hardware do filtro e para o custo de serviço da realização do serviço de substituição de filtro. A análise do custo do ciclo de vida útil é comum durante a configuração de programas de troca de filtro com a meta de agendar substituições de filtro, de forma que estes sejam feitos antes da expiração do tempo de vida útil técnica, ao mesmo tempo em que maximiza o tempo de vida útil econômica.

[0039] O desempenho das unidades de filtro 5a-c no arranjo de filtro de ar 4 é determinado com base na capacidade de separação e nas mudanças na perda/queda de pressão em uma unidade de filtro. Embora a capacidade de separação possa ser mantida em um filtro entupido, o entupimento irá inevitavelmente resultar em um aumento da perda de pressão através do filtro, o que, por sua vez, irá prejudicar a eficiência da turbina de combustão. As técnicas para estimar o desempenho de um filtro de ar são bem conhecidas; usar sensores para determinar a perda de pressão e a capacidade de separação. As soluções da técnica anterior incluem o equipamento sensor instalado em um arranjo de filtro de ar ou na vizinhança de uma superfície à montante ou à jusante do arranjo de filtro de ar e capaz de distribuir os dados de sensor para uma estação de operador na instalação industrial, por exemplo, uma usina elétrica. O equipamento sensor pode incluir uma ou mais sondas sensoras arranjadas para adquirir dados de sensor, tais como fluxo de ar, umidade e queda de pressão do filtro. Os dados de sensor são processados no sistema de circuitos de processamento na vizinhança das sondas sensoras ou no sensor do operador. Entretanto, a desvantagem com estas aplicações conhecidas é que as estimativas são bastante imprecisas e podem deixar o operador em dúvida em relação ao custo e aos benefícios da mudança de um filtro e, também, proveem pouco espaço para que o operador melhore futuras estimativas de filtro.

[0040] A figura 2 é uma vista de exemplo de um arranjo de filtro de ar 4 de acordo com um aspecto da presente descrição. Voltando para a figura 1, o arranjo de filtro de ar 4 é configurado para encaixar na entrada de fluxo de ar para uma instalação industrial, por exemplo, uma usina elétrica de turbina de combustão, da forma descrita na figura 1. O arranjo de filtro de ar compreende pelo menos uma unidade de filtro, mas certamente pode incluir qualquer número de unidades de filtro 5a,b,c ou estágios, da forma descrita em relação à figura 1. O ar ambiente de certa umidade e contendo contaminação aerotransportada entra no arranjo de filtro de ar 4 através de uma admissão de ar 3, e o fluxo contínuo de ar passa através de uma ou mais unidades de filtro 5a-c e sai para o interior da instalação industrial. O ar filtrado é suprido para uma instalação industrial sensível a contaminação, por exemplo, através de contaminação molecular aerotransportada, AMC, ou partículas de sal. De acordo com um aspecto da descrição, uma pluralidade de unidades de filtro 5a-c pode ser provida, incluindo um filtro de alta classe final capaz de remover até mesmo as partículas mais finas, mas também sensível ao entupimento. O arranjo de filtro de ar 4 é configurado para encaixar firmemente no interior da admissão de ar 3 para a aplicação industrial de forma que o suprimento de ar para a instalação industrial seja alcançado através do arranjo de filtro 4 e sujeito à filtragem em seu caminho até a instalação industrial. Além das unidades de filtro 5a-c capazes de remover o material particulado e/ou a contaminação molecular aerotransportada, AMC, de um fluxo de ar recebido na entrada de fluxo de ar, o arranjo de filtro de ar contém um dispositivo de filtro de ar. Voltando para a figura 2, o arranjo de filtro de ar contém um dispositivo de filtro de ar 22 anexado em um lado de recepção de ar à montante ou um lado de distribuição de ar filtrado à jusante do arranjo de filtro de ar 4. As partes do dispositivo sensor também podem ser incluídas em uma armação do arranjo de filtro de ar. Embora a figura 2 descreva o dispositivo de filtro de ar em uma posição anexada, entende-se que o dispositivo de filtro de ar também pode ser tratado como uma parte integrada do arranjo de filtro de ar. Durante a implementação de um arranjo de filtro de ar com uma configuração de dispositivo de filtro de ar integrado, o dispositivo de filtro de ar é substituído na substituição do arranjo de filtro de ar. Com a configuração descrita na figura 2, o dispositivo de filtro de ar pode ser removido do arranjo de filtro de ar e reusado no arranjo de filtro de substituição. De acordo com um aspecto da descrição, o dispositivo de filtro de ar 22 também pode ser configurado para induzir um padrão de vórtice no fluxo de ar quando contido em um arranjo de filtro de ar, por exemplo, no arranjo de filtro de ar da figura 2.

