BR112020000412A2

BR112020000412A2 - método para controlar a velocidade centrífuga de compressor, e, sistema de controle para controlar a velocidade de compressor centrífugo

Info

Publication number: BR112020000412A2
Application number: BR112020000412-0A
Authority: BR
Inventors: Garrett R. Swindlehurst; Andrew C. Rosinski; Michael S. Manning
Original assignee: Praxair Technology, Inc.
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2020-07-14
Also published as: CL2020000047A1; CN110998100A; EP3652441B1; BR112020000412B1; AU2018301275A1; KR20200023458A; KR102217823B1; CN110998100B; WO2019013959A1; US20190010949A1; ES2950591T3; PL3652441T3; AU2018301275B2; EP3652441C0; EP3652441A1; US10989210B2; RU2730780C1; HUE062479T2

Abstract

A presente invenção se refere a um método e a um sistema de controle para controlar a velocidade de compressores centrífugos (4, 5) que operam em um processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo para evitar uma operação na qual uma sobretensão pode ocorrer e que são diretamente acionados por um motor elétrico (4, 5) que é, por sua vez, controlado por um acionador de frequência variável (12, 13), enquanto opera subsequentemente o processo de oscilação de pressão de vácuo entre os limites estabelecidos de adsorção mais altos e a pressão de dessorção mais baixa. De acordo com a presente invenção, uma velocidade ideal para a operação do compressor é determinada, na qual o compressor opera ao longo de uma linha de operação de pico de eficiência de um mapa de compressor desse. Essa velocidade é ajustada por um multiplicador de velocidade de retroinformação quando o fluxo ou outro parâmetro de referência que flui através do compressor estiver abaixo de um valor mínimo e um multiplicador de fluxo de alimentação de avanço durante as etapas de evacuação e de evacuação com purga que multiplica o multiplicador de retroinformação para aumentar a velocidade do compressor e, portanto, evitar sobretensão. Então, a velocidade é ajustada por um fator de velocidade global que serve para ajustar a velocidade média dos motores ao longo de todas as etapas do ciclo de repetição, de modo que o processo opere dentro de limites altos e baixos de pressão.

Description

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MÉTODO PARA CONTROLAR A VELOCIDADE CENTRÍFUGA DE COMPRESSOR, E, SISTEMA DE CONTROLE PARA CONTROLAR A

VELOCIDADE DE COMPRESSOR CENTRÍFUGO Campo da Invenção

[001] A presente invenção fornece um método e um sistema de controle para controlar a velocidade de dois ou mais compressores centrífugos que operam dentro de um aparelho de adsorção por oscilação de pressão a vácuo e diretamente acionados por motores elétricos para otimizar a eficiência dos compressores durante a operação do aparelho e evitar que os compressores entrem em condições de sobretensão. Mais particularmente, a presente invenção se refere a um método e um sistema nos quais a velocidade é aumentada durante ao menos os passos de um ciclo conduzido pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo nos quais o compressor pode encontrar sobretensão e em quantidades de aumento que variam de acordo com as etapas que são conduzidas. Além disso, a presente invenção se refere a tal método e sistema em que a velocidade relativa do compressor é aumentada ou diminuída durante todas as etapas de um ciclo de repetição conduzido pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão a vácuo para que as pressões dentro do aparelho não excedam um dado limite, e de modo que as pressões para cada vaso no aparelho sigam o mesmo padrão repetitivo para assegurar a operação estável do aparelho. Antecedentes da Invenção

[002] Em um processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo (VPSA, "vacuum pressure swing adsorption"), um ou mais adsorventes são usados para adsorver um ou mais componentes de uma corrente de alimentação e desse modo produzir uma corrente de produto purificado. Um processo típico tem uma série de etapas executadas continuamente de acordo com um ciclo de repetição. No ciclo de repetição, um leito adsorvente contendo o adsorvente é alternadamente usado para produzir o produto

2 / 46 purificado e então é regenerado. Durante a regeneração, os componentes adsorvidos são dessorvidos do adsorvente e, então, o leito adsorvente retorna para uma condição na qual ele pode produzir o produto.

[003] Em um processo típico de adsorção por oscilação de pressão de vácuo projetado para produzir o produto oxigênio a partir de ar de alimentação, um leito adsorvente é submetido a um processo de dez etapas conduzido em um ciclo repetitivo. Para obter a máxima recuperação de oxigênio, um processo de dois leitos geralmente é realizado. Em uma primeira etapa, o primeiro leito é simultaneamente evacuado do fundo e pressurizado a partir do topo com gás de equalização liberado do segundo leito. Depois disso, produto de alta pureza é adicionado no topo do leito a partir do tanque de compensação de oxigênio enquanto ar de alimentação é fornecido por um compressor de alimentação, tipicamente um soprador de ar do tipo Roots. Em uma terceira etapa, o leito continua a ser pressurizado a partir do fundo através do soprador. O leito está agora pronto para produzir o produto e ar de alimentação é fornecido no fundo do vaso e o produto é removido a partir do topo durante a etapa 4. Na etapa 5, o produto gás é liberado para o tanque de compensação de oxigênio e um pouco do produto é refluxado para o segundo leito como purga. Depois que a produção está completa, o soprador é descarregado durante a etapa 6 e o gás de menor impureza restante no topo do leito pressurizado é transferido para o segundo leito como gás de equalização. Nas etapas de evacuação subsequentes 7, 8, e 9, nitrogênio residual é removido do fundo do vaso através do compressor de vácuo enquanto não há nenhuma saída ou entrada de fluxo pelo topo do vaso. Na última etapa, o compressor de vácuo continua a remover nitrogênio do fundo do vaso enquanto gás de purga é adicionado no topo do vaso a partir do segundo leito. A pressão permanece relativamente constante durante essa etapa devido ao fato de que o fluxo de purga de oxigênio é controlado igual ao fluxo de evacuação.

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[004] Conforme revelado no documento US 7.785.405, compressores centrífugos acionados diretamente por motores de magneto permanente de acionamento direto de alta velocidade foram utilizados vantajosamente nos processos de adsorção por oscilação de pressão de vácuo. O uso de tais motores permite operação com velocidade variável, de modo que a combinação ou as combinações de compressor e motor de magneto permanente de alta velocidade pode(m) acelerar de velocidade baixa para velocidade alta e desacelerar de velocidade alta para velocidade baixa rapidamente, conforme exigido pelo processo. Foi constatado que isso oferece uma importante melhoria em relação ao uso de compressores centrífugos acionados por motor de indução/sistemas de caixa de velocidades convencionais que, devido à alta inércia do motor de indução, não pode(m) acelerar e desacelerar rapidamente. Através da variação contínua das velocidades do compressor para coincidir com o requisito de razão de pressão do compressor, que é variável devido à pressurização e evacuação dos leitos adsorventes, o compressor centrífugo usado em tal ciclo pode ser operado próximo da sua eficiência de pico, e de preferência na sua eficiência de pico de 100% da velocidade de design, ou maior, até um velocidade substancialmente mais baixa, frequentemente tão baixa quanto 30% da velocidade de design.

[005] Os compressores são projetados para operarem dentro de um envelope operacional que pode ser plotado no que é chamado de mapa de compressor de razão de pressão entre a pressão de saída e a pressão de entrada em função da vazão através do compressor. Nessa plotagem, uma linha de operação de eficiência, ou melhor eficiência, de pico é plotada na qual para uma dada vazão e razão de pressão, o consumo de energia do compressor se encontra em um ponto mínimo. Esse mapa de compressor pode ser programado dentro um controlador usado para controlar a velocidade do motor e, portanto, do compressor. Dependendo da etapa específica no

4 / 46 processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo, que exigiria uma razão de pressão específica através do compressor centrífugo, o controlador envia um sinal referente à velocidade ideal, conforme determinado a partir do mapa de compressor, para um acionador de velocidade variável que controla a velocidade do motor de magneto permanente de alta velocidade.

[006] Há, no entanto, situações que podem fazer com que o compressor saia fora da linha de operação de eficiência de pico e para uma condição de sobretensão. Por exemplo, pode haver um atraso no sistema de controle, etapas transitórias no processo conduzido pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo, alterações nas condições ambientes e transição fora da linha de velocidade mínima. Em todas essas situações, o fluxo de massa sendo comprimido pode cair para uma dada velocidade e razão de pressão para acionar o compressor em sobretensão. Um evento de sobretensão é, portanto, produzido por uma vazão através do compressor que cai abaixo de um fluxo mínimo exigido a uma dada velocidade da hélice do compressor que é necessária para manter a operação estável. Em um evento de sobretensão, a pressão da cabeça desenvolvida pelo compressor diminui, causando um gradiente de pressão reverso na descarga do compressor e um fluxo reverso resultante de gás. Quando a pressão na linha de descarga do compressor cai abaixo da pressão desenvolvida pela hélice, o fluxo reverte mais uma vez. Verificou-se que esse padrão de fluxo alternado é uma condição instável que pode causar danos graves à hélice do compressor, ao mecanismo de acionamento e seus componentes. Esta condição deve ser evitada.

[007] Em ciclos de repetição usados no aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo, as condições operacionais da compressão na qual sobretensão pode ocorrer serão mais importantes nas velocidades altas. Adicionalmente, durante as etapas de evacuação e purga, e particularmente durante a transição entre as etapas de purga e evacuação, é provável que

5 / 46 ocorra sobretensão. Como será discutido, a presente invenção fornece um controle de velocidade que é particularmente projetado para evitar sobretensão durante a operação em baixa velocidade e durante as etapas de evacuação e purga e a transição entre tais etapas.

[008] No caso da operação de um aparelho de oscilação de pressão de vácuo compreendido de dois ou mais leitos, é importante que o traço de pressão com cada etapa do ciclo de repetição seja idêntico para cada vaso no aparelho. Para cada vaso no aparelho, a pressão inicial e a pressão final de cada etapa precisam ser idênticas. Esta condição, que é tipicamente chamada de "equilíbrio" pelos versados na técnica, é necessária para garantir que a produção do aparelho permaneça estável e que as pressões máxima e mínima no ciclo não excedam, uma vez que tal excedência pode danificar as turbomáquinas de compressão associadas. Além disso, a duração de cada etapa precisa ser a mesma. Esta condição, que é tipicamente chamada de "simetria" pelos versados na técnica, é necessária para assegurar que os ciclos de pressão de cada vaso permanecem no mesmo grau fora de fase um com o outro. Se essa condição não for satisfeita, o processo pode entrar em um estado no qual ele não está recebendo alimentação ou produzindo produto conforme projetado, o que perturba a produção contínua a partir do aparelho.

[009] Para processos de adsorção por oscilação de pressão de vácuo tipicamente usados para produção de oxigênio a partir do ar, o controle do traço de pressão dependente de tempo no ciclo é parcialmente controlado por ambas as válvulas do coletor de topo do processo, que é típico para a maioria dos processos de adsorção por oscilação de pressão. Adicionalmente, para a operação de um aparelho de oscilação de pressão de vácuo para a produção de oxigênio a partir do ar com compressores de velocidade variável, o traço de pressão nas etapas do ciclo é muito fortemente afetado pela operação do equipamento de compressão com velocidade variável associado. Isso é uma consequência do envelope operacional característico para a turbomáquina, na

6 / 46 qual a vazão através da máquina depende não apenas da razão de pressão através da máquina, mas da velocidade de rotação da máquina.

[0010] Por conseguinte, é imperativo, na operação de compressores de velocidade variável acionados por motores de magneto permanente de acionamento direto, que a velocidade do compressor seja ajustada em pequenos incrementos de um ciclo para o próximo de modo que determinados limites de pressão no processo não sejam excedidos, e de modo que os compressores não aumentem ou diminuam gradualmente a pressão cíclica média em cada vaso de um ciclo de operação para o próximo. A consequência do desvio da condição de operação estável de um ciclo contínuo de variação idêntica de pressão em cada vaso pode causar dano aos compressores, incluindo de eventos de sobretensão. Além disso, assegurar um ciclo de variação de pressão estável e idêntica em cada vaso garante que a produção a partir do aparelho de oscilação de pressão de vácuo seja maximizada. Sumário da Invenção

[0011] A presente invenção fornece um método para controlar a velocidade de dois ou mais compressores centrífugos que operam dentro de um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo. Os compressores centrífugos são diretamente acionados por um motor elétrico controlado por um acionador de frequência variável (VFD, "variable frequency acionador"). Neste sentido, o termo "motor elétrico" como usado aqui e nas reivindicações significa um motor de magneto permanente de alta velocidade ou um motor de indução de alta velocidade. Em conexão com esse método, um parâmetro referente a uma vazão de gás que entra no compressor centrífugo é medido e calculado. A razão de pressão entre a pressão de saída e a pressão de entrada do compressor é também medida e calculada. Uma velocidade ideal do compressor centrífugo é determinada com base na razão de pressão ao longo da linha de operação de pico de eficiência do compressor centrífugo. Adicionalmente, é também determinado um valor mínimo permitido do

7 / 46 parâmetro no qual é provável que o compressor centrífugo entre em condições de sobretensão na velocidade ideal. É determinado que, quando multiplicado pela velocidade ideal, um multiplicador de retroinformação aumentará a velocidade se o parâmetro for menor que o valor mínimo permitido ou reduzirá a velocidade se o parâmetro for maior que ou igual ao valor mínimo permitido. Um fator de velocidade global ("GSF", "global speed factor") geral é então aplicado à velocidade do motor, que desloca a operação do compressor ligeiramente na direção contrária da linha de velocidade ideal para todas as etapas durante o ciclo de repetição, de modo que a pressão nos vasos no final de cada pressurização e despressurização é igual aos pontos- alvo de ajuste de pressão de adsorção mais altos e de pressão de dessorção mais baixos para o processo, respectivamente. O fator de velocidade global (GSF) é geralmente de +/- 5% a partir da linha de velocidade ideal; em uma outra modalidade, +/- 3% da linha de velocidade ideal e, em ainda uma outra modalidade, +/- 2% da linha de velocidade ideal. Esse "ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto" é o valor desejado para a pressão máxima atingida no leito de adsorção durante as etapas nas quais o leito está produzindo o produto de gás. O "ponto de ajuste de pressão de dessorção mais baixo" é o valor desejado para a pressão mínima atingida no leito de adsorção durante as etapas nas quais o leito está sendo regenerado no processo de oscilação de pressão de vácuo. Desta maneira, o traço de pressão dependente de tempo do processo cíclico de adsorção permanece dentro das pressões de operação mais altas e mais baixas desejadas para todas as etapas do ciclo, evitando assim um evento de sobretensão causado por uma razão de pressão mais alta que a desejada através dos compressores.

