ES2711552T3

ES2711552T3 - Control de velocidad anti-sobrecarga de un compresor en un aparato VPSA

Info

Publication number: ES2711552T3
Application number: ES13724110T
Authority: ES
Inventors: Andrew Rosinski; Paul Belanger; Michael Manning
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2019-05-06
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: WO2013180919A1; MX367720B; CA2873739A1; US9702365B2; CN104334888B; EP2855941A1; EP2855941B8; MX2014014631A; CN104334888A; PT2855941T; KR102016777B1; CA2873739C; BR112014029580B1; EP2855941B1; KR20150018798A; US20130323014A1; BR112014029580A2; IN2014DN09001A

Abstract

Un procedimiento para controlar la velocidad de un compresor centrífugo dentro de un aparato de adsorción por cambio de presión al vacío, comprendiendo dicho procedimiento: medir y calcular un parámetro que puede referirse a un caudal de gas que ingresa a un compresor centrífugo el compresor centrífugo accionado directamente por un motor eléctrico que tiene una velocidad controlada por un variador de frecuencia variable; medir y calcular una relación de presión de salida a presión de entrada del compresor centrífugo; determinar una velocidad óptima del compresor centrífugo basándose en la relación de presión y que se encuentra a lo largo de la línea operativa de eficiencia máxima del compresor centrífugo; determinar un valor mínimo permisible del parámetro en el que es probable que tengan lugar condiciones de sobrecarga a la velocidad óptima; determinar un multiplicador de retroalimentación que cuando se multiplica por la velocidad óptima aumentará la velocidad cuando el parámetro sea menor que el valor mínimo permisible o reducirá la velocidad cuando el parámetro sea mayor o igual al valor mínimo permisible; durante las etapas de un ciclo de repetición conducido por el aparato de adsorción por cambio de presión al vacío donde el compresor centrífugo tiene al menos probabilidades de encontrar condiciones de sobrecarga, que no sean una etapa de evacuación pura y una etapa de evacuación con purga de producto de la misma, estableciendo un multiplicador de velocidad total igual al multiplicador de retroalimentación; durante la etapa de evacuación pura y la etapa de evacuación con purga de producto, calcular el multiplicador de velocidad total multiplicando el multiplicador de retroalimentación por un multiplicador de alimentación positiva que aumentará la velocidad durante la etapa de evacuación pura y la etapa de evacuación con etapa de purga de producto de manera que no es probable que el compresor centrífugo entre en las condiciones de sobrecarga; calcular una velocidad ajustada multiplicando la velocidad óptima por el multiplicador de velocidad total; y, al menos durante una cierta parte del ciclo VPSA de repetición, generar una señal de control que puede referirse al menos a la velocidad ajustada e introducir la señal de control en el variador de frecuencia variable de modo que el motor eléctrico y, por lo tanto, el compresor centrífugo, funcione a la velocidad ajustada.

Description

DESCRIPCION

Control de velocidad anti-sobrecarga de un compresor en un aparato VPSA

Campo de la invencion

La presente invencion proporciona un procedimiento y un sistema de control para controlar la velocidad de un compresor centnfugo que opera dentro de un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado y que se acciona directamente por un motor electrico para evitar que el compresor entre en sobrecarga. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a un procedimiento y un sistema de este tipo en los que la velocidad aumenta durante al menos las etapas de un ciclo repetitivo realizado por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado donde el compresor puede encontrar una sobrecarga y en cantidades de aumento que vanan de acuerdo con las etapas que se estan realizando.

Antecedentes de la invencion

En un proceso de adsorcion por cambio de presion al vado, se usan uno o mas adsorbentes para adsorber uno o mas componentes de una corriente de alimentacion y, por lo tanto, producir una corriente de producto purificada. Un proceso tfpico tiene una serie de etapas ejecutadas continuamente de acuerdo con un ciclo de repeticion. En el ciclo de repeticion, un lecho adsorbente que contiene el adsorbente se usa alternativamente para producir el producto purificado y despues se regenera. Durante la regeneracion, los componentes adsorbidos se desorben del adsorbente y, despues, el lecho adsorbente se devuelve al estado en el que se puede volver a poner en lmea y producir el producto.