[0041] A figura 3a descreve um diagrama de blocos de um dispositivo de filtro de ar 22 configurado para ficar contido em um arranjo de filtro de ar 4. O dispositivo de filtro de ar inclui um sensor ou sensores adicionais 31a,b,c representativos de um estado operacional do arranjo de filtro de ar, por exemplo, um ou mais de um sensor de queda de pressão no filtro, um sensor de umidade e/ou um sensor de concentração de poeira no ambiente que pode ser incorporado em um alojamento compacto. De acordo com os aspectos da descrição, os vários sensores também podem estar em locais fisicamente distintos na vizinhança do arranjo de filtro de ar, ao que os sensores são configurados para transferir dados de sensor para o dispositivo do filtro de ar de recepção 22. De acordo com um aspecto adicional da descrição, o dispositivo sensor de filtro de ar é adicionalmente configurado para receber os dados de sensor a partir do meio de determinação de fluxo de ar para determinar uma velocidade do ar do fluxo de ar recebido na entrada de fluxo de ar. De acordo com um aspecto da descrição, o meio de determinação de fluxo de ar é um sensor de vórtice configurado para determinar um pulso de pressão atribuível ao padrão de vórtice. De acordo com um outro aspecto da descrição, o meio de determinação de fluxo de ar é um sensor pitot configurado para determinar uma velocidade do ar do fluxo de ar recebido na entrada de fluxo de ar. O uso de outros tipos de anemômetros, certamente, também está no escopo da presente invenção, por exemplo, anemômetros térmicos, anemômetros sônicos ou qualquer outro tipo de anemômetro que pode ser encaixado em um dispositivo de filtro de ar compacto. O dispositivo sensor de ar pode compreender ou receber dados de sensor a partir de um contador de partícula arranjado para contar as partículas seguintes ao filtro final do arranjo de filtro de ar. A contagem de partículas pode ser correlacionada à degradação do motor e usada para prever degradação futura.

[0042] De acordo com os aspectos da descrição, o dispositivo de filtro de ar 22 também compreende um microprocessador 32 arranjado para processar os dados de sensor recebidos a partir dos ditos sensores 31a-c para determinar informação do estado operacional para o arranjo de filtro de ar, por exemplo, uma vida útil técnica restante estimada do arranjo de filtro de ar ou uma degradação de filtro estimada. Uma unidade de comunicação 33 é arranjada para transmitir a informação do estado operacional para um sistema de controle do filtro de ar de recepção. Portanto, o dispositivo de filtro de ar pode ser configurado como um dispositivo inteligente que inclui o sistema de circuitos de controle, isto é, um microprocessador, para processamento no local de dados de sensor recuperados. De acordo com um aspecto da descrição, o dispositivo de filtro de ar também pode ser configurado como um sistema sensor que inclui uma variedade de sensores separados arranjados para transmitir dados de sensor para uma unidade de processamento de recepção. A unidade de comunicação 33 no dispositivo de filtro de ar é configurada para transmitir a informação do estado operacional determinada para uma estação de controle do filtro de ar de recepção. O microprocessador 32 do dispositivo de filtro de ar 22 é arranjado para receber ou obter os dados a partir do conjunto de sensores 31a-c, por exemplo, em uma base contínua gravando os valores de acordo com intervalos de tempo predeterminados. De acordo com os aspectos da descrição, o microprocessador 32 é incorporado em uma placa de circuito impresso com uma CPU que coleta sinais e grava os dados a cada 20 minutos. O microprocessador é arranjado para realizar uma Transformada Rápida de Fourier em uma das saídas de sinal resultantes em um valor de pico discreto que pode ser armazenado em uma memória do dispositivo de filtro de ar e/ou transferido para a estação de controle do filtro de ar. O armazenamento de dados de aproximadamente 500 kB por mês é esperado para cada dispositivo de filtro de ar, assim, uma memória também é prevista no dispositivo de filtro de ar.

[0043] Os dados de sensor processados são comunicados para uma estação de controle do filtro de ar de recepção capaz de processar a informação do estado operacional recebida a partir de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar, por exemplo, uma pluralidade de dispositivos localizados na mesma instalação industrial ou em instalações industriais variadas. Um sistema que compreende a estação de controle do filtro de ar e um ou mais dispositivos de filtro de ar será descrito a seguir em relação à figura 4. De acordo com um aspecto da presente descrição, a unidade de comunicação 33 pode ser qualquer tipo de unidade de comunicação sem fio configurada para comunicação máquina para máquina, por exemplo, usando WiFi, GSM, LTE ou qualquer tipo de tecnologia sem fio adequada. Embora não especificamente ilustrado, uma ou mais baterias podem ser providas no dispositivo de filtro de ar para energizar a unidade de comunicação, os sensores e/ou o microprocessador. O dispositivo de filtro de ar também pode ser energizado a partir de uma linha de força, usando a energia da bateria para propósitos de reserva ou através de qualquer combinação de energização de linha de força e energia da bateria, por exemplo, em uma configuração em que o dispositivo de filtro de ar é configurado por sensores operados por bateria remotamente e um computador principal que recebe os dados de sensor.