[0012] Durante as etapas de um ciclo de repetição conduzidas pelo aparelho de adsorção por oscilação de vácuo no qual é ao menos provável que o compressor centrífugo encontre condições de sobretensão, além de uma etapa de evacuação pura e uma etapa de evacuação com purga de produto do

8 / 46 mesmo, um multiplicador de velocidade total é ajustado igual ao multiplicador de retroinformação multiplicado pelo fator de velocidade global. Durante a etapa de evacuação pura e a etapa de evacuação com purga de produto, o multiplicador de velocidade total é calculado multiplicando-se o multiplicador de retroinformação e o fator de velocidade global por um multiplicador de fluxo de alimentação de avanço que aumentará a velocidade durante a etapa de evacuação e a etapa de evacuação com purga, de modo que não seja provável que o compressor centrífugo entre em condições de sobretensão. Uma velocidade ajustada é calculada nesse momento multiplicando-se a velocidade ideal pelo multiplicador de velocidade total. Um sinal de controle referente ao menos à velocidade ajustada é gerado e inserido no acionador de frequência variável, de modo que o motor elétrico e, portanto, os compressores centrífugos, operem na velocidade ajustada. Deve- se observar que, como usado na presente invenção e nas reivindicações, o termo "etapa de evacuação pura" significa uma etapa do processo de adsorção por oscilação da pressão de vácuo na qual um leito adsorvente está sendo evacuado a partir do fundo do leito de adsorção e as válvulas são ajustadas de modo que nenhum gás está sendo introduzido no leito adsorvente ou liberado do topo do leito de adsorção. Adicionalmente, como usado na presente invenção e nas reivindicações, o termo, "evacuação com etapa de purga de produto" significa uma etapa do processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo na qual um leito adsorvente é submetido à evacuação no fundo do leito de adsorção e à introdução de gás de produto, por exemplo oxigênio, no topo do leito.

[0013] O método e sistema de controle de velocidade contra sobretensão, conforme discutido acima e apresentado nas reivindicações, é igualmente aplicável ao aparelho no qual um único compressor serve para alimentar o gás comprimido em um leito de adsorção e evacuar um leito de adsorção durante a regeneração do mesmo ou no qual um compressor de

9 / 46 alimentação é usado para alimentar o gás de alimentação comprimido para os leitos de adsorção do aparelho e um compressor de evacuação é usado em gases de evacuação a partir dos leitos de adsorção. Nesse sentido, quando um compressor de evacuação é usado, será um compressor centrífugo que utiliza a estratégia acima mencionada de controle contra sobretensão. O compressor de alimentação pode não ser em tal aparelho um compressor centrífugo e como tal, não seria submetido a tal controle contra sobretensão. Conforme será discutido, quando o compressor de alimentação é um compressor centrífugo, elementos do controle de velocidade contra sobretensão podem ser usados para o controle do mesmo.

[0014] É entendido que, de modo geral, a presente invenção contempla que o multiplicador de velocidade total seja ajustado igual ao multiplicador de retroinformação multiplicado pelo fator de velocidade global no qual é ao menos provável que o compressor centrífugo encontre condições de sobretensão, exceto na etapa de evacuação pura e na etapa de evacuação com purga de produto do mesmo. A presente invenção especificamente contempla, em pontos no ciclo de repetição nos quais as condições de sobretensão são pouco prováveis de serem encontradas, que o sinal de controle que é inserido no acionador de frequência variável terá o efeito de remoção de energia do motor elétrico. Nesse sentido, o processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo pode usar um único compressor para fornecer gás de alimentação comprimido para um leito adsorvente e um outro único compressor para evacuar os gases do leito adsorvente. Em tal caso, o ciclo de repetição pode incluir um fluxo de alimentação com etapa de equalização subsequente à etapa de evacuação com purga de produto, um fluxo de alimentação com etapa de repressurização de produto após o fluxo de alimentação com etapa de equalização e uma etapa de equalização anterior à etapa de evacuação pura. Durante o fluxo de alimentação com etapa de equalização, a etapa de equalização e o início do fluxo de alimentação com

10 / 46 etapa de repressurização de produto, o sinal de controle é referente a uma velocidade não operacional, de modo que, quando o sinal de controle é inserido no acionador de frequência variável, a energia elétrica não seja aplicada ao motor elétrico. Entretanto, quando um valor predeterminado da elevação da pressão através do compressor é obtido durante o fluxo de alimentação com etapa de repressurização de produto, o sinal de controle se refere novamente à velocidade ajustada de modo que o motor elétrico e, portanto, o compressor operem na velocidade ajustada. Deve ser observado, entretanto, que a presente invenção também contempla e tenciona abranger nas reivindicações anexas uma modalidade na qual nas etapas do ciclo repetitivo, além da etapa de evacuação pura e da etapa de evacuação com purga de produto, o multiplicador de velocidade total seja sempre ajustado igual ao multiplicador de retroinformação multiplicado pelo fator de velocidade global e o sinal de controle seja sempre referente à velocidade ajustada. Além disso, em um aparelho de leito multiadsorvente que usa fluxo de alimentação dedicado e compressores de evacuação, o ciclo de repetição pode incluir uma etapa de equalização de pressão decrescente e uma etapa de equalização de pressão crescente subsequente à etapa de evacuação com purga de produto. Durante a etapa de equalização de pressão decrescente e a etapa de equalização de pressão crescente, o sinal de controle é referente à velocidade não operacional, de modo que a energia elétrica não seja aplicada ao acionador de motor elétrico com o compressor de evacuação. Quando uma razão de pressão predeterminada é obtida durante a etapa de equalização de pressão descendente, o sinal de controle é novamente referente à velocidade ajustada, de modo que o compressor de evacuação opere na velocidade ajustada.

[0015] Cada vez que o multiplicador de retroinformação é determinado, o multiplicador de retroinformação pode ser armazenado. Quando o parâmetro é menor que o valor mínimo permitido, o multiplicador

11 / 46 de retroinformação é determinado pela adição, a um último valor armazenado do multiplicador de retroinformação, de um fator de correção de velocidade. Quando o parâmetro é maior ou igual ao valor mínimo permitido, o multiplicador de velocidade de retroinformação é calculado dividindo-se o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação por uma constante de proporcionalidade. A constante de proporcionalidade é definida como igual a um valor maior que 1,0 quando o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação é maior que ou igual a 1,0 ou 1,0 quando o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação é menor que 1,0.

[0016] O multiplicador de fluxo de alimentação de avanço pode ser uma função da razão de pressão. A função pode ter um valor máximo do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço a uma razão de pressão predeterminada na qual, ou diretamente antes da qual, o compressor centrífugo provavelmente entrará em condições de sobretensão durante uma transição entre a etapa de evacuação e a etapa de purga. A função terá valores decrescentes do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço em razões de pressão maiores ou menores que o valor máximo. O valor máximo tem uma magnitude pré-selecionada de modo que, quando o valor máximo é multiplicado pela velocidade ideal na razão de pressão predeterminada, a velocidade resultante impedirá que o compressor centrífugo entre em condições de sobretensão. A função pode ser uma função de Gauss.

[0017] O parâmetro ou vazão da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo pode ser calculado(a) medindo-se a diferença de pressão medida em dois pontos no envoltório do compressor centrífugo que estão sucessivamente mais perto de uma hélice do mesmo. O envoltório ou alojamento estacionário da hélice de um compressor centrífugo tem um diâmetro mínimo. Este diâmetro mínimo pode ser usado de maneira similar a uma placa de orifício para calcular o fluxo através do compressor. Através da

12 / 46 medição da diferença na pressão de fluido através das tomadas de pressão a montante e a jusante do diâmetro mínimo, a vazão pode ser obtida a partir das equações de placa de orifício conhecidas. Durante cada um dos intervalos de tempo, um erro de diferença de pressão é calculado e armazenado subtraindo- se o valor mínimo permitido do valor atual da diferença de pressão. O fator de correção de velocidade do multiplicador de retroinformação é calculado durante cada um dos intervalos de tempo através do controle integral proporcional que compreende adicionar um termo proporcional a um termo integral, sendo que o termo proporcional é calculado multiplicando-se um fator de ganho por uma diferença entre o erro de diferença de pressão e um erro de diferença de pressão anterior calculado em um intervalo de tempo anterior e dividindo-se a diferença pelo intervalo de tempo. O termo integral é calculado dividindo-se o fator de ganho por um tempo de redefinição integral e multiplicando-se um quociente resultante do mesmo pelo erro de diferença de pressão. O parâmetro ou a vazão da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo pode ser medido(a) com o uso de outros meios de medição direta do fluxo, como com rotâmetros com base no efeito da área variável ou com medidores de fluxo com base na rotação de uma hélice. Alternativamente, outros meios indiretos de medição de fluxo podem também ser usados para calcular o parâmetro, como medições de pressão através de um tubo de venturi situado dentro da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo ou sobre um sopro de hélice da dita corrente de fluido, ou com o uso de tubos de pitot para medir a pressão dentro da corrente de fluido dos mesmos.

[0018] Após os multiplicadores de retroinformação e de fluxo de alimentação de avanço terem sido adicionados para assegurar a operação segura do compressor fora do limite de sobretensão, um ajuste do fator de velocidade global (GSF) é aplicado à máquina para assegurar a operação do aparelho de oscilação de pressão cíclica entre os limites de pressão desejados.

13 / 46 O propósito de GSF é duplo: em primeiro lugar, para garantir que pressões muito altas ou muito baixas não sejam alcançadas nos vasos do aparelho, o que causaria um evento de sobretensão em um compressor que não pode mais aumentar sua velocidade; em segundo lugar, para assegurar que de um ciclo operacional para o próximo, um traço de pressão cíclico igual é alcançado em cada etapa do ciclo para cada vaso. Para assegurar que os vasos do processo atingiram um traço de pressão estável, e que eles não elevam ou caem em relação à pressão média para uma condição operacional insegura para os compressores associados, o fluxo total para os vasos precisa ser ajustado continuamente para responder às flutuações do processo em outros equipamentos do aparelho e às diferentes condições ambientais. O ajuste da velocidade-alvo dos compressores ligeiramente para cima ou para baixo, durante o ciclo, permite que a vazão através de cada compressor seja ligeiramente modificada com cada repetição do ciclo de processo para garantir que estabilidade, equilíbrio e simetria no processo de adsorção cíclico sejam obtidos.

[0019] O GSF é calculado com base em um circuito de controle de retroinformação que interage com as medições de pressão dos vasos do aparelho do processo. Para um compressor em serviço aumentar a pressão de um vaso, a pressão do vaso no final da elevação de pressão é registrada e comparada a um valor-alvo, que é o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção de mais alto. No caso de a medição exceder o alvo, então muito fluxo foi fornecido ao vaso para o ciclo atual, e o GSF é reduzido para o próximo ciclo. Da mesma forma, para um compressor que diminui a pressão de um vaso no ciclo, a pressão do vaso no final da pressão decrescente é registrada e comparada a um valor-alvo. No caso de a medição exceder o alvo, então insuficiente fluxo foi removido durante o ciclo atual, e o GSF é aumentado para o próximo ciclo.

[0020] Uma vez que o GSF é aplicado para ajustar a velocidade dos

14 / 46 compressores para cada etapa do ciclo, ele eficazmente reduz ou aumenta a velocidade média dos compressores que estão constantemente variando em velocidade durante o processo. O uso de medições de pressão nos vasos do aparelho como retroinformação para controlar o valor do GSF permite que a quantidade média de gás que entra e sai de cada vaso seja alterada continuamente de um ciclo para o próximo para assegurar que o traço de pressão cíclica alcançado no processo por oscilação de pressão de vácuo esteja dentro de limites e seja estável ao longo de muitos ciclos.

[0021] Em algumas modalidades da presente invenção, pode ser vantajoso atribuir o mesmo GSF associado com a velocidade de um determinado compressor para cada vaso no processo. Neste caso, haverá um GSF para cada compressor do aparelho. Em outras modalidades, pode ser mais vantajoso usar um GSF associado diferente em cada compressor e par de vaso. Para um exemplo de um processo por oscilação de pressão de dois vasos acionado por dois diferentes compressores, haverá quatro GSF diferentes neste caso. O último caso é vantajoso quando as modalidades da presente invenção são aplicadas à produção de oxigênio do ar com o uso de um processo de VPSA ("vacuum pressure swing adsorption"), uma vez que há muitas vezes variações entre a capacidade de nitrogênio do adsorvente de um vaso para um outro. Variar a velocidade de par de vasos da máquina em todas as etapas de operação nas quais eles são conectados de maneira fluida, portanto, pode assegurar que o critério de equilíbrio é mantido para o processo.

[0022] A presente invenção também fornece um sistema de controle para controlar a velocidade de um compressor centrífugo operando dentro de um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo e diretamente acionado por um motor elétrico controlado por um acionador de frequência variável. O sistema de controle é dotado de meios para detectar um parâmetro referente a uma vazão de gás que entra no compressor centrífugo.

15 / 46 Transdutores de pressão são posicionados de modo a detectar a pressão em uma entrada e em uma saída do compressor centrífugo. Além disso, o sistema de controle é dotado de meios para a detecção de pressão dos vasos associados do aparelho de oscilação de pressão de vácuo.