En un proceso de adsorcion por cambio de presion al vado tfpico disenado para producir oxfgeno de producto a partir del aire de alimentacion, un lecho adsorbente se somete a un proceso de siete etapas realizado en el ciclo de repeticion. Solo con fines ilustrativos, este proceso de adsorcion se puede realizar con un lecho. En una primera etapa, el lecho se presuriza simultaneamente desde la parte inferior con aire de alimentacion y desde la parte superior con el gas de ecualizacion suministrado desde un tanque de recuperacion. Posteriormente, se anade producto de alta pureza a la parte superior del lecho desde el tanque de sobrecarga de oxfgeno, mientras que el aire de alimentacion es suministrado por un compresor u otro soplador, tal como un soplador tipo Roots. En una tercera etapa, el lecho continua presurizado desde la parte inferior a traves del soplador. Ahora el lecho esta listo para hacer que el producto y el aire de alimentacion se introduzcan en la parte inferior del recipiente y el producto se retire de la parte superior. El gas del producto se entrega al tanque de sobrecarga de oxfgeno. Una vez finalizada la produccion, el soplador se descarga y el gas de menor pureza que queda en la parte superior del lecho presurizado se transfiere al tanque de recuperacion. En una etapa de evacuacion posterior, el nitrogeno residual se elimina de la parte inferior del recipiente a traves del compresor centnfugo mientras no haya flujo que salga o entre por la parte superior del recipiente. En la ultima etapa, el compresor centnfugo continua eliminando el nitrogeno de la parte inferior del recipiente mientras se anade gas de purga de oxfgeno a la parte superior del recipiente. La presion permanece relativamente constante durante esta etapa debido al hecho de que el flujo de purga de oxfgeno se controla igual al flujo de evacuacion. Como se sabna en la tecnica, tal proceso podna realizarse en multiples lechos en los que cada lecho se somete a las etapas descritas anteriormente.

Como se divulga en el documento U.S. 7.785.405, los compresores centnfugos accionados directamente por motores de iman permanente de alta velocidad de accionamiento directo se han utilizado ventajosamente en los procesos de adsorcion por cambio de presion al vado. El uso de dichos motores permite el funcionamiento a velocidad variable, de modo que las combinaciones del compresor y la combinacion o combinaciones de motor de iman permanente de alta velocidad pueden acelerar de baja velocidad a alta velocidad y desacelerar de alta velocidad a baja velocidad rapidamente, segun sea necesario por el proceso. Se ha encontrado que esto ofrece una mejora importante con respecto al uso de compresores centnfugos accionados por sistemas convencionales de motores de induccion/caja de cambios que, debido a la alta inercia del motor de induccion, no pueden acelerar y desacelerar rapidamente. Al variar continuamente las velocidades del compresor para que coincidan con el requisito de relacion de presion para el compresor, que vana debido a los lechos de adsorbentes de presurizacion y evacuacion, el compresor centnfugo utilizado en dicho ciclo puede operarse cerca de, y preferiblemente a, su eficiencia maxima del 100 % de velocidad de diseno a una velocidad sustancialmente menor.

Los compresores estan disenados para funcionar dentro de una envolvente operativa que se puede representar en lo que se conoce como un mapa del compresor de la relacion de presion entre la presion de salida y la presion de entrada frente al caudal a traves del compresor. En tal grafica, se representa una lmea operativa pico o de mejor eficiencia en la que para una relacion de caudal y presion dada, el consumo de energfa del compresor es mmimo. Este mapa del compresor se puede programar dentro de un controlador utilizado para controlar la velocidad del motor y, por lo tanto, del compresor. Dependiendo de la etapa espedfica en el proceso de adsorcion por cambio de presion al vado, que requerina una relacion de presion espedfica a traves del compresor centnfugo, el controlador envfa una senal que puede referirse a la velocidad optima segun se determina del mapa del compresor a un variador de velocidad variable que controla la velocidad del motor de iman permanente de alta velocidad.

Sin embargo, hay situaciones que pueden hacer que el compresor salga de la lmea operativa de maxima eficiencia y se convierta en una condicion de sobrecarga. Por ejemplo, puede haber un retraso en el sistema de control, etapas de transicion en el proceso que se realizan por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado, cambios en las condiciones ambientales y la transicion fuera de la lmea de velocidad minima. En todas estas situaciones, el flujo de masa que se comprime puede descender para una relacion de velocidad y presion dada para accionar el compresor en sobrecarga. Por lo tanto, se produce un evento de sobrecarga debido a que el caudal a traves del compresor cae por debajo del flujo irnnimo requerido a una velocidad dada del impulsor del compresor que es necesario para mantener una operacion estable. En un evento de sobrecarga, la presion de cabeza desarrollada por el compresor disminuye, lo que provoca un gradiente de presion inversa en la descarga del compresor y un reflujo de gas resultante. Una vez que la presion en la lmea de descarga del compresor cae por debajo de la presion desarrollada por el impulsor, el flujo se invierte una vez mas. Se ha encontrado que este patron de flujo alterno es una condicion inestable que puede provocar danos graves en el impulsor del compresor, el mecanismo de accionamiento y los componentes. Esta condicion debe evitarse.

En los ciclos de repeticion empleados en el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado, las condiciones operativas de la compresion a las que puede producirse una sobrecarga seran mas cnticas a altas velocidades. Ademas, durante las etapas de evacuacion y de purga, y particularmente durante la transicion entre las etapas de purga y evacuacion, puede tener lugar una sobrecarga de manera bastante inesperada. Como se analizara, la presente invencion proporciona un control de velocidad que esta particularmente disenado para evitar la sobrecarga durante la operacion a baja velocidad y durante las etapas de evacuacion y purga y la transicion entre tales etapas.