[0044] A figura 3b descreve um diagrama de blocos de uma estação de controle do filtro de ar. A estação de controle do filtro de ar compreende uma unidade de comunicação arranjada para receber informação do estado operacional a partir de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar, por exemplo, através da Internet. A unidade de comunicação pode ser configurada como uma ligação com fios que provê acesso à Internet, ou como uma ligação sem fio provida por WiFi ou uma conexão de dados móvel. O sistema de circuitos de processamento da estação de controle do filtro de ar é arranjado para processar a informação do estado operacional recebida e para estimar uma expectativa de vida útil de um arranjo de filtro de ar selecionado. O sistema de circuitos de processamento pode compreender o sistema de circuitos de processamento provido em uma estação de operador que provê uma interface de usuário para a estação de controle do filtro de ar, mas o sistema de circuitos de processamento também pode compreender capacidade de servidor remoto acessível através da estação de operador, por exemplo, de um ambiente de servidor central ou distribuído, tal como um ambiente em nuvem. A figura 7a descreve uma modalidade exemplar de uma estação de operador como esta configurada como uma aplicação para um computador, um tablet ou um dispositivo móvel, tal como um telefone inteligente.

[0045] A figura 4 descreve um diagrama de blocos exemplar de um sistema para gerenciamento de filtro de ar que compreende uma estação de controle do filtro de ar 42 e um ou mais dispositivos de filtro de ar 41a,b. No sistema de gerenciamento de filtro de ar, cada dispositivo de filtro de ar 41a,b fica contido em um arranjo de filtro de ar configurado para encaixar em uma entrada de fluxo de ar para uma instalação industrial, por exemplo, uma usina elétrica de turbina a gás ou qualquer outro tipo de usina elétrica de turbina de combustão. O arranjo de filtro de ar compreende pelo menos uma mídia de filtro capaz de remover material particulado e/ou contaminação molecular aerotransportada, AMC, de um fluxo de ar recebido na entrada de fluxo de ar. A estação de controle do filtro de ar 42 do sistema é provida em um local remoto dos um ou mais arranjos de filtro de ar, por exemplo, em um ambiente de controle de operações da instalação industrial ou como uma aplicação de software acessível através de um computador, tablet ou dispositivo móvel. Cada dispositivo de filtro de ar 41a,b de um arranjo de filtro de ar compreende uma unidade de comunicação para transmissão sem fio de dados de sensor para a estação de controle do filtro de ar 42. Entretanto, a transmissão não é percebida como dispositivo direto para dispositivo de comunicação, mas a ser realizada através de estruturas de rede intermediárias, tais como estruturas de rede de dados convencionais. Uma ligação sem fio é ilustrada entre cada dispositivo de filtro de ar e estação de controle do filtro de ar para ilustrar que pelo menos parte da comunicação entre o dispositivo de filtro de ar e a estação de controle do filtro de ar irá normalmente envolver uma ligação de comunicação sem fio.

[0046] Os dispositivos de filtro de ar 41a,b do sistema são providos em arranjos de filtro de ar localizados em diferentes locais geográficos, tais como em arranjos de filtro de ar localizados em diferentes usinas elétricas de turbina de combustão durante a consideração da aplicação da usina elétrica. Outras instalações industriais, certamente, também estão no escopo da presente descrição, tais como turbinas a gás para estações compressoras ou turbinas a gás para barcos ou aplicações em alto-mar. As estações de controle de filtro de ar são configuradas para compilar dados provenientes de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar, preferivelmente, dispositivos de filtro de ar de diferentes locais, e para usar dados compilados a fim de estabelecer uma confiável estimativa para uma expectativa de vida útil restante e custo de operação dos correspondentes arranjos de filtro de ar em uma instalação industrial específica.

[0047] Da forma mencionada acima, os aspectos em relação ao entupimento e à queda de pressão variam entre as unidades de filtro do arranjo de filtro descrito. Consequentemente, o sistema para gerenciamento de filtro de ar pode compreender um conjunto de sensores arranjados em uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar que compreendem sensores posicionados em, ou na vizinhança de, uma ou mais unidades de filtro específicas ou um único dispositivo de filtro de ar que compreende um número maior de sensores posicionados em, ou na vizinhança de, diversas unidades de filtro no arranjo de filtro. Os um ou mais dispositivos de filtro de ar são arranjados para reunir os dados de sensor representativos do estado operacional do arranjo de filtro de ar para a aplicação industrial específica. Por sensor, entende-se um dispositivo que compreende uma ou mais sondas sensoras e um instrumento capaz de perceber uma condição a ser monitorada. Os sensores descritos na figura 3a podem compreender um ou mais de um sensor de fluxo, um sensor de umidade, um sensor de concentração de poeira no ambiente e um sensor de queda de pressão. A saída obtida a partir de cada sensor é um valor de saída correspondente à condição medida, por exemplo, fluxo de ar em metros cúbicos por hora, umidade relativa do ar em percentual, uma concentração de poeira em gramas de poeira por metro cúbico e uma queda de pressão relativa dP.