[0023] É fornecido um controlador que é responsivo aos meios de detecção de parâmetro, sendo que os transdutores de pressão e as etapas de um ciclo de repetição são conduzidos pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo. O controlador tem um programa de controle que é programado para calcular uma razão entre a pressão de saída e a pressão de entrada do compressor centrífugo. O programa de controle também determina uma velocidade ideal do compressor centrífugo com base na razão de pressão e que se situa ao longo da linha de operação de pico de eficiência do compressor centrífugo. Um valor mínimo permitido do parâmetro no qual o compressor centrífugo é susceptível de entrar em condições de sobretensão na velocidade ideal é determinado pelo controlador juntamente com um multiplicador de retroinformação que, quando multiplicado pela velocidade ideal, aumentará a velocidade quando o parâmetro é menor que o valor mínimo permitido ou reduzirá a velocidade quando o parâmetro é maior ou igual ao valor mínimo permitido. Um multiplicador de velocidade total é ajustado igual ao produto de o multiplicador de retroinformação e o fator de velocidade global durante as etapas do ciclo de repetição nas quais é ao menos provável que o compressor centrífugo entre nas condições de sobretensão, além de durante uma etapa de evacuação pura e uma etapa de evacuação com purga de produto do mesmo. O multiplicador de velocidade total é ajustado igual a um produto matemático de o multiplicador de retroinformação, o multiplicador de fluxo de alimentação de avanço e o fator de velocidade global durante a etapa de evacuação pura e a etapa de evacuação com purga de produto, o que aumentará a velocidade, de modo que não seja provável que o compressor centrífugo entre em condições de

16 / 46 sobretensão. Os fatores de velocidade global são determinados a partir da pressão de adsorção anterior mais alta no final do fluxo de alimentação e do final da pressão de dessorção mais baixa das etapas de purga para cada vaso no aparelho, sendo que o fator de velocidade global aumentará a velocidade em todas as etapas para cada compressor quando a pressão de adsorção mais alta obtida é muito baixa e a pressão de dessorção mais baixa obtida é muito alta. Uma velocidade ajustada é calculada multiplicando-se a velocidade ideal pelo multiplicador de velocidade total, o que inclui o efeito do fator de velocidade global.

[0024] O controlador é configurado para gerar um sinal de controle em resposta ao programa de controle e ser capaz de servir como uma entrada para o acionador de frequência variável, de modo que a velocidade do motor elétrico e, portanto, do compressor centrífugo seja controlada em resposta ao sinal de controle. O sinal de controle é referente ao menos à velocidade ajustada, de modo que o motor elétrico e, portanto, o compressor centrífugo operem na velocidade ajustada.

[0025] Como indicado acima, o sistema é aplicável a um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo que utiliza um compressor de fluxo de alimentação para fornecer gás comprimido aos leitos de adsorção do aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo e um compressor de evacuação usado para evacuar gases dos leitos de adsorção. Em tal caso, o compressor de evacuação é formado pelo compressor centrífugo. Um outro compressor centrífugo pode ou não ser usado na formação do compressor de alimentação.

[0026] A alimentação para o aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo pode ser fornecida a partir de compressores separados ou a partir de um único compressor. Mais especificamente, os dois leitos podem ter um compressor dedicado para alimentação e um outro compressor dedicado para evacuação, ou cada leito pode ter um compressor dedicado

17 / 46 tanto para alimentação quanto para evacuação.

Nesses casos, quando mais de um compressor é usado para acionar o aparelho, o ciclo de repetição pode incluir um fluxo de alimentação com etapa de equalização subsequente à etapa de evacuação com purga de produto, uma fluxo de alimentação com etapa de repressurização de produto após o fluxo de alimentação com etapa de equalização e uma etapa de equalização anterior à etapa de evacuação pura.

O programa de controle pode ser programado para produzir uma velocidade não operacional na qual o acionador de frequência variável removerá energia elétrica do motor elétrico e o sinal de controle é referente à velocidade não operacional quando produzida pelo programa de controle.

Durante o fluxo de alimentação com etapa de equalização, a etapa de equalização e o início do fluxo de alimentação com etapa de repressurização de produto, o programa de controle produz a velocidade não operacional, de modo que, quando o sinal de controle é inserido no acionador de frequência variável, a energia elétrica não seja aplicada ao motor elétrico.

O programa de controle também é programado, de modo que, quando um valor predeterminado da razão de pressão é obtido durante o fluxo de alimentação com etapa de repressurização de produto, o sinal de controle se refere novamente à velocidade ajustada, de modo que o motor elétrico e, portanto, o compressor operem na velocidade ajustada.

No caso de um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo que usa um compressor de evacuação dedicado, o ciclo de repetição pode incluir uma etapa de equalização da pressão decrescente e uma etapa de equalização da pressão crescente subsequente à etapa de evacuação com purga de produto.

O programa de controle neste caso é programado para produzir uma velocidade não operacional na qual o acionador de frequência variável removerá energia elétrica do motor elétrico e o sinal de controle é referente à velocidade não operacional quando produzida pelo programa de controle.

Durante a etapa de equalização de pressão decrescente e a etapa de equalização de pressão crescente, o programa de controle produz a velocidade

18 / 46 não operacional, de modo que, quando o sinal de controle é inserido no acionador de frequência variável, a energia elétrica não é aplicada ao motor elétrico que aciona o compressor de evacuação. O programa de controle é também programado, de modo que, quando um valor predeterminado da razão de pressão é obtido durante a etapa de equalização da pressão decrescente, o sinal de controle se refere novamente à velocidade ajustada, de modo que o motor elétrico e, portanto, o compressor operem na velocidade ajustada.

[0027] O programa de controle pode ser programado, de modo que cada vez que o multiplicador de retroinformação é determinado, o multiplicador de retroinformação é armazenado. De acordo com essa programação, quando o parâmetro é menor que o valor mínimo permitido, o multiplicador de retroinformação é determinado pela adição, a um último valor armazenado do multiplicador de retroinformação, de um fator de correção de velocidade. Quando o parâmetro é maior ou igual ao valor mínimo permitido, o multiplicador de velocidade de retroinformação é determinado dividindo-se o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação por uma constante de proporcionalidade. A constante de proporcionalidade é definida como igual a um valor maior que 1,0 quando o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação é maior que ou igual a 1,0 ou 1,0 quando o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação é menor que 1,0.

[0028] O programa de controle pode também ser programado, de modo que o multiplicador de fluxo de alimentação de avanço seja uma função da razão de pressão. Essa função tem um valor máximo do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço a uma razão de pressão predeterminada na qual, ou diretamente antes da qual, o compressor centrífugo provavelmente entrará em condições de sobretensão durante uma transição entre a etapa de evacuação e a etapa de purga. O multiplicador de fluxo de alimentação de avanço tem valores decrescentes do multiplicador de fluxo de alimentação de

19 / 46 avanço em razões de pressão maiores ou menores que o valor máximo. O valor máximo tem uma magnitude pré-selecionada de modo que, quando o valor máximo é multiplicado pela velocidade ideal na razão de pressão predeterminada, a velocidade resultante impedirá que o compressor centrífugo entre em condições de sobretensão. A função pode ser uma função de Gauss.

[0029] O programa de controle pode adicionalmente ser programado, de modo que cada vez que o fator de velocidade global (GSF) é calculado, o GSF é armazenado. Cada vez que a medição da pressão vaso do processo difere do valor-alvo, o GSF é determinado pela adição de um fator de correção de GSF ao último valor armazenado do GSF. O fator de correção GSF é determinado pela soma de dois termos, o primeiro obtido multiplicando-se a diferença entre o valor-alvo e o valor atual do ciclo atual e o ciclo anterior por uma constante de proporcionalidade, e adicionando-se a esse primeiro termo um segundo termo obtido dividindo-se a diferença entre o valor-alvo e o valor atual para o ciclo atual por uma segunda constante de proporcionalidade. GSF,novo = GSF,atual K1 + (erro,atual - erro,anterior) + K2 (erro,corrente)

[0030] O GSF é nominalmente 1 se as condições do processo de adsorção cíclico permitem a passagem da roda de compressor ao longo da linha de eficiência ideal durante todo o processo, e ao mesmo tempo atingir as pressões-alvo de adsorção mais alta e de dessorção mais baixa para o processo em conformidade.

[0031] Os meios de detecção de parâmetro podem incluir dois transdutores de pressão adicionais situados em dois pontos no envoltório do compressor centrífugo que estão sucessivamente mais próximos de uma hélice do mesmo. Nesse caso, o programa de controle é programado para calcular uma diferença de pressão da pressão medida pelos dois transdutores de pressão adicionais. O parâmetro é a diferença de pressão. Nesse caso, o programa de controle pode ser programado, de modo que, durante cada um

20 / 46 dos intervalos de tempo, um erro de diferença de pressão seja calculado e armazenado subtraindo-se o valor mínimo permitido do valor atual da diferença de pressão. O fator de correção de velocidade do multiplicador de retroinformação é calculado durante cada um dos intervalos de tempo através do controle proporcional integral que compreende adicionar um termo proporcional a um termo integral. O termo proporcional é calculado multiplicando-se um fator de ganho por uma diferença entre o erro de diferença de pressão e um erro de diferença de pressão anterior calculado em um intervalo de tempo anterior e dividindo-se a diferença pelo intervalo de tempo. O termo integral pode ser calculado dividindo-se o fator de ganho por um tempo de redefinição integral e multiplicando-se um quociente resultante do mesmo pelo erro de diferença de pressão. Breve Descrição dos Desenhos

[0032] Embora o relatório descritivo seja concluído com reivindicações que indicam distintamente e particularmente o assunto que os Depositantes consideram como sua invenção, acredita-se que a invenção será melhor compreendida quando considerada em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais: A Figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo que utiliza fluxo de alimentação dedicado e compressores de evacuação em conexão com leitos adsorventes para executar um processo de acordo com a presente invenção; A Figura 2 é um diagrama exemplificador da velocidade e da energia aplicada a um motor usado no acionamento do compressor de fluxo de alimentação usado na Figura 1; A Figura 3 é um diagrama exemplificador da velocidade e da energia aplicada a um motor usado no acionamento do compressor de vácuo usado na Figura 1; A Figura 4 é um diagrama de lógica de programação de

21 / 46 controle de velocidade utilizado em um controlador empregado na Figura 1; A Figura 5 é uma curva exemplificadora de um mapa de compressor que ilustra a linha de operação de eficiência de pico plotada contra a razão de pressão em função do fluxo de massa através do compressor; A Figura 6 é uma curva de Gauss de um multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço usado na programação de controle do controlador empregado na Figura 1. Descrição Detalhada

[0033] Com referência à Figura 1, é ilustrado um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1 que é projetado para produzir um produto oxigênio. Embora o aparelho por oscilação de pressão de vácuo 1 seja um design de dois leitos, é entendido que isso é feito para propósitos de ilustração e que a presente invenção teria igual aplicabilidade para um design de um único leito ou de múltiplos leitos que usa um único compressor ou múltiplos compressores projetado(s) para pressurizar e evacuar um leito(s) adsorvente(s). Além disso, a presente invenção é igualmente aplicável para um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo projetado para produzir outros produtos como dióxido de carbono, nitrogênio, hidrogênio ou hélio. Desse modo, o aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1 é mostrado e descrito na presente invenção apenas para propósitos exemplificadores.

[0034] Com referência à Figura 1, um aparelho 1 é ilustrado para a realização de um ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo no qual dois leitos adsorventes 2 e 3 são submetidos a um ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo de doze etapas no qual um compressor de fluxo de alimentação 4 alternadamente fornece ar comprimido aos dois leitos adsorventes 2 e 3 e um compressor de evacuação 5 alternadamente evacua os leitos adsorventes 2 e 3 de gases durante tal ciclo. O ar de alimentação é

22 / 46 fornecido através de uma entrada 6 que contém um filtro para filtrar particulados. A corrente de ar resultante é extraída por um compressor 4 que tem um pós-refrigerador 7 para remover o calor de compressão. A corrente de alimentação comprimida resultante é introduzida no leito adsorvente contendo adsorventes LiX bem conhecidos para produzir um produto oxigênio que é introduzido em um tanque de compensação de oxigênio 8 do qual uma corrente de produto oxigênio 9 pode ser extraída. O compressor de evacuação 5 drena um fluxo de descarte do leito de adsorção e descarrega para o ambiente. Os compressores de fluxo de alimentação e de evacuação 4 e 5 são acionados por motores de velocidade variável 10 e 11, respectivamente, que são controlados por acionadores de velocidade variável 12 e 13. Os motores de velocidade variável 10 e 11 poderiam ser motores de magneto permanente ou de indução. Os acionadores de velocidade variável 12 e 13 controlam a velocidade dos motores e são responsivos aos sinais de velocidade ajustados gerados por um controlador 14. O controlador 14 gera os sinais de velocidade ajustados e é, por sua vez, responsivo aos sinais gerados pelos transdutores de pressão P1, P2 e PS, designados pelos números de referência 15 16 e 17 em conexão com o compressor de fluxo de alimentação 4 e os transdutores de pressão P’1, P’2, e P’S, designados pelos números de referência 18, 19 e 20 em conexão com o compressor de evacuação 5. As conexões elétricas entre os transdutores de pressão e o controlador 14 acima mencionados não foram mostradas para propósitos de simplificar a explicação do ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo usado em conexão com o aparelho 1. Nesse sentido, o controlador 14 é também responsivo a um sinal 21 que indica ao controlador 14 a etapa do ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo.

[0035] A programação do controlador 14, como será discutido, é em relação à modalidade da invenção mostrada na Figura 1 na qual tarefas de alimentação e evacuação dos compressores de fluxo de alimentação e de

23 / 46 evacuação 4 e 5, respectivamente, são dedicadas. O ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo usado no aparelho 1 é aquele que é revelado na patente US n° 6.010.555 e abrange operações nas quais o leito de adsorção 2 está em linha e produz o produto e o leito de adsorção 3 está fora de linha e está sendo regenerado. Posteriormente no ciclo, o leito de adsorção 2 é removido da linha e regenerado, enquanto o leito de adsorção 3 está em linha e produz o produto. Deve ser ainda observado que, exceto onde indicado em contrário, as válvulas mostradas na Figura 1 são configuradas nas posições normalmente fechadas.