Resumen de la invencion

La presente invencion proporciona un procedimiento para controlar la velocidad de un compresor centnfugo que funciona dentro de un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado. El compresor centnfugo se acciona directamente por un motor electrico controlado por un variador de frecuencia variable. A este respecto, el termino "motor electrico" como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones, significa un motor de iman permanente de alta velocidad o un motor de induccion de alta velocidad. En relacion con dicho procedimiento, se mide y se calcula un parametro que puede referirse a un caudal de gas que entra en el compresor centnfugo. La relacion de presion de la presion de salida a entrada del compresor tambien se mide y se calcula. Una velocidad optima del compresor centnfugo se determina la relacion de presion y que se encuentra a lo largo de la lmea operativa de eficiencia maxima del compresor centnfugo. Ademas, tambien se determina un valor mmimo permisible del parametro en el cual es probable que el compresor centnfugo entre en condiciones de sobrecarga a la velocidad optima. Un multiplicador de retroalimentacion se determina que cuando se multiplica por la velocidad optima aumentara la velocidad cuando el parametro sea menor que el valor irnnimo permisible o reducira la velocidad cuando el parametro sea mayor o igual al valor mmimo permisible.

Durante las etapas de un ciclo de repeticion conducido por el aparato de adsorcion por cambio al vado donde el compresor centnfugo tiene al menos probabilidades de encontrar condiciones de sobrecarga, que no sean una etapa de evacuacion pura y una etapa de evacuacion con purga de producto de la misma, un multiplicador de velocidad total se ajusta igual al multiplicador de retroalimentacion. Durante la etapa de evacuacion pura y la etapa de evacuacion con purga de producto, el multiplicador de velocidad total se calcula multiplicando el multiplicador de retroalimentacion por un multiplicador de alimentacion positiva que aumentara la velocidad durante la etapa de evacuacion y la etapa de evacuacion con etapa de purga de manera que no es probable que el compresor centnfugo entre en las condiciones de sobrecarga. Una velocidad ajustada se calcula en ese momento multiplicando la velocidad optima por el multiplicador de velocidad total. Una senal de control atribuible al menos a la velocidad ajustada se genera y se introduce en el variador de frecuencia variable de modo que el motor electrico y, por lo tanto, los compresores centnfugos operen a la velocidad ajustada. Debe observarse que, como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones, el termino "etapa de evacuacion pura" significa una etapa del proceso de adsorcion por cambio de presion al vado en el que se evacua un lecho adsorbente de la parte inferior del lecho de adsorcion y se ajustan las valvulas de modo que no se introduzca gas en el lecho adsorbente ni se libere desde la parte superior del lecho de adsorcion. Ademas, como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones, el termino "etapa de evacuacion con purga de producto" significa una etapa del proceso de adsorcion por cambio de presion al vado en el que un lecho adsorbente se somete a evacuacion en la parte inferior del lecho de adsorcion y la introduccion de gas producto, por ejemplo oxfgeno, en la parte superior del lecho.

El procedimiento y el sistema de control de velocidad anti-sobrecarga como se ha analizado anteriormente y se expone en las reivindicaciones es igualmente aplicable a un aparato en el que un solo compresor sirve para alimentar gas comprimido a un lecho de adsorcion y evacuar un lecho de adsorcion durante la regeneracion del mismo, o donde se usa un compresor de alimentacion para alimentar gas comprimido a los lechos de adsorcion del aparato y se usa un compresor de evacuacion para evacuar los gases de los lechos de adsorcion. En este sentido, cuando se usa un compresor de evacuacion, sera un compresor centnfugo que utiliza la estrategia anterior de control anti-sobrecarga. El compresor de alimentacion no puede ser en tal aparato un compresor centnfugo y, como tal, no se sometera a dicho control anti-sobrecarga. Como se analizara, cuando el compresor de alimentacion es un compresor centnfugo, se pueden usar elementos del control de velocidad anti-sobrecarga para el control del mismo.