[0048] O dispositivo de filtro de ar 41a,b que contém os sensores é incluído no arranjo de filtro de ar, por exemplo, na armação do arranjo de filtro de ar, em um lado à montante de uma unidade de filtro ou em uma superfície à jusante de uma unidade de filtro. O dispositivo de filtro de ar também pode receber entrada adicional a partir de sensores posicionados fora do arranjo de filtro de ar, por exemplo, alguns sensores posicionados em um lado à montante do arranjo de filtro de ar, ao mesmo tempo em que outros são colocados no lado à jusante. Da forma descrita, os dispositivos de filtro de ar podem ser arranjados na superfície ou na vizinhança de duas ou mais unidades de filtro no arranjo de filtro. Assim, a saída da estação de controle do filtro de ar pode incluir a entrada de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar na mesma entrada de fluxo de ar, mas quando a entrada para os respectivos dispositivos de filtro de ar diferir em relação à entrada dos dados de sensor, por exemplo, conteúdo das partículas e queda de pressão. O uso de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar permite uma informação mais detalhada e equilibrada da condição das unidades de filtro em um arranjo de filtro, provendo informação sobre qual filtro pode ser mais econômico para mudar e, também, estimativas viáveis sobre uma vida útil restante nas presentes unidades de filtro.

[0049] Os dispositivos de filtro de ar são arranjados para coletar dados do filtro de ar, mas também podem, de acordo com os aspectos da descrição, coletar dados de desempenho. Tais dados também podem ser recuperados para a estação de controle do filtro de ar diretamente a partir de um ambiente do operador da instalação industrial.

[0050] Voltando para a figura 4, o diagrama de blocos descreve um sistema 40 para gerenciamento de filtro de ar que compreende pelo menos dois dispositivos de filtro de ar 41a,b providos em arranjos de filtro de ar de admissões de fluxo de ar não correlacionadas para respectivas instalações industriais e uma estação de controle do filtro de ar 42. De acordo com um aspecto da descrição, cada dispositivo de filtro de ar 41a,b é incorporado da forma descrita em relação à figura 3a. Um microprocessador é comunicativamente conectado em um ou mais sensores 31a-c, por exemplo, um sensor de fluxo, um sensor de temperatura e/ou de umidade, um sensor de concentração de poeira no ambiente e/ou pelo menos um sensor para determinar a queda de pressão do filtro através do filtro. De acordo com um outro aspecto da descrição, cada dispositivo de filtro de ar 41a,b é integrado com um respectivo arranjo de filtro de ar, por exemplo, em um lado à montante ou à jusante do arranjo de filtro de ar.

[0051] De acordo com um aspecto da descrição, cada dispositivo de filtro de ar 41a,b é arranjado para transmitir os dados coletados em uma base regular, por exemplo, pelo uso de uma ligação sem fio 43, em comunicação máquina para máquina. Embora o diagrama de blocos descreva uma ligação sem fio direta entre cada dispositivo de filtro de ar 41a,b e a estação de controle do filtro de ar 42, é óbvio para versados na técnica que as entidades podem comunicar por meio de uma multiplicidade de nós sem fio, de forma que a comunicação sem fio seja usada para distribuir dados provenientes dos dispositivos de filtro de ar para uma estação de controle de recepção, mas estas ligações sem fio podem não ser necessárias em cada instância de comunicação de cada dispositivo de filtro de ar 41a,b até a estação de controle do filtro de ar 42. Também deve ser entendido que a estação de controle do filtro de ar pode incluir uma ou mais entidades cooperativas, em que uma interface de usuário pode ser provida, por exemplo, como uma aplicação em um computador, telefone celular ou em um tablet, ao mesmo tempo em que o processamento real é realizado em um ambiente em nuvem, por exemplo, por servidores cooperativos localizados em diferentes locais ou em um mesmo local geográfico. Para o caso de transmissão falha, o armazenamento local para dados de até 6 meses também é previsto no dispositivo de filtro de ar. Da forma mencionada, o dispositivo de filtro de ar também compreende uma memória arranjada para prover tal armazenamento local e também pode compreender um suprimento de energia ou reservatório de energia.

[0052] O sistema 40 para gerenciamento de filtro de ar compreende uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar 41a,b e uma estação de controle do filtro de ar 42. Cada dispositivo de filtro de ar 41a,b é provido em um arranjo de filtro de ar em uma entrada de fluxo de ar para uma instalação industrial, arranjo de filtro de ar este que compreende pelo menos uma mídia de filtro capaz de remover material particulado e/ou contaminação molecular aerotransportada, AMC, de um fluxo de ar recebido na entrada de fluxo de ar. Cada dispositivo de filtro de ar 41a,b compreende um conjunto de sensores, isto é, pelo menos meio de determinação de fluxo para determinar a velocidade do ar e, preferivelmente, também, sensores para determinar a queda de pressão através do arranjo de filtro de ar que contém o dispositivo de filtro de ar, arranjado para reunir dados de sensor representativos de um estado operacional do arranjo de filtro de ar. Cada dispositivo de filtro de ar 41a,b compreende adicionalmente um microprocessador e uma unidade de comunicação. A estação de controle do filtro de ar 42 também compreende uma unidade de comunicação arranjada para receber dados de sensor a partir da pluralidade de dispositivos de filtro de ar 41a,b. A estação de controle do filtro de ar provê uma interface de usuário para selecionar um arranjo de filtro de ar de um dispositivo de filtro de ar 41a. O sistema de circuitos de processamento da estação de controle do filtro de ar é arranjado para estimar uma expectativa de vida útil do arranjo de filtro de ar selecionado 41a com base na informação do estado operacional determinada a partir de dados de sensor reunidos no dispositivo de filtro de ar 41a do arranjo de filtro de ar selecionado e de dados de sensor recebidos a partir de um ou mais outros dispositivos de filtro de ar 41b.