[0036] A seguir é apresentada uma tabela que indica as posições das válvulas durante cada uma das etapas do ciclo, na qual "O" indica uma válvula aberta, "C", uma válvula fechada e "P", uma válvula parcialmente aberta. Tabela XX Etapas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Descrição da etapa: Leito 101 FD,EU FD,PP FD FD,AD FD, ED ED,EV EV EV EV EV,PG EV,EU AD,

PPG Leito 102 ED,EV EV EV EV EV,PG EV,EU FD,EU FD,PP FD FD, FD, ED AD AD,

PPG N° da válvula: 22 C C C C C C O O O O O O 23 O O O O O C C C C C C C 24 O O O O O O C C C C C C 25 C C C C C C O O O O O C 26 C C C C C O C C C C C O 27 O O C O O P P C C C P O 28 P C C C P O O O C O O P 29 C P C O O C C P C O O C

[0037] Com referência primeiramente à Figura 2 contendo as etapas de fluxo de alimentação que envolvem repressurização do leito adsorvente 2, o leito adsorvente 3, em uma primeira etapa, é submetido a um fluxo de alimentação com etapa de equalização ("FD,EU") na qual o ar filtrado é direcionado através da entrada 6 e comprimido pelo compressor de fluxo

24 / 46 alimentação 4 para pressurizar o leito de adsorção 2 a partir do fundo com ar de alimentação. Simultaneamente, o gás de equalização é liberado do leito de adsorção despressurizante 3. Para tais propósitos, as válvulas 23 e 27 são ajustadas em posições abertas e a válvula 28 é ajustada em uma posição parcialmente aberta. Na etapa 2, um fluxo de alimentação com etapa de pressurização de produto ("FD,PP"), a válvula 28 é fechada e a válvula 29 é ajustada em uma posição parcialmente aberta para permitir que produto de alta pureza seja fornecido a partir do tanque de compensação de oxigênio 8. Em uma etapa subsequente 3, o leito adsorvente 2 continua a ser repressurizado a partir do fundo com ar de alimentação comprimido em uma etapa de alimentação de pressão crescente ("FD"). Nesse ponto, a válvula 23 permanece aberta. De volta para a Figura 2, pode ser visto que na etapa 1, a velocidade do compressor de fluxo de alimentação 4 diminui devido à desaceleração a partir de uma etapa final. Na etapa 2, a primeira velocidade diminui e então aumenta à medida que a pressão do leito adsorvente 2 é trazida até a pressão operacional e na etapa 3, a velocidade aumenta conforme o leito adsorvente 2 é adicionalmente pressurizado. Durante as etapas 4 e 5, o produto é produzido e é liberado para o tanque de compensação de oxigênio

8. Na etapa 4, as válvulas 23, 27 e 29 do fluxo de alimentação de pressão constante com etapa de produção de produto ("FD,AD") são todas ajustadas em posições abertas. Na etapa 5, uma etapa de produção e purga combinada do produto ("FD,AD,PPG"), a válvula 28 é adicionalmente ajustada em uma posição aberta para permitir que o vaso adsorvente 3 seja purgado a partir do topo com produto. Na etapa 6, uma etapa de equalização ("ED"), a energia para o compressor de fluxo alimentação 4 é removida e conforme mostrado na Figura 2, o compressor 4, portanto, desacelera. Neste ponto, as válvulas 23 e 29 são ajustadas em posição fechada e a válvula 28 é ajustada em uma posição aberta para permitir que o gás de produto acumulado flua para o leito adsorvente 3.

25 / 46

[0038] Com referência à Figura 3, o leito adsorvente 2 é então regenerado com uma etapa de evacuação e equalização da pressão decrescente ("ED,EV") na etapa 7. Durante essa etapa, uma válvula 22 é ajustada em uma posição aberta para permitir que o nitrogênio residual seja removido do leito adsorvente 2 pela ação do compressor de evacuação 5. Adicionalmente, a válvula 27 é ajustada em uma posição parcialmente aberta e a válvula 28 é ajustada na posição completamente aberta para tais propósitos. Uma válvula 25 é ajustada em uma posição aberta para permitir que o leito adsorvente 3 seja fornecido com ar comprimido a partir do compressor de alimentação 4. Durante as etapas de evacuação pura 8, 9 e 10, a válvula 27 é reajustada para a posição fechada e o nitrogênio residual continua a ser retirado do fundo do leito adsorvente 2 por meio do compressor de evacuação 5. Estas etapas são todas etapas de evacuação pura ("EV") nas quais a pressão dentro do leito adsorvente cai. Na etapa subsequente 11, uma etapa de evacuação sob pressão constante com purga do produto ("EV,PG"), o leito adsorvente 2 continua a ser evacuado pelo compressor de evacuação 5 enquanto está sendo alimentado a partir do topo com um gás de purga de oxigênio por meio de ajuste da válvula 27 em uma posição parcialmente aberta. Em seguida, a etapa 12 é conduzida, a qual é uma etapa de equalização crescente ("EV,EU"). Durante essa etapa final, o leito adsorvente 2 continua a ser evacuado pelo compressor de evacuação 5 enquanto a válvula 27 é agora ajustada em uma posição completamente aberta. A válvula 26 é ajustada em uma posição aberta para permitir que a pressão a montante produzida pelo compressor de alimentação 4 seja ventilada. A pressão aumenta porque o fluxo de gás de equalização é maior, e a uma pressão mais alta, que o gás que está sendo drenado pelo compressor de evacuação 5. Com referência adicional à Figura 3, pode ser visto que, durante as etapas 7 a 10, a velocidade do compressor de evacuação 5 aumenta. Durante a etapa 11, a velocidade é constante e durante a etapa 12, a velocidade diminui uma vez que o compressor de evacuação 5 está então

26 / 46 sem alimentação. Depois disso, o leito adsorvente 2 é submetido à etapa 1 e o ciclo se repete. Conforme mencionado anteriormente, o leito adsorvente 3 é submetido às mesmas etapas de alimentação e evacuação com o uso do compressor de fluxo de alimentação 4 e o compressor de evacuação 5. Durante as etapas de evacuação 7 a 12, o leito adsorvente 3 é submetido às etapas de compressão de fluxo alimentação mencionadas acima para o leito adsorvente 2. Durante tais etapas, as posições da válvula são conforme indicado na tabela acima.

[0039] Embora não ilustrado, as válvulas seriam controladas por um controlador lógico programável que seria programado para prosseguir de uma etapa para a outra com base na pressão e no tempo. Devido às restrições de simetria cíclica convencionais do design nos processos de adsorção, as etapas de tempo usadas para a evacuação e a pressurização dos leitos de adsorção são tipicamente fixadas em duração e equivalente para cada meio ciclo no processo. Portanto, as etapas 1 e 7 são de comprimento equivalente, bem como as etapas 2 e 8, e assim por diante. A duração das etapas durante as quais a pressão varia no ciclo é geralmente constante de um ciclo para o próximo, o que facilita a formação de um traço de pressão estável e de repetição e, dessa forma, uma operação ideal. Entretanto, a duração das etapas nas quais a pressão não varia significativamente, como as etapas 4 e 5 durante a adsorção e as etapas 10 e 11 durante a evacuação, pode variar em duração de um ciclo para o seguinte. Em primeiro lugar, o grau de produção pode ser manipulado para cada leito mediante o ajuste da duração dessas etapas e assim a pureza pode ser controlada dessa maneira. Se esse passo é terminado antes de sua duração projetada, o processo de adsorção cíclico simplesmente se move para a próxima etapa no ciclo. Adicionalmente, e com máxima importante para o conceito da presente invenção, essas etapas podem ser terminadas se o processo de adsorção alcança uma pressão em um leito que está fora da faixa desejada de operação. Essa faixa de operação se situa entre

27 / 46 a pressão de adsorção mais alta e a pressão de dessorção mais baixa. Novamente com referência à Figura 1, essa pressão de adsorção mais alta e essa pressão de dessorção mais baixa são medidas com o uso dos transdutores de pressão P3 e P4, designados pelos números de referência 30 e 31, respectivamente. Durante as etapas 1 a 6 no ciclo, a pressão do leito de adsorção 2 aumenta até atingir a sua pressão de adsorção mais alta, conforme medido pelo transdutor de pressão 30. Simultaneamente, durante as etapas 7 a 12 do ciclo, a pressão do leito de adsorção 3 cai até atingir sua pressão de dessorção mais baixa, conforme medido pelo transdutor de pressão 31. Os leitos de adsorção 2 e 3 permutam, portanto, entre os modos de operação no ciclo, e a tarefa de medir a pressão de adsorção mais alta é realizada pelo transdutor 31, enquanto que a tarefa de medir a pressão de dessorção mais baixa é simultaneamente realizada pelo transdutor 30. As etapas de finalização 4, 5, 10, ou 11 antes da sua duração projetada podem ser usadas para impedir que o processo atinja uma razão de pressão a partir dos compressores centrífugos associados, o que não pode ser obtido sem um evento de sobretensão.

[0040] O controlador 14 pode ser um controlador Allen Bradley SLC 5/05 programado com o software RSLogix 500 ou equivalente que pode ser obtido junto à Rockwell Automation localizada em Milwaukee, Wisconsin, EUA. O programa dentro do controlador 14 continuamente executa durante intervalos de tempo de repetição predeterminados. O controlador 14 é responsivo aos sinais gerados pelos transdutores de pressão 15, 16, 17, 18, 19, e 20 e de preferência por um transdutor de temperatura 32, e transmitidos por conexões elétricas adequadas omitidas do diagrama com a intenção de simplificar a explicação do aparelho 1 usado em conjunto com o processo de oscilação de pressão de vácuo. Adicionalmente, é fornecida uma entrada de dados 21, a qual serve como uma entrada para o controlador 14, contendo a etapa de corrente atual que o ciclo de repetição sendo conduzido pelo

28 / 46 aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1. Estes dados sobre a etapa atual servem como uma entrada para o programa de controle que, de uma maneira a ser discutida, responde a esses dados. A entrada de dados 21 pode ser obtida a partir do controlador que age para controlar as válvulas no ciclo de repetição sendo conduzido pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1.

[0041] Embora a presente invenção tenha sido até aqui descrita com referência a um processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo de dois leitos, ela é igualmente aplicável a um processo de leito único. Conforme seria conhecido pelos versados na técnica, quando um processo de leito único é conduzido, um tanque de recuperação pode ser utilizado no lugar do gás de equalização que seria ventilado de um leito adsorvente e introduzido em um outro leito adsorvente. Uma vez que a produção seria descontínua, o tanque de compensação de oxigênio 18 teria um volume maior do que o usado com o aparelho e processo de dois leitos ilustrado.

[0042] Com referência à Figura 4, a lógica de controle é programada dentro do controlador 14 por meio de um programa de controle. Como uma primeira etapa da programação, conforme ilustrado pelo bloco lógico 33, os motores 10 e 11 são iniciados junto com um ciclo repetitivo conduzido pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1 que foi descrito acima com relação ao posicionamento das válvulas. No início, os motores 10 e 11 são configurados para operar a uma velocidade mínima que constitui 40 por cento de uma velocidade máxima de design. Acima desta velocidade, energia adicional começa a ser aplicada ao motor. Os acionadores de frequência variável 12 e 13 são responsivos aos sinais de controle gerados pelo controlador 14 para controlar os motores de magneto permanente 10 e 11 para operar em uma velocidade ajustada que evitará sobretensão ou então, para cortar a energia para os motores de magneto permanente de alta velocidade motores 10 e 11 e, dessa forma, permitir que os motores de

29 / 46 magneto permanente 10 e 11 e, portanto, os compressores 4 e 5 desacelerem quando necessário no ciclo de repetição.

[0043] Após a primeira etapa 33, o controlador começa, então, a execução contínua através de todos os intervalos de tempo de repetição, predeterminados que são, de preferência, menores que 1 milissegundos. Na etapa 34 uma diferença de pressão "dP" é calculada no envoltório dos compressores 4 e 5 em dois pontos ou locais que estão situados sucessivamente mais próximos da hélice ou nos pontos medidos pelos transdutores de pressão 16 e 17, respectivamente e 19 e 20, respectivamente. Essa diferença de pressão entre a pressão medida pelos transdutores de pressão 16 e 17, respectivamente e os transdutores de pressão 19 e 20, respectivamente fornece um parâmetro que é referente ao fluxo que passa através do compressor 4 ou 5, respectivamente. Nesse sentido, o fluxo poderia ser diretamente medido por um transdutor de fluxo. No próximo estágio lógico de execução, designado pelo número de referência 35, uma razão de pressão através do compressor é calculada com base nas pressões medidas pelos transdutores de pressão 16 e 15, respectivamente ou 19 e 18, respectivamente ou em outras palavras, uma razão entre a pressão de entrada e a pressão de saída para ambos os compressores 4 e 5 e armazenada. Após a computação da razão de pressão e o armazenamento, a razão de pressão atual é comparada com um valor anterior na etapa 36.

[0044] As velocidades ideais dos compressores 4 e 5 são determinadas no bloco lógico 37 a partir da razão de pressão calculada no bloco lógico 34 que se situa ao longo da linha de operação de eficiência de pico. Isto é determinado a partir de dados de desempenho do compressor para o compressor específico usado. A Figura 5 apresenta um exemplo de tais dados. A determinação exata dessa velocidade poderia ser a partir de uma tabela de consulta ou uma equação polinomial na qual os pontos da linha de operação de eficiência de pico, chamada na figura de "linha de melhor

30 / 46 eficiência", são ajustados de acordo com técnicas bem conhecidas de ajuste de curvas. É entendido que essa curva irá variar ligeiramente com base na temperatura medida pelo transdutor de temperatura 32. Dessa forma, haveria dados programados dentro do programa de controle que constituem uma família de tais curvas. Quando a temperatura se situa em um ponto intermediário, a velocidade exata poderia ser interpolada entre as curvas ou multiplicada por um fator de correção igual a uma razão entre a temperatura medida e a temperatura de design a partir da qual uma curva operacional foi derivada. Alternativamente, pode haver uma única curva que tem como base a temperatura esperada na qual o aparelho 1 opera. Em tal caso, não haveria necessidade de uma entrada de temperatura a partir do transdutor de temperatura 32. As linhas que cruzam a linha de operação de eficiência de pico são velocidades específicas nas quais a razão de pressão irá variar com a vazão através do compressor. Como é evidente a partir do gráfico, em qualquer velocidade específica, existe uma vazão através dos compressores 4 e 5 na qual ocorrerá sobretensão.