Se entiende que, en terminos generales, la presente invencion contempla que el multiplicador de velocidad total se ajusta igual al multiplicador de retroalimentacion donde el compresor centnfugo es al menos probable que encuentre condiciones de sobrecarga, distintas de la etapa de evacuacion pura y la etapa de evacuacion con purga de producto del mismo. La presente invencion contempla espedficamente, en puntos dentro del ciclo de repeticion donde es improbable que se produzcan condiciones de sobrecarga, la senal de control que se introduce en el variador de frecuencia variable tendra el efecto de eliminar la energfa del motor electrico. En este sentido, el proceso de adsorcion por cambio de presion al vado puede usar un solo compresor para alimentar gas comprimido a un lecho adsorbente y evacuar los gases del lecho adsorbente. En tal caso, el ciclo de repeticion puede incluir una etapa de alimentacion con ecualizacion posterior a la etapa de evacuacion con purga de producto, una etapa de alimentacion con represurizacion de producto despues de la etapa de alimentacion con ecualizacion y una etapa de ecualizacion antes de la etapa de evacuacion pura. Durante la etapa de alimentacion con ecualizacion, la etapa de ecualizacion y el inicio de la etapa de alimentacion con represurizacion de producto, la senal de control puede hacer referencia a una velocidad no operativa, de modo que cuando la senal de control se ingresa en el variador de frecuencia variable, no se aplica energfa electrica al motor electrico. Sin embargo, cuando se obtiene una relacion de presion predeterminada de la relacion de presion durante la etapa de alimentacion con represurizacion de producto, la senal de control se puede referir de nuevo a la velocidad ajustada de modo que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor funcione a la velocidad ajustada. Debe observarse, sin embargo, que la presente invencion tambien contempla y pretende incluir dentro de las reivindicaciones adjuntas una realizacion en la que en etapas del ciclo de repeticion, distintas de la etapa de evacuacion pura y la etapa de evacuacion con purga de producto, el multiplicador de velocidad siempre se ajusta igual al multiplicador de retroalimentacion y la senal de control siempre puede referirse a la velocidad ajustada. Ademas, en un aparato de lecho adsorbente multiple que usa compresores de evacuacion y alimentacion dedicados, el ciclo de repeticion puede incluir una etapa de ecualizacion de presion descendente y una etapa de ecualizacion de presion ascendente posterior a la etapa de evacuacion con purga de producto. Durante la etapa de ecualizacion de presion descendente y la etapa de ecualizacion de presion ascendente, la senal de control puede referirse a una velocidad no operativa, de manera que no se aplica potencia electrica al motor electrico que acciona el compresor de evacuacion. Cuando se obtiene una relacion de presion predeterminada durante la etapa de ecualizacion de presion descendente, la senal de control puede ajustarse de nuevo atribuible a la velocidad ajustada, de manera que el compresor de evacuacion funcione a la velocidad ajustada.

Cada vez que se determina el multiplicador de retroalimentacion, se puede almacenar el multiplicador de retroalimentacion. Cuando el parametro es menor que el valor mmimo permisible, el multiplicador de retroalimentacion se determina anadiendo a un ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion un factor de correccion de velocidad. Cuando el parametro es mayor o igual al valor mmimo permisible, el multiplicador de velocidad de retroalimentacion se calcula dividiendo el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion por una constante de proporcionalidad. La constante de proporcionalidad se ajusta igual a un valor mayor de 1,0 cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es mayor o igual a 1,0 o 1,0 cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es menor de 1,0.

El multiplicador de alimentacion positiva puede ser una funcion de la relacion de presion. La funcion puede tener un valor maximo del multiplicador de alimentacion positiva a una relacion de presion predeterminada a la cual o directamente antes de la cual el compresor centnfugo entra en condiciones de sobrecarga durante una transicion entre la etapa de evacuacion y la etapa de purga. La funcion tendra valores decrecientes del multiplicador de alimentacion positiva en relaciones de presion mayores o menores que el valor maximo. El valor maximo tiene una magnitud preseleccionada de modo que cuando el valor maximo se multiplica por la velocidad optima a la relacion de presion predeterminada, la velocidad resultante evitara que el compresor centnfugo entre en condiciones de sobrecarga. La funcion puede ser una funcion gaussiana.

El parametro puede ser una diferencia de presion medida en dos puntos en la envolvente del compresor centnfugo que estan sucesivamente mas cerca de un impulsor del mismo. Durante cada uno de los intervals de tiempo, se calcula y almacena un error de diferencia de presion restando el valor mmimo permisible del valor actual de la diferencia de presion. El factor de correccion de velocidad del multiplicador de retroalimentacion se calcula durante cada uno de los intervalos de tiempo a traves del control integral proporcional que comprende anadir un termino proporcional a un termino integral, estando el termino proporcional calculado multiplicando un factor de ganancia por una diferencia entre el error de diferencia de presion y un error de diferencia de presion anterior calculado en un intervalo de tiempo anterior y dividiendo la diferencia por el intervalo de tiempo. El termino integral se calcula dividiendo el factor de ganancia por un tiempo de restablecimiento integral y multiplicando un cociente resultante del mismo por el error de diferencia de presion.

La presente invencion tambien proporciona un sistema de control para controlar la velocidad de un compresor centnfugo que funciona dentro de un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado y se acciona directamente por un motor electrico controlado por un variador de frecuencia variable. El sistema de control esta dotado de medios para detectar un parametro atribuible a un caudal de gas que entra en el compresor centnfugo. Los transductores de presion estan posicionados para detectar la presion en una entrada y una salida del compresor centnfugo.

Se proporciona un controlador que responde a los medios de deteccion de parametros, los transductores de presion y las etapas de un ciclo de repeticion realizado por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado. El controlador tiene un programa de control que esta programado para calcular una relacion de presion de las presiones de la salida a la entrada del compresor centnfugo. El programa de control tambien determina una velocidad optima del compresor centnfugo basandose en la relacion de presion y que se encuentra a lo largo de la lmea operativa de eficiencia maxima del compresor centnfugo. El controlador determina un valor irnnimo permisible del parametro al que es probable que el compresor centnfugo entre en condiciones de sobrecarga a la velocidad optima junto con un multiplicador de retroalimentacion que cuando se multiplica por la velocidad optima aumentara la velocidad cuando el parametro sea menor que el valor mmimo permisible o reducira la velocidad cuando el parametro sea mayor o igual al valor mmimo permisible. Un multiplicador de velocidad total se ajusta igual al multiplicador de retroalimentacion durante las etapas del ciclo de repeticion donde es al menos probable que el compresor centnfugo entre en condiciones de sobrecarga, diferentes a una etapa de evacuacion pura y una etapa de purga de producto del mismo. El multiplicador de velocidad total se ajusta igual a un producto matematico del multiplicador de retroalimentacion y un multiplicador de alimentacion positiva durante la etapa de evacuacion pura y la etapa de evacuacion con purga de producto, que aumentara la velocidad de tal manera que es probable que el compresor centnfugo no entre en las condiciones de sobrecarga. Una velocidad ajustada se calcula multiplicando la velocidad optima por el multiplicador de velocidad total.