[0053] De acordo com um aspecto da descrição, o dispositivo de filtro de ar compreende um ou mais dos seguintes sensores: um sensor de temperatura e de umidade, sensor(es) de queda de pressão, sensor de poeira no ambiente e um sensor de fluxo de ar. Assim, o dispositivo de filtro de ar pode prover um conjunto abrangente de dados de sensor exigidos no gerenciamento de filtro de ar. De acordo com um aspecto da descrição, o sensor do fluxo de ar pode determinar a velocidade do ar usando um fluxômetro de vórtice customizado. Um sensor de pressão instalado voltado para longe do fluxo de ar é usado para determinar variações de pressão e a frequência destas variações. Uma Transformada Rápida de Fourier é realizada para a entrada a partir do sensor de pressão, resultando em uma FFT que é usada para determinar a frequência principal de desprendimento de vórtice causado pelo ar em movimento. A partir desta frequência, a velocidade do ar em movimento pode ser determinada.

[0054] As medições da entrada do fluxo de ar também podem ser usadas durante o cálculo da perda de pressão e de uma tendência da perda de pressão, tendência de dP. A tendência de dP depende da perda de pressão devido à carga de poeira no filtro, mas também da perda de pressão devido à umidade e à chuva. A perda de pressão devido à carga de poeira no filtro pode ser correlacionada com concentração de poeira (g/m3) e fluxo de ar (m3/hora). A perda de pressão devido à umidade pode ser estimada a partir de uma correlação com umidade.

[0055] A saída de uma instalação industrial, tal como uma turbina de combustão, depende do fluxo de ar para a câmara de combustão da turbina. Uma mudança no fluxo de ar terá significativo impacto na saída da turbina de combustão; assim, há uma necessidade de normalizar dados para fluxo de ar.

[0056] De acordo com os princípios da presente invenção, o arranjo de filtro de ar é usado como uma plataforma de medição bem definida para medir uma ampla faixa de dados de sensor. Os componentes contidos no dispositivo de filtro de ar e, consequentemente, também, no arranjo de filtro de ar, são usados para gerar estimativas de expectativa de vida útil mais precisas com base em dados de sensor altamente confiáveis.

[0057] A partir de uma perspectiva de gerenciamento do filtro, a concentração de poeira no ar ambiente também é uma entrada significativa para a avaliação dos benefícios/necessidades para uma troca de filtro. Além disso, a medição da concentração de poeira no ar ambiente também provê um pré-requisito para definição de referência entre diferentes locais e diferentes filtros, isto é, para basear o gerenciamento de filtro em um conjunto de dados maior do que aquele que foi usado nas aplicações gerenciamento de filtro da técnica anterior. Os inventores revelaram que estimativas mais precisas podem ser produzidas durante a compilação de dados de sensor provenientes de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar, representativos das mesmas categorias das instalações industriais, em um depósito central, isto é, uma estação de controle do filtro de ar. Assim, a presente invenção provê um meio para melhorar a estimativa da expectativa de vida útil para cada dispositivo de filtro de ar específico e, também, para melhorar a estimativa do custo do ciclo de vida útil.

[0058] As soluções da técnica anterior são com base apenas nas condições específicas para a unidade de filtro para a qual a perda de pressão é determinada e o processo de construção de dados de sensor suficientes para habilitar as estimativas precisas de futuras condições de filtro pode se provar bastante demorado. Os inventores perceberam que seria possível melhorar o acesso aos dados de sensor, pela permissão do uso de dados de sensor provenientes de uma pluralidade de entidades independentes, dispositivos de filtro de ar, durante a estimativa de um tempo de vida útil de uma ou mais unidades de filtro de um arranjo de filtro de ar em uma instalação industrial, tais como uma usina elétrica de turbina de combustão. Além disso, os inventores apresentam uma solução para agregar os dados, de forma que tais estimativas precisas estejam à mão. De acordo com um aspecto da descrição, os dados provenientes dos dispositivos de filtro de ar residentes em uma outra instalação industrial, que representa o mesmo tipo de instalação industrial, podem ser usados para melhorar a estimativa para um arranjo de filtro de ar.

[0059] De acordo com outros aspectos da descrição, a invenção é com base na determinação de condições ambientes para os dispositivos de filtro de ar que provêm dados de sensor não correlacionados e para usar dados de sensor normalizados provenientes de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar para melhorar as estimativas de expectativa de vida útil para um dado nó. É um problema com típicas estimativas de vida útil do filtro que estas sejam feitas com base na Capacidade de Manutenção de Poeira, DHC, calculada em laboratório. Entretanto, os inventores descobriram que um filtro que pode manter 100 gramas de “poeira de laboratório” antes de precisar de substituição pode, de fato, ter uma vida útil técnica que implica uma carga de algo entre 50 e 300 gramas de poeira do “mundo real”. Tipicamente, as soluções da técnica anterior para estimar a expectativa de vida útil de um arranjo de filtro de ar de uma instalação industrial específica se baseiam em uma adivinhação em relação a quanta poeira do “mundo real” pode estar compreendida no filtro, mas as incertezas de uma adivinhação como esta são bastante significativas. Pela determinação do relacionamento entre a construção da pressão em uma unidade de filtro em comparação com a poeira do local, é possível fazer comparações legítimas entre diferentes tipos de filtro e locais e usar dados provenientes de vários tipos de filtro e locais durante a geração de uma estimativa da expectativa de vida útil ou do custo do ciclo de vida útil.