[0045] Após a velocidade ideal ser calculada na etapa de execução 37, é realizada a etapa lógica 38 na qual é determinado se o ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo se encontra no início da etapa 1 ou da etapa 5, ou seja, no início do fluxo de alimentação com etapa de equalização ou das etapas de equalização. Essa determinação é feita a partir de entrada de dados

21. Se no início de tais etapas, então uma velocidade não operacional é definida pela programação, conforme indicado na etapa 39, e o sinal de controle enviado do controlador 14 para VFD 12 e 13 irá se referir a tal velocidade não operacional. Por exemplo, essa velocidade poderia ser 40 por cento da velocidade máxima de design do motor 10 e 11. Os acionadores de frequência variável 12 e 13 são, por sua vez, programados ou configurados de modo que, quando o sinal de controle é referente à velocidade não operacional, a entrada de energia para os motores 10 e 11 será desabilitada,

31 / 46 permitindo que o trem de acionamento (rotor do motor e hélice do compressor) desacelere ou opere em roda livre até sua velocidade mínima sem consumir energia. Nesse sentido, os acionadores de frequência variável 12 e 13 são tipicamente configurados para funcionar sem qualquer modificação. Dito isto, é igualmente possível programar o programa de controle dentro do controlador 14 para gerar um sinal para controlar o suprimento de energia para os motores de magneto permanente 10 e 11 para cortar a energia, quando adequado, no ciclo de repetição. Novamente com referência à Figura 5, a "linha de desaceleração típica" é o caminho que o compressor segue quando o ciclo de repetição conduzido pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1 precisa da velocidade do compressor para desacelerar devido aos requisitos de cabeça decrescente. Novamente com referência à Figura 2, este é o caso nas etapas 5, 6, 11, e 12 para um compressor em serviço de compressão do fluxo de alimentação, e esse também é o caso nas etapas 5 e 11 para um compressor em serviço de evacuação.

[0046] Por fim, o trem de acionamento terá que alimentar o compressor 4 em serviço de compressão do fluxo de alimentação durante as etapas 2 e 8 ou, em outras palavras, o fluxo de alimentação com etapa de pressurização de produto para cada leito, respectivamente. Também no final, o trem de acionamento terá que alimentar o compressor 5 em serviço de evacuação durante as etapas 1 e 7. Com relação ao compressor 4 em serviço de alimentação, ele começa com pressão decrescente durante a etapa 1 e o início da etapa 2. Consequentemente, no início da etapa 2, o sinal de controle do controlador enviado a partir do controlador 14 ao VFD 12 permanece referente à velocidade não operacional. No entanto, novamente com referência à Figura 2, a pressão sobre uma porção de tal etapa começa a aumentar devido às exigências da repetição do ciclo e à aplicação de energia para o motor de magneto permanente 10. Para executar o controle adequado e

32 / 46 efetuar a operação anteriormente mencionada, se a lógica na etapa 38 for respondida negativamente, então o programa prossegue com a execução do teste indicado no bloco lógico 40 no qual é determinado se a etapa de repetição do ciclo, a "etapa de VPSA" está na fonte de alimentação com etapa de pressurização do produto, ou seja a etapa 2, discutida acima.

Este teste é novamente realizado com base na entrada de dados 21. Se esse teste for respondido afirmativamente, a execução do programa de controle prossegue para a execução de um teste adicional mostrado no bloco lógico 41 e a razão de pressão atual "P2/P1", conforme medida pelos transdutores de pressão 16 e 15, é comparada com uma razão de pressão predeterminada de "P2/P1 predeterminada" que havia sido previamente programada dentro do programa de controle.

Se a razão de pressão atual for menor que a razão de pressão predeterminada, então novamente o programa prossegue para o estágio de execução da programação mostrada no bloco 39 e o motor do magneto permanente 10 pode continuar a desacelerar.

Conforme ilustrado, quando a energia ao motor 10 é cortada, o programa de controle volta para o estágio de execução 34. Se, no entanto, os testes realizados na programação conforme apresentada nos blocos lógicos 38 e 40 forem respondidos negativamente ou o teste realizado no bloco lógico 41 for respondido afirmativamente, então o ciclo de repetição está possivelmente na etapa 2 ou na etapa 7 onde energia precisa ser aplicada ao motor de magneto permanente 10. Nesse ponto, no ciclo de repetição conduzido pelo ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo, o compressor está sendo alimentado e por isso, há uma possibilidade ou probabilidade de que condições de sobretensão poderiam ser encontradas na operação do compressor 10. Para evitar a operação do compressor 10 na qual as condições de sobretensão poderiam ser encontradas, a lógica de programação prossegue para o restante de sua execução começando com o bloco lógico 42. Em relação ao compressor 5 em serviço de evacuação, a mesma progressão de decisões através dos blocos lógicos 38, 40

33 / 46 e 41 também é realizada para determinar quando cessar a execução no bloco 39 que mantém o compressor 5 na velocidade operacional mínima aceitável para o motor 11. Dessa forma, o compressor de evacuação 5 também prossegue para o bloco lógico 42 quando energia está sendo aplicada ao motor 11 e a pressão através do compressor 5 começa a aumentar, conforme medido pela razão entre os sinais de transdutor 19 e 18.

[0047] Na execução da programação, conforme mostrado pelo bloco lógico 42, a diferença de pressão calculada no bloco lógico 34 "dP de envoltório" para cada compressor é comparada com uma dP mínima. Essa dP mínima que é um valor que é determinado experimentalmente como sendo o valor mínimo durante todo o ciclo no qual o compressor 4 ou 5 terá sobretensão com um fator de segurança. Por exemplo, se um compressor 4 ou 5 terá sobretensão a qualquer tempo durante o ciclo de repetição conduzido pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1 em uma dP igual a 2 polegadas de água, as 2 polegadas de água são multiplicadas por 15 por cento para obter o mínimo. Uma alternativa para isso é determinar a dP na etapa 37 junto com o cálculo da velocidade ótima a partir do mapa de compressor do compressor conforme mostrado como um exemplo na Figura 5 a ser discutido.

[0048] A execução do bloco lógico 68 é uma etapa crítica porque se a vazão através de qualquer compressor for menor que um mínimo, então existe um perigo de que os compressores 4 ou 5 entrem em sobretensão. Se, entretanto, a diferença de pressão de corrente calculada dP obtida no bloco lógico 34 for maior ou igual ao valor mínimo, existe uma probabilidade menor de o compressor entrar em sobretensão. Em casos, entretanto, em que a diferença de pressão calculada a partir do bloco lógico 34 não for menor que esse mínimo, conforme indicado na etapa de execução 43, um multiplicador de velocidade de retroinformação é calculado dividindo-se o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação "(SMFB"), que foi

34 / 46 determinado numa execução anterior do programa de controle, por uma constante de proporcionalidade.

A constante de proporcionalidade é definida como igual a um valor maior que 1,0, por exemplo 1,04 quando o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação é maior que ou igual a 1,0. O valor exato de tal constante de proporcionalidade é determinado através de experimentação e pode ser considerado como um fator de ajuste.

Entretanto, quando o último valor armazenado da multiplicador de retroinformação é menor que 1,0, a constante de proporcionalidade é simplesmente ajustada para 1,0. Quando tal multiplicador de retroinformação é multiplicado pela velocidade ideal calculada no estágio de execução ilustrado pelo bloco 37, o efeito desta será para diminuir um pouco a velocidade pelo uso da proporcionalidade constante ou para diminuir ainda mais a velocidade pelo fator do último multiplicador de retroinformação armazenado quando tal multiplicador de retroinformação armazenado é menor que 1,0. Se, no entanto, a diferença de pressão medida na etapa 34 for menor que a diferença de pressão mínima, então, conforme indicado no bloco de execução 44, um novo multiplicador de retroinformação será calculado que terá o efeito de aumentar a velocidade.

O cálculo contemplado no bloco 44 é para adicionar a um último valor armazenado do multiplicador de retroinformação, um fator de correção de velocidade.

Embora esse fator de correção de velocidade poderia ser uma constante, de preferência, o fator de correção de velocidade contém termos proporcionais e integrais.

Durante cada execução do programa, um erro de diferença de pressão é calculado e armazenado subtraindo-se o valor mínimo permitido do valor atual da diferença de pressão calculada no bloco 34. O termo proporcional é calculado multiplicando-se um fator de ganho por uma diferença entre o erro de diferença de pressão e um erro de diferença de pressão anterior calculado em um intervalo de tempo anterior ou uma execução anterior do programa de controle e dividindo-se a diferença pelo intervalo de tempo.

Esse erro da

35 / 46 diferença de pressão anterior é obtido a partir do valor armazenado lido a partir do bloco 34 antes do cálculo e armazenamento do erro de diferença de pressão atual. O termo integral é calculado dividindo-se o fator de ganho por um tempo de redefinição integral e multiplicando-se um quociente resultante do mesmo pelo erro de diferença de pressão atual.

[0049] O supracitado pode ser ilustrado pela seguinte equação: (εi - εi − 1) Κc SMFBi = SMFBi - 1 + Kc * + * εi t τI ; onde: SMFBi = Multiplicador de velocidade de retroinformação; SMFBi-1 = O valor armazenado anterior do multiplicador de velocidade de retroinformação, K é o ganho; ε i é o erro da diferença de pressão; εi-1 é o último valor armazenado do erro de diferença de pressão; τI é o tempo de redefinição integral e t é o intervalo de tempo de execução do programa de controle. Dessa forma, o controle de velocidade integral proporcional está sendo exercido aqui e o "ganho" e o "tempo de redefinição integral" são fatores de ajuste simplesmente conhecidos que serão experimentalmente determinados de uma maneira conhecida na técnica.

[0050] A execução do programa a seguir prossegue para um bloco lógico 45 no qual o programa testa se ou não o compressor está em serviço como um compressor de evacuação. Devido aos diferentes requisitos de velocidade operacional dos compressores 4 e 5 em serviço de compressão do fluxo de alimentação e evacuação, respectivamente, o programa executa duas séries separadas de etapas de lógica e execução para cada tipo de compressor em seguida ao bloco lógico 45. No entanto, o programa de controle em seguida ao bloco 45 para cada compressor 4 ou 5 contém elementos similares e, dessa forma, a explicação das etapas dos respectivos programas em paralelo é ilustrativa.

[0051] Se a resposta ao bloco 45 for negativa, o compressor estará em serviço como um compressor de ar de alimentação. O programa prossegue

36 / 46 para executar o bloco 46 e ajusta o valor de um multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço igual a 1,0, visto que é a experiência dos inventores de que o multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço não é necessário para a operação do compressor em serviço de compressão de ar de alimentação. É reconhecido pelos inventores, entretanto, que tal multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço poderia ser usado para ajustar a velocidade do compressor do aparelho de oscilação de pressão de vácuo 1 destinado ao serviço de compressão do ar de alimentação. Se a resposta ao bloco lógico 45 for afirmativa, o programa prossegue então para um bloco lógico subsequente 47 onde a etapa atual do ciclo de repetição conduzida pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1 mencionado acima está em uma etapa de evacuação ou evacuação com purga, ou em outras palavras, se está nas etapas 1, 2, 7 ou 8 que envolvem evacuação ou evacuação com purga do produto. Se o processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo não está em qualquer uma dessas etapas, o multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço é ajustado em 1,0 conforme indicado no bloco de execução do programa designado pelo número de referência 48.

[0052] No caso de o teste executado no bloco lógico 47 ter uma resposta afirmativa, então um multiplicador de velocidade de velocidade de avanço multiplicador é calculado na etapa 49 que irá impedir sobretensão durante as etapas de evacuação ou de evacuação com purga e em particular em um ponto durante o ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo que se localiza próximo ou em uma transição entre essas duas etapas. Embora não bem compreendido pelos inventores da presente invenção, descobriu-se na prática que existe um perigo específico de o compressor 5 em serviço de evacuação entrar em sobretensão neste ponto de operação. Em qualquer caso, com referência à Figura 6, dependendo do valor da razão de pressão atual calculado na etapa 35, um multiplicador de fluxo de alimentação de avanço

37 / 46 será determinado que é dependente dessa razão de pressão que impedirá a sobretensão. Quando este multiplicador de fluxo de alimentação de avanço é multiplicado pelo multiplicador de velocidade de retroinformação, o efeito será para aumentar o multiplicador de velocidade total em relação àquele que seria obtido do multiplicador de velocidade de retroinformação sozinho.

[0053] Para um compressor em serviço como um compressor de ar de alimentação, a execução do programa a seguir prossegue para um bloco lógico 50 no qual o programa testa se a etapa atual do ciclo de repetição conduzido pelo aparelho de oscilação de pressão de vácuo 1 mencionado acima atingiu o final do fluxo de alimentação com etapa de purga de fornecimento. Se o final do fluxo de alimentação com etapa de purga de fornecimento 5 acabou de ocorrer, então uma medição da pressão no leito que fornece o gás de purga de produto é feita no bloco de execução 51 através do transdutor de pressão 30 no leito de adsorção 2 do aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo 1. De modo similar, se o final da etapa 11 acabou de ocorrer, a medição é feita a partir do transdutor 31 no leito de adsorção 3. Essa medição de pressão é então comparada no bloco lógico 52 ao ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto do processo de oscilação de pressão de vácuo. Se o valor absoluto da diferença de pressão calculado na etapa 52 for maior que a tolerância especificada, que é tipicamente 2 polegadas de água, então o programa prossegue para o bloco de execução 53 onde um novo fator de velocidade global de fluxo de alimentação (GSFF) será calculado. A tolerância é a banda morta especificada empregado em o esquema de controle que determina se ou não o GSF seria alterado. A tolerância especificada pode variar em qualquer lugar em uma faixa de cerca de +/- 14 polegadas de água a cerca de +/- 1 polegada de água; em uma outra modalidade de cerca de 10+/- polegadas a cerca de 2+/- polegadas de água. Tipicamente, a tolerância especificada é +/- 2 polegadas de água. O fator de velocidade global de fluxo de alimentação terá o efeito,

38 / 46 em geral, de aumentar ou diminuir a velocidade do compressor em todas as etapas do processo cíclico com o objetivo de reduzir a diferença absoluta entre a pressão medida do bloco 52 e o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto do processo de oscilação de pressão de vácuo. Se a diferença entre a pressão medida e o ponto de ajuste for menor que alguma tolerância, então o fator de velocidade global (GSF) para o serviço de compressão de ar de alimentação é deixado não modificado em relação ao ciclo anterior. Uma vez que esse recálculo pode ocorrer apenas no final do fluxo de alimentação com etapas de purga de fornecimento, se o processo de oscilação de pressão de vácuo não atingiu o final das ditas etapas, o programa prossegue para o bloco de execução 54 onde o multiplicador de velocidade total de fluxo de alimentação é calculado, a ser discutido adicionalmente na presente invenção.