El controlador esta configurado para generar una senal de control en respuesta al programa de control y puede servir como una entrada en el variador de frecuencia variable de tal forma que la velocidad del motor electrico y, por lo tanto, el compresor centnfugo, se controla en respuesta a la senal de control. La senal de control se refiere al menos a la velocidad ajustada, de manera que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor centnfugo funciona a la velocidad ajustada.

Como se ha indicado anteriormente, el sistema es aplicable a un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado que utiliza un compresor de alimentacion para alimentar gas comprimido a los lechos de adsorcion del aparato de adsorcion por cambio de presion al vado y un compresor de evacuacion usado en la evacuacion de gases de los lechos de adsorcion. En tal caso, el compresor de evacuacion esta formado por el compresor centnfugo. Otro compresor centnfugo puede o no usarse para formar el compresor de alimentacion.

El aparato de adsorcion por cambio de presion al vado puede utilizar un solo compresor para alimentar gas comprimido a un lecho adsorbente y para evacuar los gases del lecho adsorbente. En tal caso, el ciclo de repeticion puede incluir una etapa de alimentacion con ecualizacion posterior a la etapa de evacuacion con purga de producto, una etapa de alimentacion con represurizacion de producto despues de la etapa de alimentacion con ecualizacion y una etapa de ecualizacion antes de la etapa de evacuacion pura. El programa de control puede estar programado para producir una velocidad no operativa a la cual el variador de frecuencia variable eliminara la energfa electrica del motor electrico y la senal de control se puede referir a la velocidad no operativa cuando es producida por el programa de control. Durante la etapa de alimentacion con ecualizacion, la etapa de ecualizacion y el inicio de la etapa de alimentacion con represurizacion de producto, el programa de control produce la velocidad no operativa, de modo que cuando la senal de control se ingresa en el variador de frecuencia variable, no se aplica energfa electrica al motor electrico. El programa de control tambien esta programado de tal forma que, cuando se obtiene una relacion de presion predeterminada de la relacion de presion durante la etapa de alimentacion con represurizacion de producto, la senal de control se puede referir de nuevo a la velocidad ajustada de modo que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor funcione a la velocidad ajustada. En el caso de un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado que utiliza un compresor de evacuacion dedicado, el ciclo de repeticion puede incluir una etapa de ecualizacion de presion descendente y una etapa de ecualizacion de presion ascendente posterior a la etapa de evacuacion con purga de producto. El programa de control en tal caso esta programado para producir una velocidad no operativa a la cual el variador de frecuencia variable eliminara la energfa electrica del motor electrico y la senal de control se puede referir a la velocidad no operativa cuando es producida por el programa de control. Durante la etapa de ecualizacion de presion descendente y la etapa de ecualizacion de presion ascendente, el programa de control produce una velocidad no operativa tal que cuando la senal de control ingresa en el variador de frecuencia variable, no se aplica energfa electrica al motor electrico que acciona el compresor de evacuacion. El programa de control tambien esta programado de tal forma que, cuando se obtiene una relacion de presion predeterminada de la relacion de presion durante la etapa de ecualizacion de presion descendente, la senal de control se puede referir de nuevo a la velocidad ajustada de modo que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor de evacuacion funcione a la velocidad ajustada.

El programa de control puede programarse de tal manera que cada vez que se determina el multiplicador de retroalimentacion, se almacena el multiplicador de retroalimentacion. De acuerdo con dicha programacion, cuando el parametro es menor que el valor mmimo permisible, el multiplicador de retroalimentacion se determina anadiendo a un ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion un factor de correccion de velocidad. Cuando el parametro es mayor o igual al valor mmimo permisible, el multiplicador de velocidad de retroalimentacion se determina dividiendo el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion por una constante de proporcionalidad. La constante de proporcionalidad se ajusta igual a un valor mayor de 1,0 cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es mayor o igual a 1,0 o 1,0 cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es menor de 1,0.

El programa de control tambien puede programarse de modo que el multiplicador de alimentacion positiva de la alimentacion sea una funcion de la relacion de presion. Dicha funcion tiene un valor maximo del multiplicador de alimentacion positiva a una relacion de presion predeterminada a la cual o directamente antes de la cual el compresor centnfugo entra en condiciones de sobrecarga durante una transicion entre la etapa de evacuacion y la etapa de purga. El multiplicador de alimentacion positiva tiene valores decrecientes del multiplicador de alimentacion positiva en relaciones de presion mayores o menores que el valor maximo. El valor maximo tiene una magnitud preseleccionada de modo que cuando el valor maximo se multiplica por la velocidad optima a la relacion de presion predeterminada, la velocidad resultante evitara que el compresor centnfugo entre en condiciones de sobrecarga. La funcion puede ser una funcion gaussiana.