[0060] Uma vez que a perda de pressão devido à condição de filtro puder ser determinada, é possível calcular quanto isto afeta o desempenho da instalação industrial, por exemplo, reduz a saída de uma usina elétrica de turbina de combustão, e isto pode ser apresentado em termos de valor monetário, por exemplo, valor em dólares.

[0061] De acordo com um aspecto da descrição, cada dispositivo de filtro de ar também pode incluir luzes de estado em LED que são usadas para indicar que uma unidade de filtro correspondente está em necessidade de substituição.

[0062] Os dispositivos de filtro de ar são usados para reunir os dados de sensor que são transmitidos para uma estação de controle do filtro de ar em uma base regular. Cada operador de uma instalação industrial pode acessar os dados em relação às condições de sua instalação específica a partir da estação de controle do filtro de ar. De acordo com um aspecto da descrição, uma interface de comunicações em relação à estação de controle do filtro de ar é provida por meio de uma página da Internet, uma aplicação para um tablet ou uma aplicação para um dispositivo móvel. Uma interface de usuário como esta é representada na figura 7a. A interface de usuário pode ser acessível pelo operador da instalação industrial, mas também pelo provedor de filtro, de forma que haja uma maior prontidão para prover substituição de filtros de acordo com reais necessidades, em vez de ser de acordo com um programa de substituição de filtro pré-calculado. Os dados que representam a expectativa de vida útil do filtro e os custos do filtro associados em relação ao tempo de vida útil estimado podem ser apresentados em imagens gráficas. A figura 7b ilustra uma apresentação gráfica do custo do ciclo de vida útil do filtro e um custo associado com a contínua operação do filtro em deterioração, isto é, custos em relação a uma redução na saída da usina elétrica. De acordo com outros aspectos da descrição, um operador da usina elétrica pode prover dados operacionais adicionais para a estação de controle do filtro de ar.

[0063] Na estação de controle do filtro de ar, os dados coletados são processados. Tal processamento implica correção de dados para condições de fluxo, criação de linhas de tendência históricas para queda de pressão, dP, com base em dados medidos, e previsão de dP futura com base nas linhas de tendência históricas. De acordo com os aspectos da descrição, a estação de controle do filtro de ar também converte o valor da queda de pressão em um valor monetário para visualizar uma diminuição na saída da produção devido à queda de pressão.

[0064] Em uma interface de comunicação da estação de controle do filtro de ar, o usuário final recebe informação visual sobre o tempo até que os filtros precisem ser substituídos devido a motivos técnicos, isto é, perda de pressão; o tempo até a substituição de filtro é recomendado por motivos comerciais; economias de custos para fazer a substituição de filtro com base em motivos comerciais em vez de motivos técnicos. Um importante aspecto na apresentação de aspectos comerciais é a degradação no desempenho da instalação industrial, por exemplo, sofrida a partir da degradação do fluxo de ar para a câmara de combustão da turbina de combustão.

[0065] A figura 5 descreve um fluxograma de etapas exemplares do método realizado em um dispositivo de filtro de ar. O dispositivo de filtro de ar é configurado para obter S51 dados de sensor usando tecnologia de sensor bem conhecida. Tais dados de sensor compreendem os dados de sensor gerados a partir de sensores de ponta arranjados no arranjo de filtro de ar. A partir da perspectiva do sistema, a invenção não é limitada a uma certa colocação dos sensores, embora um dispositivo de filtro de ar inteligente compacto proveja inúmeros benefícios para a precisão nos dados de sensor medidos e para a capacidade para substituir sensores defeituosos sem atraso. O dispositivo de filtro de ar compreende adicionalmente um microprocessador configurado para processar S52 os dados de sensor obtidos para determinar informação do estado operacional que representa um estado operacional do arranjo de filtro de ar em que o dispositivo de filtro de ar está localizado. O dispositivo de filtro de ar transmite S53 a informação do estado operacional para uma estação de controle remota do filtro de ar de recepção. A transmissão dos dados de sensor processados a partir do dispositivo sensor de filtro de ar para a estação de controle do filtro de ar pode, pelo menos em parte, ser realizada através de uma ligação de comunicação sem fio.