[0054] De modo semelhante ao compressor em serviço como um compressor de ar de alimentação, o controle do compressor 5 em serviço como um compressor de evacuação também prossegue através de uma série de etapas lógicas e de execução no programa para em geral aumentar ou diminuir a velocidade do motor de magneto permanente 11 com base nas medições de pressão a partir de transdutores 30 e 31 do aparelho de processo por oscilação de pressão de vácuo. Se o final da etapa de evacuação com purga de produto acabou de ocorrer, o bloco lógico 55 é afirmativo. Se a etapa de evacuação com purga de produto que acabou de terminar for a etapa de processo de adsorção de pressão de vácuo 5, o bloco 56 é então executado e uma medição de pressão do leito 3 através do transdutor de pressão 31 é feita. De modo similar, se a etapa 11 acabou de terminar, uma medição de pressão do leito 2 com o uso de transdutor de pressão 30 é realizada. A medição de pressão é então comparada a um ponto-alvo de ajuste de pressão de dessorção mais baixo no bloco lógico 57. Se o valor absoluto da diferença entre a pressão medida do bloco 56 e o ponto de ajuste for maior que a tolerância

39 / 46 especificada, novamente tipicamente 2 polegadas de água, progredir através do bloco 57 for afirmativa e o valor para um fator de velocidade global (GSF v) de vácuo é recalculado no bloco de execução 58. Similar ao fator de velocidade global de fluxo de alimentação, o fator de velocidade global de vácuo terá o efeito de em geral aumentar ou reduzir a velocidade do compressor em serviço de evacuação durante todas as etapas do processo de oscilação de pressão de vácuo. Se o valor absoluto da diferença entre a pressão medida do bloco 56 e o ponto de ajuste for menor que a tolerância especificada, o fator de velocidade global de vácuo é deixado sem modificações em relação ao ciclo anterior. Uma vez que o recálculo do fator de velocidade global de vácuo global só ocorre no final das etapas de evacuação com purga de produto, se o processo de oscilação de pressão de vácuo não atingiu o final das ditas etapas, o programa prossegue para o bloco de execução 59 onde o multiplicador de velocidade total de vácuo é calculado.

[0055] O recálculo dos respectivos fatores de velocidade global contemplados nos blocos 53 e 58 é para adicionar a um último valor armazenado do fator de velocidade global, uma correção do fator de velocidade global. Embora tal correção do GSF poderia ser uma constante, de preferência, o parâmetro de correção de GSF contém termos proporcionais e integrais. O valor absoluto da diferença de pressão analisada nos blocos 52 e 57 para os compressores de ar de alimentação e de evacuação é denotado como o erro de diferença de pressão atual para cada compressor. Um termo proporcional é calculado multiplicando-se um fator de ganho por uma diferença entre o erro de diferença de pressão atual e um erro de diferença de pressão anterior calculado em um intervalo de tempo anterior ou uma execução anterior do programa de controle e dividindo-se a diferença pelo intervalo de tempo. Esse erro de diferença de pressão anterior é obtido a partir do valor armazenado lido do bloco lógico 52 ou 57 antes do cálculo e

40 / 46 armazenamento do erro de diferença de pressão atual. Um termo integral é calculado dividindo-se o fato de ganho por um tempo de redefinição integral e multiplicando-se um quociente resultante do mesmo pelo erro de diferença de pressão atual. O supracitado pode ser ilustrado pela seguinte equação: onde: GSFi = Fator de velocidade global em que i denota um compressor de ar de alimentação ou de evacuação; GSFi-1 = O valor armazenado anterior do respectivo fator de velocidade global, Kc é o ganho; εi é o respectivo erro de diferença de pressão; εi-1 é o respectivo último valor armazenado do erro de diferença de pressão; τI é o tempo de redefinição integral e t é o intervalo de tempo de execução do programa de controle. Os valores selecionados para cada tempo de ganho proporcional e de redefinição integral podem ser o mesmo, mas não necessariamente o mesmo, para cada compressor de ar de alimentação e de evacuação. Dessa forma, o controle de velocidade integral proporcional está sendo exercido aqui e o "ganho" e o "tempo de redefinição integral" são fatores de ajuste simplesmente conhecidos que serão experimentalmente determinados de uma maneira conhecida na técnica.

[0056] O multiplicador de velocidade total para compressores de ar de alimentação e compressores de evacuação é calculado na etapa 54 e 59, respectivamente, multiplicando-se o multiplicador de velocidade de retroinformação determinado nas etapas 43 ou 44 pelo multiplicador de fluxo de alimentação de avanço determinado nas etapas 48 ou 49 e o fator de velocidade global, que pode ter sido recalculado na etapa 53 ou 58 se a etapa 5 ou a etapa 11 do processo de oscilação de pressão de vácuo acabou de terminar. Uma velocidade ideal ajustada para cada compressor é então calculada no bloco lógico 60 ou 61 multiplicando-se as respectivas velocidades ideais calculadas na etapa 37 pelos respectivos multiplicadores de velocidade total ("SMγ") para se obter uma velocidade ajustada. Esta

41 / 46 velocidade ajustada é então usada para definir a velocidade nos acionadores de frequência variável 12 e 13 conforme mostrado nas etapas 62 e 63, respectivamente. Nesse sentido, o controlador 14, em resposta ao valor da velocidade ajustada determinado pelo programa de controle, gera o sinal de controle a partir do controlador passado do controlador 14 para o acionador de frequência variável (VFD) 12 e 13 que é referente a tal velocidade ajustada. Este sinal de controle servirá, então, como uma entrada que irá corrigir a velocidade ajustada no acionador de frequência variável 12 ou 13. Uma outra possibilidade seria que o acionador de frequência variável fosse programado para ler a saída da velocidade ajustada que é gerada pelo controlador 14. Em qualquer caso, a programação segue para a próxima execução da mesma após o lapso do tempo de execução da recorrência voltando para a etapa de execução 34.

[0057] Novamente com referência à Figura 2, a estratégia por trás do controle de velocidade da presente invenção é basicamente para obter uma velocidade com base na razão de pressão que irá operar na maioria dos casos os compressores 4 e 5 em sua linha de operação de eficiência de pico mostrada na Figura 3, enquanto garante simultaneamente que o processo de oscilação de pressão de vácuo cíclico ocorra entre os pontos ajustados para a pressão-alvo de adsorção mais alta e a pressão-alvo de dessorção mais baixa. Especificamente, na conclusão da etapa 5 e da etapa 11 no processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo, a razão de pressão desenvolvida através do compressor de evacuação 5 será, na modalidade descrita na presente invenção, cerca de 2. O leito adsorvente, entretanto, estará em uma pressão manométrica negativa em relação ao ambiente. Como o gás de equalização flui para os leitos de adsorção 2 ou 3 a partir do outro leito, a pressão de leito do eito que recebe o gás de equalização aumenta rapidamente a partir da etapa de evacuação com purga do produto no qual o leito foi evacuado para remover o nitrogênio e concluir a regeneração do adsorvente.

42 / 46

No entanto, no que se refere à razão de pressão ao longo do compressor 5, durante ao menos uma porção do aumento de pressão, energia será removido do motor de magneto permanente 11 e, conforme mostrado, na Figura 2, a energia agora está sendo aplicada para parte da etapa e a velocidade dos compressores 4 e 5 desacelera.

Durante a equalização com etapa de pressurização do fluxo de alimentação, a pressurização continua com gás de produto e um ponto é alcançado no qual a razão de pressão conforme detectada pelos transdutores de pressão 16 e 15 aumenta devido ao aumento na pressão de leito de modo que a velocidade do compressor 4 precisa ser aumentada para manter a operação ao longo da linha de operação de eficiência de tipo conforme mostrado na Figura 3. Durante qualquer uma dessas etapas, se o compressor 4 não acelera rapidamente o suficiente, a vazão através do compressor conforme detectada pelos transdutores de pressão 16 e 17 pode não ser suficiente para evitar sobretensão.

Em tal caso, esta seria uma situação em que uma resposta afirmativa para o teste no bloco de execução do programa 42 seria afirmativa e um multiplicador de retroinformação seria computado que necessariamente aumenta a velocidade do compressor para evitar sobretensão.

Quando as etapas 3, 4 e 54 para a leito 2, ou de modo semelhante, as etapas 9, 10 e 11 para a leito 3 ocorrem, a razão de pressão através do compressor 4 aumenta devido ao aumento na pressão do leito.

O compressor, portanto, acelera para obter o aumento ao longo da linha de operação de eficiência de pico.

Nesse momento, é pouco provável que o compressor estará em um fluxo de massa em qualquer lugar próximo de uma condição na qual ocorreria sobretensão; e a pergunta no bloco 42 seria respondida negativamente.

Isso resultaria em uma redução da velocidade do compressor de volta em direção à linha de operação de eficiência de pico mediante qualquer redução adicional do multiplicador de velocidade de retroinformação com a constante de proporcionalidade se o último valor fosse 1,0 ou maior ou mediante redução da velocidade adicionalmente com o último

43 / 46 valor do multiplicador de velocidade de retroinformação.

[0058] Após a conclusão do fluxo de alimentação com etapa de purga de fornecimento, o leito adsorvente precisa ser regenerado. Neste ponto, o gás de equalização é deixado escapar do leito adsorvente 2 para o leito adsorvente 3 se o processo estiver na etapa 6, ou do leito adsorvente 3 para o leito 2 se o processo estiver na etapa 12. A razão de pressão cai rapidamente e, de preferência, conforme descrito acima, o acionador de frequência variável 13 reage ao sinal de controle do controlador fornecido a partir do controlador 14 e referente à velocidade não operacional no bloco lógico 39 e deixa de aplicar energia ao motor de magneto permanente 11. Dado que o motor está descarregado, é improvável que um evento de sobretensão ocorra. Entretanto, no início da etapa 1 ou 7, o compressor 5 age como uma bomba de vácuo e à medida que a pressão diminui dentro do leito adsorvente 3 ou 2, respectivamente, a razão de pressão começa a aumentar. Se o fluxo de massa através do compressor não for suficiente, pode ocorrer sobretensão. No entanto, agora um multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço é calculado com a ajuda da Figura 6. Conforme a razão de pressão aumenta através do compressor, conforme medido pelos transdutores de pressão 19 e 18, o multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço aumenta para um valor pico a uma razão de pressão de cerca de 1,7. Esta razão de pressão é determinada experimentalmente para ser a razão de pressão na qual é provável a ocorrência de sobretensão e o multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço é selecionado para ser o valor que aumentará suficientemente a velocidade do compressor para evitar sobretensão. Conforme a pressão do leito diminui adicionalmente devido à evacuação do leito adsorvente, a razão de pressão aumenta ainda mais. No entanto, o multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço diminui. A razão para isso é que a combinação motor e compressor não irá reagir imediatamente devido a arrasto aerodinâmico e efeitos inerciais.

44 / 46 Consequentemente, quando a razão de pressão aumenta, a velocidade do compressor é gradualmente aumentada e após o pico, a velocidade é gradualmente diminuída para permitir que o compressor desacelere e retorne à eficiência de pico de modo que a próxima etapa 6 ou 12 possa ocorrer na qual a energia para o motor de magneto permanece é removida.

[0059] Com referência específica à Figura 6, de preferência a resposta do multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço é obtida com uma função de Gauss na qual o multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço é dado pela equação: INÍCIO + Amplitude[F/dispersão]; em que F=(P2/P1-Centro)2. O "Início" deslocará a curva mostrada na Figura 4 para cima ou para baixo, a "Amplitude" moverá o pico para cima ou para baixo. O "Centro" deslocará a razão de pressão onde o pico ocorre e a "Dispersão" controla a taxa na qual a curva se dispersa a partir do centro. Dessa forma, a própria curva poderia ser programada dentro do programa de controle ou os pontos de dados dentro de uma tabela de consulta poderiam igualmente ser programados. Dito isto, ao invés da curva de Gauss ilustrada, a curva pode ser triangular. Menos preferencial, mas possível, seria apenas usar o pico da curva para o multiplicador de velocidade de fluxo de alimentação de avanço. Da mesma forma, seria possível usar um fator fixo de aumento para o multiplicador de velocidade de retroinformação de modo que a velocidade do compressor seria aumentada se a vazão através do compressor caísse abaixo de um ponto permitido e reduzida por um fator fixo se a vazão permanecesse acima do ponto permissível. A razão por que nenhuma dessas possibilidades seria preferencial é que uma porcentagem maior de operação do compressor estará fora da linha de operação de eficiência de pico e, portanto, o aparelho 1 consumirá mais energia.

[0060] Conforme mencionado acima, a programação do acionador de frequência variável 12 ou 13 para remover energia em velocidades muito

45 / 46 baixas também é opcional, mas como poderia ser entendido, tal operação também economiza energia. Tendo dito isso, é possível conduzir uma modalidade da presente invenção na qual a energia nunca é removida dos motores 10 ou 11. Em outras palavras, uma modalidade sem estágios programáveis 38 a 41. Entretanto, se a energia para o motor não for desabilitada, então os acionadores de frequência variável 12 e 13 tentarão diminuir a velocidade ao longo de uma trajetória pré-programada pela imputação de energia aos motores 10 e 11, respectivamente, desse modo consumindo mais energia. No entanto, no mínimo, a presente invenção contempla a lógica de programação do tipo mostrado nos blocos lógicos subsequentes 45 a 63 em que os compressores 4 e 5 são ao menos prováveis de encontrar condições operacionais de sobretensão, ou seja, no ciclo atual, parte da etapa 2 na qual a razão de pressão através do compressor 4 aumenta e, portanto, energia precisa ser aplicada ao motor de magneto permanente 10, as etapas 3 a 5 para o compressor de ar de alimentação e as etapas 8 a 11 para o compressor de evacuação.