Los medios de deteccion de parametros pueden incluir dos transductores de presion adicionales situados en dos puntos en la envolvente del compresor centnfugo que estan sucesivamente mas cerca de un impulsor del mismo. En tal caso, el programa de control esta programado para calcular una diferencia de presion de la presion medida por los otros dos transductores de presion. El parametro es la diferencia de presion. En tal caso, el programa de control puede programarse de tal forma que durante cada uno de los intervalos de tiempo, se calcula y se almacena un error de diferencia de presion restando el valor mmimo permisible del valor actual de la diferencia de presion. El factor de correccion de velocidad del multiplicador de retroalimentacion se calcula durante cada uno de los intervalos de tiempo mediante un control integral proporcional que comprende anadir un termino proporcional a un termino integral. El termino proporcional se calculo multiplicando un factor de ganancia por una diferencia entre el error de diferencia de presion y un error de diferencia de presion anterior calculado en un intervalo de tiempo anterior y dividiendo la diferencia por el intervalo de tiempo. El termino integral se puede calcular dividiendo el factor de ganancia por un tiempo de restablecimiento integral y multiplicando un cociente resultante del mismo por el error de diferencia de presion.

Breve descripcion de los dibujos

Mientras que la memoria descriptiva concluye con las reivindicaciones que definen la invencion, se cree que la invencion se entendera mejor cuando se tome en relacion con los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama esquematico de un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado para realizar un proceso de acuerdo con la presente invencion;

la Figura 2 es un diagrama ejemplar de la velocidad y la potencia aplicadas a un motor utilizado para accionar un compresor usado en la Figura 1;

la Figura 3 es un diagrama logico de la programacion de control de velocidad utilizada en un controlador empleado en la Figura 1;

la Figura 4 es una curva ejemplar de un mapa de compresor que ilustra la lmea operativa de eficiencia maxima representada graficamente con respecto a la relacion de presion frente al flujo de masa a traves del compresor; la Figura 5 es una curva gaussiana de un multiplicador de velocidad de alimentacion positiva utilizado en la programacion de control del controlador empleado en la Figura 1;

la Figura 6 es un diagrama esquematico de un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado que utiliza compresores de evacuacion y alimentacion dedicados en relacion con lechos adsorbentes para realizar un proceso de acuerdo con la presente invencion;

la Figura 7 es un diagrama ejemplar de la velocidad y la potencia aplicadas a un motor utilizado para accionar el compresor de alimentacion utilizado en la Figura 6; y

la Figura 8 es un diagrama ejemplar de la velocidad y la potencia aplicadas a un motor utilizado para accionar el compresor de evacuacion usado en la Figura 6.

Descripcion detallada

Con referencia a la Figura 1, se ilustra un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1 que esta disenado para producir un producto de oxfgeno. Aunque el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1 es un diseno de lecho unico, se entiende que es para fines de ilustracion y la presente invencion tendra una aplicabilidad igual a la del diseno de lecho multiple utilizando uno o varios compresores disenados para presurizar y evacuar un lecho o lechos adsorbentes. Ademas, la presente invencion es igualmente aplicable al aparato de adsorcion por cambio de presion al vado disenado para producir otros productos tales como dioxido de carbono, nitrogeno, hidrogeno o helio. Como tal, el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1 se muestra y se describe en el presente documento unicamente con fines ejemplares.

El aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1 extrae aire a traves de una entrada 10 que contiene un filtro para filtrar las partfculas. La corriente de alimentacion de aire resultante es extrafda por un compresor 12 que tiene un refrigerador posterior 14 para eliminar el calor de compresion. La corriente de alimentacion comprimida resultante se introduce en un lecho adsorbente 16 que puede contener adsorbentes LiX bien conocidos para producir un producto de oxfgeno que se introduce en un tanque de sobrecarga de oxfgeno 18 del cual se puede extraer una corriente de producto de oxfgeno 20. Se debe tener en cuenta que el compresor 12 es accionado directamente por un motor de iman permanente de velocidad variable 38 en el cual la velocidad es controlada por un variador de frecuencia variable 40 a analizar en el que una senal de velocidad ajustada se genera por un controlador 42, el "PLC", tambien a analizar. A este respecto, como se indico anteriormente, la presente invencion tambien tiene aplicabilidad en motores de induccion de alta velocidad.