[0066] A figura 6 descreve um fluxograma de um exemplo de método realizado em uma estação de controle do filtro de ar para gerenciamento de filtro de ar em um sistema de gerenciamento de filtro de ar. Em seu contexto mais geral, o método compreende receber S61 informação do estado operacional a partir de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar. De acordo com um aspecto da descrição, os dispositivos de filtro de ar também podem ser arranjados para receber S62 dados de desempenho relevantes para a instalação industrial em que o arranjo de filtro de ar é operado. Em uma etapa adicional, a estação de controle do filtro de ar recebe S63 uma consulta de condição de filtro relevante para um arranjo de filtro de ar selecionado de um ou mais dispositivos de filtro de ar no sistema de gerenciamento de filtro de ar. A estação de controle do filtro de ar processa a consulta e estima S64 uma expectativa de vida útil do arranjo de filtro de ar selecionado com base na informação do estado operacional recebida a partir do correspondente dispositivo de filtro de ar e na informação do estado operacional recebida a partir de um ou mais outros dispositivos de filtro de ar. Em uma etapa opcional, um custo do ciclo de vida útil é estimado com base na expectativa de vida útil estimada e nos dados de desempenho para a instalação industrial do arranjo de filtro de ar selecionado. Na avaliação do custo do ciclo de vida útil, um custo de substituição de filtro derivável a partir da expectativa de vida útil estimada pode ser comparado com os custos operacionais deriváveis a partir do uso do arranjo de filtro de ar nas instalações industriais, por exemplo, os custos associados com uma reduzida saída de uma usina elétrica de turbina de combustão durante a operação usando um arranjo de filtro de ar que se aproxima do final do seu tempo de vida útil. Da forma previamente mencionada, tal saída reduzida pode resultar a partir de um influxo de ar reduzido para suportar o processo de combustão.

[0067] A consulta é recebida S63 através de uma interface de usuário acessível a um operador da instalação industrial, por exemplo, um operador da usina elétrica e/ou pessoal da manutenção de filtro ou qualquer outro destinatário autorizado. A estimativa por uma expectativa de vida útil do arranjo de filtro selecionado pode tanto ser realizada mediante recepção dos dados no sistema, isto é, para qualquer filtro no arranjo de filtro de ar, assim que novos dados forem inseridos no sistema ou na recepção de uma consulta em relação à expectativa de vida útil de um dado arranjo de filtro de ar. Preferivelmente, a expectativa de vida útil para todos os dispositivos de filtro de ar listados com a estação de controle do filtro de ar é continuamente atualizada assim que novos dados forem recebidos no sistema.

[0068] A estimativa da expectativa de vida útil de um arranjo de filtro de ar selecionado é preferivelmente alcançada pelo uso de metamodelagem, tal como o modelo de Kriging, que permite uma otimização de desenho em um processo iterativo sem indevidos esforços de computação. Entretanto, os princípios de modelagem específicos para estimar a expectativa de vida útil não são parte da presente invenção, em que uma estimativa de expectativa de vida útil pode ser derivada a partir do uso de uma pluralidade de técnicas de modelagem.

[0069] A figura 7a descreve um exemplo de uma interface de usuário em uma estação de controle do filtro de ar, em que pelo menos parte do software e da capacidade de processamento da estação de controle do filtro de ar é incorporada em um tablet. A figura 7b descreve um exemplo de uma imagem gráfica que descreve aspecto do operador, em que um impacto do custo de admissão de ar na turbina de combustão é calculado e exibido. O impacto do custo inclui aumento no custo de combustível, perda da energia de saída devido à perda de pressão no filtro, e custo de substituição de filtro. Embora o custo de substituição de filtro esteja diminuindo durante o tempo, a tendência de custo para perda de produção é o oposto. Tendo acesso às estimativas precisas destes custos e ao tempo de vida útil do filtro esperado, é possível calcular, em tempo real, o intervalo de substituição ou de condicionamento de filtro mais ideal e receber aviso sobre economias monetárias que podem ser ganhas por seguir uma recomendação para trocar o filtro em um dado ponto no tempo.

[0070] De acordo com um aspecto da descrição, a estação de controle do filtro de ar pode ser uma aplicação em nuvem em que dados são coletados e analisados em intervalos regulares, por exemplo, uma vez por dia. Cada consumidor recebe um log-in e senha que dão a eles acesso para filtrar dados para algumas ou todas as turbinas de combustão em sua frota. O consumidor pode determinar a condição de cada entrada de fluxo de ar para as usinas elétricas de turbina de combustão, a vida útil técnica do arranjo de filtro e a vida útil econômica para o arranjo de filtro, isto é, o ponto no tempo em que o custo de manutenção do filtro em operação adicional ultrapassa o custo para trocar o filtro. Os dados provenientes da estação de controle do filtro de ar também podem ser acessíveis a provedores de substituição de filtro, de forma que eles possam melhorar o serviço em relação às vendas de substituição de filtro depois de comercializado, mas também para sugerir emendas nas configurações do filtro com base em dados de desempenho históricos.

[0071] A presente invenção também se refere a um produto de programa de computador arranjado para realizar as etapas do método descritas acima quando executado em um sistema de gerenciamento de filtro de ar que compreende uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar e uma estação de controle do filtro de ar.

[0072] O dispositivo de filtro de ar e o sistema de gerenciamento de filtro de ar descritos na descrição exposta proveem a vantagem de habilitar o acesso aos dados adicionais para estimar os custos e os benefícios de uma substituição de filtro. Além disso, o dispositivo de filtro de ar provê acesso a dados de filtro mais confiáveis distribuídos para o sistema de gerenciamento de filtro de ar, assim, melhorando a qualidade das estimativas ainda mais.