[0061] Com referência específica novamente à Figura 1, embora seja contemplado que tanto o compressor de ar de alimentação 4 e o compressor de evacuação 5 sejam ambos compressores centrífugos que estão sujeitos a sobretensão, é possível que o compressor de fluxo alimentação 4 seja formado por um soprador ou bomba de ar de deslocamento positivo, de preferência do tipo Roots. As características aceleração e desaceleração características de tais um compressor, se não operando a uma velocidade de rotação constante, seria muito diferentes das de um compressor centrífugo e tal um compressor que não estará sujeito ao aumento súbito da mesma maneira que a 4 e 5 compressores centrífugos da pressão de vácuo balançar aparelho 1 mostrado na Figura 1. Em tal caso, o compressor de fluxo alimentação 4 não exigiria o controle de evitação de sobretensão que seria necessário para um compressor centrífugo. No entanto, o compressor de evacuação 5 será, em qualquer caso,

46 / 46 um compressor centrífugo e portanto, estará sujeito à sobretensão. Nesse sentido, a estratégia de controle mostrada pelo controle do compressor de evacuação 5 seria em muitos aspectos idêntica à mostrada na Figura 4.

[0062] Embora a presente invenção tenha sido discutida com referência a um ciclo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo de dois leitos em que um único compressor age como um compressor de fluxo de alimentação para ambos os leitos e um segundo compressor age como um compressor de evacuação para ambos os leitos, a pessoa versada na técnica reconheceria que poderia ser usado um único compressor centrífugo para ambas as funções de evacuação e de compressão de fluxo de alimentação para cada leito, e/ou que poderia ser usado mais de dois leitos. Em tal modalidade da presente técnica, é evidente a partir da descrição da modalidade preferencial que qualquer compressor que está sendo usado para evacuação pode experimentar tais riscos suplementares de sobretensão associados com o início da aplicação de energia ao motor de magneto permanente, como ocorre para o compressor de evacuação 5 do aparelho 1 durante as etapas 1 e 7 do processo de oscilação de pressão cíclica aqui descrito. Para qualquer compressor neste serviço de evacuação, o cálculo e uso do fator de alimentação direta, conforme descrito nos blocos de programa 47 a 49 do diagrama de controle programável da Figura 4, é necessário para evitar as condições de sobretensão.

[0063] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a modalidades preferenciais, como ocorrerá aos versados na técnica, várias alterações, adições e omissões podem ser feitas sem se desviar do espírito e escopo da presente invenção, como descrito nas reivindicações em anexo.

Claims

1 / 18 REIVINDICAÇÕES

1. Método para controlar a velocidade centrífuga de compressor dentro de um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo, sendo que o dito aparelho compreende dois ou mais compressores centrífugos, sendo que cada compressor centrífugo tem uma entrada configurada para receber uma corrente de fluido e uma saída configurada para descarregar uma corrente de fluido pressurizado, sendo que o dito método é caracterizado pelo fato de que compreende: medir e calcular a vazão de uma corrente de fluido que entra na entrada de cada compressor centrífugo, sendo que os compressores centrífugos são diretamente acionados por motores elétricos que têm uma velocidade controlada por um acionador de frequência variável; medir e calcular a pressão da corrente de fluido pressurizado na saída de cada compressor e a pressão da corrente de fluido na entrada de cada compressor e calcular a razão entre a pressão de saída e a pressão de entrada de cada compressor centrífugo; determinar uma velocidade ideal de cada compressor centrífugo com base na razão de pressão e que se situa ao longo da linha de operação de eficiência de pico do compressor centrífugo, sendo que os compressores centrífugos são diretamente acionados por motores elétricos que têm uma velocidade controlada por uma unidade de frequência variável; determinar uma vazão mínima permitida da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo no qual as condições de sobretensão podem ocorrer na velocidade ideal; determinar um multiplicador de retroinformação que, quando multiplicado pela velocidade ideal, aumentará a velocidade quando a vazão que passa através do compressor centrífugo for menor que a vazão mínima permitida ou reduzirá a velocidade quando a vazão que passa através do compressor centrífugo for maior ou igual à vazão mínima permitida;

2 / 18 estabelecer um ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto para cada vaso de adsorção, durante as etapas de um ciclo de repetição conduzido pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo em que é menos provável que o compressor centrífugo encontre condições de sobretensão, além de uma etapa de evacuação pura e uma etapa de evacuação com etapa de purga de produto disso, estabelecer um multiplicador de velocidade total igual ao produto do multiplicador de retroinformação e do fator de velocidade global, sendo que o fator de velocidade global é determinado no término da produção com etapa de purga de fornecimento que, quando multiplicada pela velocidade ideal, irá aumentar a velocidade de uma máquina que pressuriza o aparelho de oscilação de pressão de vácuo quando a pressão mais alta obtida for menor que o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto e irá diminuir a velocidade da máquina que pressuriza o aparelho de oscilação de pressão de vácuo quando a pressão mais alta obtida for maior que o ponto- alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto; durante a etapa de evacuação e pura a etapa de evacuação com purga de produto, calcular um multiplicador de fluxo de alimentação de avanço que irá aumentar a velocidade durante a etapa de evacuação pura e a etapa de evacuação com purga de produto, de modo que não seja provável que o compressor centrífugo entre nas condições de sobretensão; estabelecer um ponto-alvo de ajuste de dessorção mais baixo para cada vaso de dessorção; determinar um fator de velocidade global de vácuo no término da etapa de evacuação com purga de produto que, quando multiplicado pela velocidade ideal, diminuirá a velocidade da máquina que evacua o aparelho de oscilação por pressão de vácuo quando a menor pressão obtida for menor que o ponto-alvo de ajuste de pressão de dessorção mais baixo e aumentará a velocidade da máquina que evacua o aparelho de oscilação por pressão de

3 / 18 vácuo quando a menor pressão obtida for maior que o ponto-alvo de ajuste de pressão de dessorção mais baixo; determinar um fator de velocidade global de fluxo de alimentação no término da produção com uma etapa de purga de fornecimento que, quando multiplicado pela velocidade ideal, aumentará a velocidade de uma máquina que pressuriza o aparelho de oscilação de pressão de vácuo quando a pressão mais alta obtida for menor que o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto e diminuirá a velocidade da máquina que pressuriza o aparelho de oscilação por pressão de vácuo quando a pressão mais alta obtida for maior que o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto; calcular um multiplicador de velocidade total de fluxo de alimentação para a máquina que pressuriza o aparelho de oscilação de pressão de vácuo multiplicando-se o multiplicador de retroinformação, multiplicador de fluxo de alimentação de avanço e o fator de velocidade global de fluxo de alimentação em conjunto; calcular um multiplicador de velocidade total de vácuo para a máquina que evacua o aparelho de oscilação de pressão de vácuo multiplicando-se o multiplicador de retroinformação, o multiplicador de fluxo de alimentação de avanço e o fator de velocidade global de vácuo em conjunto; calcular uma velocidade ajustada tanto para a máquina que pressuriza o aparelho de oscilação de pressão de vácuo quanto para a máquina que evacua o aparelho de oscilação de pressão de vácuo multiplicando-se a velocidade ideal pelo multiplicador de velocidade total de fluxo de alimentação ou pelo multiplicador de velocidade total de vácuo, respectivamente; e gerar um sinal de controle referente ao menos à velocidade ajustada para cada máquina e inserir o sinal de controle no acionador de

4 / 18 frequência variável para cada respectiva máquina, de modo que o motor elétrico e o compressor centrífugo operem na velocidade ajustada.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo utiliza um compressor de fluxo de alimentação para fornecer gás comprimido aos leitos de adsorção do aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo e um compressor de evacuação para evacuar gases dos leitos de adsorção; sendo que os ditos compressores de fluxo de alimentação e de evacuação são ambos os compressores centrífugos.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o processo de adsorção por oscilação de pressão de vácuo usa um único compressor para fornecer gás comprimido para cada leito adsorvente e para evacuar gases de cada leito adsorvente.

4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: o ciclo de repetição inclui uma etapa de equalização de pressão decrescente e uma etapa de equalização de pressão crescente subsequente à etapa de evacuação com purga de produto; durante a etapa de equalização de pressão decrescente e a etapa de equalização de pressão crescente, o sinal de controle é referente à velocidade não operacional, de modo que a energia elétrica não seja aplicada ao acionador de motor elétrico com o compressor de evacuação; e quando uma razão de pressão predeterminada é obtida durante a etapa de equalização de pressão descendente, o sinal de controle é novamente referente à velocidade ajustada, de modo que o compressor de evacuação funcione na velocidade ajustada.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo

5 / 18 fato de que: cada vez que o multiplicador de retroinformação é determinado, o multiplicador de retroinformação é armazenado; quando a vazão for menor que a vazão mínima permitida da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo nos quais as condições de sobretensão podem ocorrer na velocidade ideal, o multiplicador de retroinformação é determinado pela adição, a um último valor armazenado do multiplicador posterior, de um fator de correção de velocidade; e quando a vazão através de cada compressor centrífugo for maior ou igual à vazão na qual as condições de sobretensão podem ocorrer na velocidade ideal, o multiplicador de velocidade de retroinformação é calculado dividindo-se o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação por uma constante de proporcionalidade, sendo que a constante de proporcionalidade é igual a um valor maior 1,0 quando o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação for maior ou igual a 1,0 ou 1,0 quando o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação for menor que 1,0.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o multiplicador de fluxo de alimentação de avanço é uma função da razão de pressão; a função tem um valor máximo do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço a uma razão de pressão predeterminada na qual, ou diretamente antes da qual, a condição de sobretensão provavelmente ocorrerá durante uma transição entre a etapa de evacuação e a etapa de purga e os valores decrescentes do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço em razões de pressão maiores ou menores que o valor mínimo; e o valor máximo tem uma magnitude pré-selecionada de modo

6 / 18 que, quando a valor máximo for multiplicada pela velocidade ideal à razão de pressão predeterminada, a velocidade resultante impedirá a ocorrência das condições de sobretensão.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a função é uma função de Gauss.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vazão mínima permitida da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo é calculada medindo-se a diferença de pressão em dois pontos em um envoltório do compressor centrífugo e que estão sucessivamente mais perto de uma hélice desses.

9. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que: a vazão mínima permitida da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo é calculada medindo-se a diferença de pressão em dois pontos no envoltório do compressor centrífugo que estão sucessivamente mais perto de uma hélice desse em diferentes intervalos de tempo; sendo que, durante cada um dos intervalos de tempo, um erro de diferença de pressão é calculado e armazenado subtraindo-se a vazão mínima permitida da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo no qual as condições de sobretensão podem ocorrer na velocidade ideal a partir do valor atual da diferença de pressão; e o fator de correção de velocidade do multiplicador de retroinformação é calculado durante cada um dos intervalos de tempo através de controle integral proporcional que compreende adicionar um termo proporcional a um termo integral, sendo que o termo proporcional é calculado multiplicando-se um fator de ganho por uma diferença entre o erro de diferença de pressão e um erro de diferença de pressão anterior calculado em um intervalo de tempo anterior e dividindo-se a diferença pelo intervalo de

7 / 18 tempo, sendo que o termo integral é calculado dividindo-se o fator de ganho por um tempo de redefinição integral e multiplicando-se um quociente resultante desse pelo erro de diferença de pressão.

10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: o multiplicador de fluxo de alimentação de avanço é uma função de Gauss da razão de pressão; a função de Gauss tem um valor máximo do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço a uma razão de pressão predeterminada na qual, ou diretamente antes da qual, o compressor centrífugo provavelmente entrará nas condições de sobretensão durante uma transição entre a etapa de evacuação e a etapa de purga e os valores decrescentes do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço em razões de pressão maiores ou menores que o valor máximo; e o valor máximo tem uma magnitude pré-selecionada de modo que, quando a valor máximo é multiplicado pela velocidade ideal na razão de pressão predeterminada, a velocidade resultante impedirá que o compressor centrífugo entre em condições de sobretensão.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: cada vez que o multiplicador de fator de velocidade global de fluxo de alimentação é determinado, o multiplicador de fator de velocidade global é armazenado; quando a diferença absoluta entre a pressão medida no aparelho de oscilação por pressão de vácuo no fim do fluxo de alimentação com etapa de purga de fornecimento e a pressão-alvo de adsorção mais alta for maior, a tolerância mínima permitida, que é igual a +/- 2 polegadas de água, o multiplicador de fator de velocidade global de fluxo de alimentação é determinado adicionando-se, a um último valor armazenado do multiplicador

8 / 18 de fator de velocidade global de fluxo de alimentação, um fator de correção de fator de velocidade global de fluxo de alimentação; e quando a diferença absoluta entre a pressão medida no aparelho de oscilação por pressão de vácuo no fim do fluxo de alimentação com a etapa de purga de fornecimento e a pressão-alvo de adsorção mais alta for menor que a tolerância permitida mínima de +/- 2 polegadas de água, o multiplicador de fator de velocidade global de fluxo de alimentação é igual ao último valor armazenado do multiplicador de fator de velocidade global de fluxo de alimentação.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: cada vez que multiplicador de fator de velocidade global de vácuo é determinado, o multiplicador de fator de velocidade global é armazenado; quando a diferença absoluta entre a pressão medida no aparelho de oscilação por pressão de vácuo no fim da etapa de evacuação com purga de produto e a pressão-alvo de dessorção mais baixa for maior que a tolerância permitida mínima, que é igual a +/- 2 polegadas de água, o multiplicador de fator de velocidade global de vácuo é determinado adicionando-se, a um último valor armazenado do multiplicador de fator de velocidade global de vácuo, um fator de correção de fator de velocidade global de vácuo; e quando a diferença absoluta entre a pressão medida no aparelho de oscilação por pressão de vácuo no fim da etapa de evacuação com purga de produto e a pressão-alvo de dessorção mais baixa for menor que a tolerância permitida mínima de +/- 2 polegadas de água, o multiplicador de fator de velocidade global de vácuo é igual ao último valor armazenado do multiplicador de fator de velocidade global de vácuo.