El lecho adsorbente 16 se somete a un ciclo de repeticion en la produccion de la corriente de producto de oxfgeno que tiene siete etapas. En una de las primeras etapas, se realiza una etapa de alimentacion con ecualizacion en la que el lecho de adsorcion 16 se presuriza simultaneamente desde la parte inferior con el aire de alimentacion y con el uso del compresor 12 y desde la parte superior con gas de ecualizacion suministrado desde un tanque de recuperacion 22. Para lograr esto, las valvulas 24 y 26 se ajustan en posiciones abiertas, las valvulas 28, 30 y 34 se ajustan en posiciones cerradas y la valvula 36 se ajusta en una posicion parcialmente abierta. Con referencia adicional a la Figura 2, se puede ver que la velocidad del compresor 12 esta disminuyendo debido a la desaceleracion de una etapa final siete que se analizara mas adelante. Cabe senalar que en la Figura 2, el numero de etapa indica el final de una etapa en particular. En cualquier caso, el proposito de tal etapa es permitir que el lecho adsorbente 16 se lleve gradualmente a una presion operativa.

En la conclusion de la Etapa 1, se inicia la Etapa 2, una etapa de alimentacion con presurizacion de producto, cerrando la valvula 36 y abriendo parcialmente la valvula 34. Durante esta etapa, ahora se esta suministrando producto de alta pureza al lecho adsorbente 16 desde el tanque de inyeccion de oxfgeno 18 mientras el lecho adsorbente 16 se presuriza desde la parte inferior con el uso del compresor 12. Como se puede ver mejor en la Figura 2, el lecho adsorbente 16 al final de la etapa 2 se llevo a una presion operativa en cuya adsorcion se inicia en la etapa 3. Durante la etapa 2, la velocidad del compresor comienza a aumentar desde un mmimo a medida que aumenta la presion.

En la etapa 3, una etapa solo de alimentacion, las valvulas 28, 30, 34 y 36 ahora se ajustan en posiciones cerradas mientras que el lecho adsorbente se presuriza aun mas por el compresor 12 para hacer que el nitrogeno se adsorba dentro del lecho adsorbente 16. Durante la etapa 3, la velocidad del compresor se aumenta gradualmente al igual que la presion dentro del lecho adsorbente 16. La etapa 3 va seguida de una etapa de alimentacion y produccion 4 en la que la velocidad del compresor 12 aumenta al igual que la presion dentro del lecho adsorbente 16. Durante la etapa 4, la valvula 34 se abre y el producto de oxfgeno fluye al tanque de sobrecarga de oxfgeno 18.

Despues de la produccion, el lecho adsorbente se regenera en una serie de etapas que comienzan con una etapa 5 que constituye una etapa de ecualizacion. La etapa 5, la etapa de ecualizacion, comienza con el compresor 12 en un estado sin alimentacion y, como tal, la velocidad del compresor 12 comienza a disminuir junto con la presion dentro del lecho adsorbente. El gas de compensacion se ventila desde la parte superior del lecho adsorbente 16 al tanque de recuperacion 22 abriendo parcialmente la valvula 36. Al final de la etapa 5, se inicia la etapa 6, una etapa de evacuacion pura, en la que el lecho adsorbido comienza a evacuarse cerrando la valvula 36 y abriendo las valvulas 28 y 30. El compresor ahora actua como una bomba de vado y elimina el nitrogeno residual del lecho adsorbente 16 y descarga el nitrogeno residual a traves del silenciador de ventilacion 39. En la etapa 7, la evacuacion continua con una purga de oxfgeno abriendo parcialmente la valvula 36. Esto se denomina en el presente documento y en las reivindicaciones como la etapa de evacuacion con purga de producto. Desde la etapa 7, el ciclo continua al comenzar la etapa 1 abriendo las valvulas como se ha descrito anteriormente.

La operacion anterior del sistema de adsorcion por cambio de presion al vacfo es convencional. Sin embargo, como referencia, la siguiente Tabla indica el posicionamiento de las valvulas durante cada una de las etapas 1-7 descritas anteriormente.

Tabla

Aunque no se ilustra, las valvulas seran controladas por un controlador logico programable que se programara para avanzar etapa a etapa sobre la base de la presion y el tiempo. Por ejemplo, las etapas 1 y 2 pueden ser etapas basadas en el tiempo que concluyen tras el transcurso de un intervalo de tiempo. Los periodos de tiempo de la etapa 1 y la etapa 2 se ajustan para lograr las presiones deseadas dentro del lecho adsorbente 16 que llevaran el lecho adsorbente 16 hasta una presion operativa a la que se realizara la adsorcion. Las etapas 3 y 4 pueden basarse en la presion y terminar cuando la presion del lecho esta en un punto de ajuste de la presion de adsorcion que es una presion optima para la adsorcion de nitrogeno del adsorbente. La etapa 5 puede ser tambien de nuevo una etapa de tiempo en la que el intervalo de tiempo se ajusta para lograr una baja presion deseada dentro del lecho adsorbente y enviar una cantidad deseada de gas al tanque de recuperacion 22 para fines de purga y ecualizacion posteriores. La etapa 6 es tfpicamente una etapa basada en la presion en la que se obtiene la presion de desorcion optima, y la etapa 7 es una etapa basada en el tiempo que se ajusta para garantizar una desorcion suficiente para la regeneracion del lecho adsorbente 16.