Claims (15)

1. Sistema para gerenciamento de filtro de ar (40), o sistema compreendendo uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar (41a,b) e uma estação de controle do filtro de ar (42), em que cada dispositivo de filtro de ar (41a,b) é provido em um arranjo de filtro de ar em uma admissão de fluxo de ar para uma instalação industrial, o arranjo de filtro de ar compreendendo pelo menos uma mídia de filtro capaz de remover material particulado e/ou contaminação molecular aerotransportada, AMC, a partir de um fluxo de ar recebido na admissão de fluxo de ar, em que cada dispositivo de filtro de ar compreende um conjunto de sensores arranjados para reunir os dados de sensor representativos de um estado operacional do arranjo de filtro de ar no qual o filtro de ar é provido, um microprocessador arranjado para determinar informação do estado operacional para o arranjo de filtro de ar com base nos dados de sensor reunidos e uma primeira unidade de comunicação arranjada para transmitir informação do estado operacional, em que a estação de controle do filtro de ar (42) compreende uma segunda unidade de comunicação arranjada para receber informação do estado operacional a partir de cada uma das pluralidades de dispositivos de filtro de ar; cada uma provida em um arranjo de filtro de ar; uma interface de usuário para selecionar um arranjo de filtro de ar; e sistema de circuitos de processamento arranjado para estimar expectativa de vida útil do arranjo de filtro de ar, caracterizado pelo fato de que a expectativa de vida estimada é baseada na informação do estado operacional recebida a partir de um dito dispositivo de filtro de ar (41a) provido no arranjo de filtro de ar selecionado e na informação do estado operacional recebida a partir de outro dispositivo de filtro de ar (41b) da pluralidade de providos em um ou mais outros dos ditos arranjos de filtro de ar em tempo real.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos um ou mais outros dispositivos de filtro de ar (41b) é provido em um dito arranjo de filtro de ar em uma admissão de fluxo de ar para uma outra instalação industrial.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de sensores compreende um ou mais de um sensor de fluxo, um sensor de umidade, um sensor de concentração de poeira no ambiente e um sensor de queda de pressão.

4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a estação de controle do filtro de ar (42) é adicionalmente arranjada para receber dados de desempenho para uma ou mais instalações industriais correspondentes aos respectivos arranjos de filtro de ar, e para estimar um custo do ciclo de vida útil com base na expectativa de vida útil estimada e nos dados de desempenho para a instalação industrial do arranjo de filtro de ar selecionado.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a estimativa do custo do ciclo de vida útil também é com base nos dados de desempenho recebidos a partir de um ou mais outros dispositivos de filtro de ar providos nos outros arranjos de filtro de ar.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que cada dispositivo de filtro de ar (41a,b) é adicionalmente arranjado para obter dados de desempenho para a instalação industrial do respectivo arranjo de filtro de ar e para transmitir os dados de desempenho obtidos para a estação de controle do filtro de ar.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os dados de desempenho são recebidos através da interface de usuário.

8. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a informação do estado operacional é uma linha de tendência da queda de pressão, dP, no dispositivo de filtro de ar.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a linha de tendência da queda de pressão, dP, no dispositivo de filtro de ar é calculada a partir de uma correlação de dados de sensor a partir de um ou mais sensores de queda de pressão do filtro, e de dados de sensor de pelo menos um sensor de fluxo, um sensor de concentração de poeira no ambiente e/ou um sensor de umidade.

10. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a instalação industrial é uma usina elétrica de turbina de combustão, uma estação compressora energizada por turbina ou um acionamento mecânico energizado por turbina.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os dados de desempenho representam uma saída da usina elétrica de turbina de combustão.

12. Método para gerenciamento de filtro de ar realizado em uma estação de controle do filtro de ar do sistema (40) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, o método compreende: - receber (S61) informação do estado operacional a partir de uma pluralidade de dispositivos de filtro de ar, cada dispositivo de filtro de ar provido em um arranjo de filtro de ar, - receber (S63) uma consulta, através de uma interface de usuário, a partir de um arranjo de filtro de ar selecionado de um dos ditos dispositivos de filtro de ar; e - estimar (S64) uma expectativa de vida útil do arranjo de filtro de ar selecionado com base na informação do estado operacional caracterizado pelo fato de que a informação do estado operacional é recebida a partir do dispositivo de filtro de ar (41a) provido no arranjo de filtro de ar selecionado e na informação do estado operacional recebida em tempo real a partir de um ou mais outros dispositivo de filtro de ar (41b) providos em um ou mais outro arranjo de filtro de ar.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: - receber (S62) dados de desempenho para instalações industriais correspondentes aos respectivos arranjos de filtro de ar, e - estimar (S65) o custo do ciclo de vida útil com base na expectativa de vida útil estimada e nos dados de desempenho para a instalação industrial do arranjo de filtro de ar selecionado.

14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a estimativa da expectativa de vida útil é gerada em resposta à recepção dos dados de sensor a partir da dita pluralidade de dispositivos de filtro de ar ou em resposta à recepção da consulta a partir um arranjo de filtro de ar selecionado.

15. Meio de armazenamento em memória, caracterizado pelo fato de que compreende instruções legíveis por computador que, quando executadas em um sistema para gerenciamento de filtro de ar como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, fazem com que o sistema realize o método como definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 14.