13. Sistema de controle para controlar a velocidade de

9 / 18 compressor centrífugo dentro de um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo, sendo que o dito sistema de controle é caracterizado pelo fato de que compreende: meios para detectar a vazão de gás que entra em um compressor centrífugo diretamente acionado por um motor elétrico que tem uma velocidade controlada por um acionador de frequência variável; transdutores de pressão posicionados de modo a detectar a pressão em uma entrada e em uma saída do compressor centrífugo; transdutores de pressão posicionados de modo a detectar a pressão no leito de adsorção de um aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo; um controlador responsivo aos meios de detecção de parâmetro, sendo que os transdutores de pressão e as etapas de um ciclo de repetição são conduzidos pelo aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo e têm um programa de controle programado para: calcular uma razão de pressão das pressões da saída para a entrada do compressor centrífugo; determinar uma velocidade ideal do compressor centrífugo com base na razão de pressão ao longo da linha de operação de pico de eficiência do compressor centrífugo; determinar uma vazão permitida mínima da corrente de fluido que passa através de cada compressor centrífugo, na qual é provável que as condições de sobretensão ocorram na velocidade ideal; determinar um multiplicador de retroinformação que, quando multiplicado pela velocidade ideal, aumentará a velocidade, quando a vazão for menor que a vazão permitida mínima, ou reduzirá a velocidade, quando a vazão for maior ou igual à vazão permitida mínima; determinar o valor da velocidade global de fluxo de alimentação no término do fluxo de alimentação com etapa de purga de

10 / 18 fornecimento que, quando multiplicada pela velocidade ideal, aumentará a velocidade de uma máquina que pressuriza o aparelho de oscilação por pressão de vácuo, quando a pressão mais alta medida no leito de adsorção do aparelho de oscilação por pressão de vácuo pressurizado durante o fluxo de alimentação com etapa de purga de fornecimento for menor que a pressão- alvo de adsorção mais alta, e diminuirá a velocidade da máquina que pressuriza o aparelho de oscilação por pressão de vácuo, quando a pressão mais alta medida no leito de adsorção do aparelho de oscilação por pressão de vácuo pressurizado durante o fluxo de alimentação com etapa de purga de fornecimento for maior que a pressão-alvo de adsorção mais alta; determinar o fator de velocidade global de vácuo no término da etapa de evacuação com purga de produto que, quando multiplicado pela velocidade ideal, diminuirá a velocidade de uma máquina que evacua o aparelho de oscilação por pressão de vácuo, quando a pressão mais baixa medida no leito de adsorção do aparelho de oscilação por pressão de vácuo evacuado durante a etapa de evacuação com purga de produto for maior que a pressão-alvo de dessorção mais baixa, e aumentará a velocidade da máquina que evacua o aparelho de oscilação por pressão de vácuo evacuado, quando a pressão mais baixa medida no leito de adsorção do aparelho de oscilação por pressão de vácuo durante a etapa de evacuação com purga de produto for maior que a pressão-alvo de dessorção mais baixa; estabelecer um multiplicador de velocidade total de vácuo igual ao produto matemático do multiplicador de retroinformação e o fator de velocidade global de fluxo de alimentação durante as etapas do ciclo de repetição em que o compressor centrífugo tem menor probabilidade de entrar nas condições de sobretensão, além de uma etapa de evacuação pura e uma etapa de evacuação com purga de produto disso; estabelecer o multiplicador de velocidade total de vácuo igual a um produto matemático do multiplicador de retroinformação, do

11 / 18 multiplicador de fluxo de alimentação de avanço e do multiplicador de fator de velocidade global de vácuo durante a etapa de evacuação pura e a etapa de evacuação com purga de produto, o que aumentará a velocidade de modo que não seja provável que o compressor centrífugo entre nas condições de sobretensão; estabelecer um multiplicador de velocidade total de fluxo de alimentação igual ao produto matemático do multiplicador de retroinformação e o fator de velocidade global de fluxo de alimentação; e calcular e ajustar a velocidade tanto para a máquina que pressuriza o aparelho de oscilação por pressão de vácuo quanto para a máquina que evacua o aparelho de oscilação por pressão de vácuo multiplicando-se a velocidade ideal pelo multiplicador de velocidade total de fluxo de alimentação e pelo multiplicador de velocidade total de vácuo, respectivamente; e o controlador configurado para gerar um sinal de controle em resposta ao programa de controle e capaz de servir como uma entrada para o acionador de frequência variável, de modo que a velocidade do motor elétrico para cada compressor centrífugo seja controlada em resposta ao sinal de controle, sendo que o sinal de controle se refere pelo menos à velocidade ajustada de modo que cada motor elétrico e, portanto, cada compressor centrífugo opere na velocidade ajustada.

14. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: o aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo utiliza um compressor de fluxo de alimentação para fornecer gás comprimido a cada um dos leitos de adsorção do aparelho de adsorção por oscilação de pressão de vácuo, e um compressor de evacuação usado em gases de evacuação provenientes de cada um dos leitos de adsorção; sendo que o compressor de fluxo de alimentação e o compressor de

12 / 18 evacuação são compressores centrífugos.

15. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que: o ciclo de repetição inclui um fluxo de alimentação com etapa de equalização subsequente à etapa de evacuação com purga de produto, um fluxo de alimentação com etapa de repressurização de produto após o fluxo de alimentação com etapa de equalização e uma etapa de equalização anterior à etapa de evacuação pura; o programa de controle é programado para produzir uma velocidade não operacional na qual o acionador de frequência variável removerá energia elétrica do motor elétrico e o sinal de controle é referente à velocidade não operacional quando produzida pelo programa de controle; durante o fluxo de alimentação com etapa de equalização, a etapa de equalização e o início do fluxo de alimentação com etapa de repressurização de produto, o programa de controle produz a velocidade não operacional de modo que, quando o sinal de controle é inserido no acionador de frequência variável, a energia elétrica não seja aplicada ao motor elétrico; e o programa de controle também programado de modo que, quando uma razão de pressão predeterminada da razão de pressão é obtida durante o fluxo de alimentação com etapa de repressurização de produto, o sinal de controle se refere novamente à velocidade ajustada de modo que o motor elétrico e, portanto, o compressor opere na velocidade ajustada.

16. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que: o ciclo de repetição inclui uma etapa de equalização de pressão decrescente e uma etapa de equalização de pressão crescente subsequente à etapa de evacuação com purga; o programa de controle é programado para produzir uma velocidade não operacional na qual o acionador de frequência variável

13 / 18 removerá energia elétrica do motor elétrico e o sinal de controle é referente à velocidade não operacional quando produzida pelo programa de controle; durante a etapa de equalização de pressão decrescente e a etapa de equalização de pressão crescente, o programa de controle produz a velocidade não operacional de modo que, quando o sinal de controle for inserido no acionador de frequência variável, a energia elétrica não seja aplicada ao motor elétrico que aciona o compressor de evacuação; e o programa de controle também é programado de modo que, quando uma razão de pressão predeterminada da razão de pressão for obtida durante a etapa de equalização de pressão decrescente, o sinal de controle se refere novamente à velocidade ajustada de modo que o motor elétrico e, portanto, o compressor de evacuação opere na velocidade ajustada.

17. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o programa de controle é programado de modo que: cada vez que o multiplicador de retroinformação for determinado, o multiplicador de retroinformação seja armazenado; quando a vazão através de compressor centrífugo for maior ou igual à vazão permitida mínima nas quais as condições de sobretensão podem ocorrer no parâmetro de velocidade ideal menor que o valor mínimo permitido, o multiplicador de retroinformação é determinado pela adição, a um último valor armazenado do multiplicador de retroinformação, de um fator de correção de velocidade; e quando a vazão através de cada compressor centrífugo for maior ou igual à vazão na qual as condições de sobretensão podem ocorrer na velocidade ideal, o multiplicador de velocidade de retroinformação é calculado dividindo-se o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação por uma constante de proporcionalidade, sendo que a constante de proporcionalidade é igual a um valor maior 1,0 quando o último

14 / 18 valor armazenado do multiplicador de retroinformação for maior ou igual a 1,0 ou 1,0 quando o último valor armazenado do multiplicador de retroinformação for menor que 1,0.

18. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o programa de controle é programado de modo que: o multiplicador de fluxo de alimentação de avanço seja uma função da razão de pressão; a função de Gauss tenha um valor máximo do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço a uma razão de pressão predeterminada na qual, ou diretamente antes da qual, o compressor centrífugo provavelmente entrará nas condições de sobretensão durante uma transição entre a etapa de evacuação e a etapa de purga e os valores decrescentes do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço em razões de pressão maiores ou menores que o valor máximo; e o valor máximo tenha uma magnitude pré-selecionada de modo que, quando o valor máximo é multiplicado pela velocidade ideal na razão de pressão predeterminada, a velocidade resultante impedirá que o compressor centrífugo entre em condições de sobretensão.

19. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a função é uma função de Gauss.

20. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: os meios de detecção de vazão são dois transdutores de pressão adicionais situados em dois pontos no envoltório do compressor centrífugo que estão sucessivamente mais de uma hélice desse; o programa de controle é programado para calcular uma diferença de pressão da pressão medida pelos dois transdutores de pressão adicionais; e

15 / 18 a vazão é calculada a partir da diferença de pressão.

21. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que: os meios de detecção de vazão são dois transdutores de pressão adicionais situados em dois pontos no envoltório do compressor centrífugo que estão sucessivamente mais de uma hélice desse; o programa de controle é programado para calcular uma diferença de pressão da pressão medida pelos dois transdutores de pressão adicionais; a vazão é calculada a partir da diferença de pressão; e o programa de controle é programado de modo que; durante cada um dos intervalos de tempo, um erro de diferença de pressão seja calculado e armazenado pela subtração do valor permitido mínimo de um valor atual da diferença de pressão; e o fator de correção de velocidade do multiplicador de retroinformação seja calculado durante cada um dos intervalos de tempo através de controle integral proporcional que compreende adicionar um termo proporcional a um termo integral, sendo que o termo proporcional é calculado multiplicando-se um fator de ganho por uma diferença entre o erro de diferença de pressão e um erro de diferença de pressão anterior calculado em um intervalo de tempo anterior e dividindo-se a diferença pelo intervalo de tempo, sendo que o termo integral é calculado dividindo-se o fator de ganho por um tempo de redefinição integral e multiplicando-se um quociente resultante desse pelo erro de diferença de pressão.

22. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o programa de controle é programado de modo que: o multiplicador de fluxo de alimentação de avanço seja uma função de Gauss da razão de pressão;

16 / 18 a função de Gauss tenha um valor máximo do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço a uma razão de pressão predeterminada na qual, ou diretamente antes da qual, o compressor centrífugo provavelmente entrará nas condições de sobretensão durante uma transição entre a etapa de evacuação e a etapa de purga e os valores decrescentes do multiplicador de fluxo de alimentação de avanço em razões de pressão maiores ou menores que o valor máximo; e o valor máximo tenha uma magnitude pré-selecionada de modo que, quando o valor máximo é multiplicado pela velocidade ideal na razão de pressão predeterminada, a velocidade resultante impedirá que o compressor centrífugo entre em condições de sobretensão.

23. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o programa de controle é programado de modo que: cada vez que o fator de velocidade global de vácuo é determinado, o fator de velocidade global de vácuo é armazenado; quando a diferença entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de dessorção mais baixo for maior que a tolerância permitida, o fator de velocidade global de vácuo seja determinado pela adição, a um último valor armazenado do fator de velocidade global de vácuo, de um fator de correção de fator de velocidade global de vácuo; e quando a diferença entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de dessorção mais baixo for menor ou igual a uma tolerância de pressão de +/- 2 polegadas de água, o fator de velocidade global de vácuo seja determinado como o último valor armazenado do fator de velocidade global de vácuo.

24. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o fator de velocidade global de vácuo é calculado pelo controle integral proporcional que compreende adicionar um

17 / 18 termo proporcional a um termo integral, sendo que o termo proporcional é calculado pela multiplicação de um fator de ganho por uma diferença entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de dessorção mais baixo e uma diferença anterior prior entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de dessorção mais baixo calculada em um intervalo de tempo anterior, e pela divisão da diferença pelo intervalo de tempo time e o termo integral calculado pela divisão do fator de ganho por um tempo de redefinição integral e pela multiplicação de um quociente resultante disso pela diferença entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de dessorção mais baixo.

25. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o programa de controle é programado de modo que: cada vez que o fator de velocidade global de fluxo de alimentação é determinado, o fator de velocidade global de fluxo de alimentação seja armazenado; quando a diferença entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto for maior que a tolerância permitida de +/- 2 polegadas de água, sendo que o fator de velocidade global de fluxo de alimentação é determinado pela adição, a um último valor armazenado do fator de velocidade global de fluxo de alimentação, de um fator de correção de velocidade global de fluxo de alimentação; e quando a diferença entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto for menor ou igual à tolerância de =/- 2 polegadas de água, o fator de velocidade global de fluxo de alimentação é determinado como o último valor armazenado do fator de velocidade global de fluxo de alimentação.

26. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o fator de velocidade global de fluxo de

18 / 18 alimentação é calculado pelo controle integral proporcional que compreende adicionar um termo proporcional a um termo integral, sendo que o termo proporcional é calculado pela multiplicação de um fator de ganho por uma diferença entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto e uma diferença anterior prior entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto calculada em um intervalo de tempo anterior, e pela divisão da diferença pelo intervalo de tempo time e o termo integral calculado pela divisão do fator de ganho por um tempo de redefinição integral e pela multiplicação de um quociente resultante disso pela diferença entre a pressão medida e o ponto-alvo de ajuste de pressão de adsorção mais alto.