Aunque la presente invencion se ha descrito hasta ahora con respecto a un proceso de adsorcion por cambio de presion de vacfo de un solo lecho, es igualmente aplicable a un proceso de lecho multiple. Como sabnan los expertos en la tecnica, cuando se realizo un proceso de lecho multiple, en lugar del tanque de recuperacion 22, el gas de ecualizacion se descargar de un lecho adsorbente y se introducira en otro lecho adsorbente. Dado que la produccion sera continua, el tanque de sobrecarga de oxfgeno 18 sera de un volumen mas pequeno que el utilizado con el aparato de lecho unico y el proceso ilustrados.

De acuerdo con la presente invencion, la velocidad del compresor 12 se controla variando la velocidad de un motor de iman permanente 38 mediante un variador de frecuencia variable 40 que responde a una senal de control 43 generada por un controlador 42 que puede ser un controlador logico programable "PLC". Se entiende que el controlador 42 podra incorporarse al controlador que se usa para controlar la secuencia de las valvulas que se muestra en la Tabla anterior o podna ser un controlador separado que responda al controlador de secuencia de las valvulas y, en particular, y para los fines que se analizaran, la etapa exacta que se esta ejecutando por el controlador de secuencia de las valvulas. El variador de frecuencia variable 40 y el motor de iman permanente 38 pueden obtenerse de una diversidad de fabricantes conocidos y estan facilmente disponibles. Debe observarse que la presente invencion es igualmente aplicable a motores de induccion de alta velocidad.

El controlador 42 puede ser un procesador Allen Bradley SLC 5/05 programado con el software RSLogix 500 o equivalente que se puede obtener en Rockwell Automation situada en Milwaukee, Wisconsin, EE. UU. El programa dentro del controlador 42 se ejecuta continuamente durante intervalos de tiempo predeterminados y repetidos. El controlador 42 responde a las senales generadas por los transductores de presion 44, 46 y 48 y, preferiblemente, un transductor de temperatura 50 y se transmite por las conexiones electricas adecuadas 45, 47, 49 y 51, respectivamente. Ademas, se proporciona una entrada de datos 52 que sirve como una entrada al controlador 42 que contiene la etapa actual real durante la cual el ciclo de repeticion se realiza mediante el aparato de adsorcion por cambio de presion al vacfo 1. Estos datos relativos a la etapa actual sirven como entrada al programa de control que de una manera a analizar responde a dichos datos. La entrada de datos 52 se puede obtener del controlador que actua para controlar las valvulas en el ciclo de repeticion que se realiza mediante el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1.

Con referencia a la Figura 3, la logica de control se programa dentro del controlador 42 por medio de un programa de control. Como una primera fase de la programacion, como se ilustra por el bloque logico 53, el motor 38 se inicia junto con un ciclo de repeticion realizado por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1 que se ha descrito anteriormente con respecto al posicionamiento de las valvulas. Al arrancar el motor 38, esta configurado para funcionar a una velocidad minima que constituye el 40 por ciento de una velocidad maxima de diseno. Por encima de esta velocidad, la potencia comienza a aplicarse al motor. El variador de frecuencia variable 40 responde a la senal de control 43 generada por el controlador 42 para controlar que el motor de iman permanente 38 funcione a una velocidad ajustada que evitara la sobrecarga o que cortara la energfa al motor de iman permanente de alta velocidad 38 y, por lo tanto, permitira que el motor de iman permanente 38 y, por lo tanto, el compresor 12, desacelere cuando sea necesario en el ciclo de repeticion.

Despues de la primera etapa 53, el controlador comienza entonces la ejecucion continua durante los intervalos de tiempo de repeticion predeterminados, que son cada uno preferiblemente menor de 1 milisegundo. En la etapa 54, se calcula una diferencia de presion "dP" en la envolvente del compresor 12 en dos puntos o ubicaciones que estan situadas sucesivamente mas cerca del impulsor o en los puntos medidos por los transductores de presion 46 y 48. Esta diferencia de presion, entre la presion medida por los transductores de presion 48 y 46, respectivamente, proporciona un parametro que se refiere al flujo que pasa a traves del compresor 12. A este respecto, el flujo podna medirse directamente con un transductor de flujo. En la siguiente fase logica de ejecucion, designada por el numero de referencia 56, una relacion de presion a traves del compresor se calcula sobre la base de las presiones medidas por el transductor de presion 48 y 44 o, en otras palabras, una relacion entre la presion de salida y de entrada y almacenada. Despues del calculo y almacenamiento de la relacion de presion, la relacion de presion actual se compara con un valor anterior en la etapa 57.

La velocidad optima del compresor 12 se determina a partir de la relacion de presion calculada en el bloque logico 54 que se encuentra a lo largo de la lmea operativa de maxima eficiencia. Esto se determina a partir de los datos de rendimiento del compresor para el compresor particular utilizado. Con referencia a la Figura 4, se presenta un ejemplo de dichos datos. La determinacion exacta de esta velocidad podna ser a partir de una tabla de consulta o una ecuacion polinomica en la que los puntos de la lmea operativa de eficiencia maxima, denominada en la Figura como la "Lmea de mejor eficiencia", se ajustan de acuerdo con tecnicas de ajuste de curva bien conocidas. Se entiende que esta curva variara ligeramente en funcion de la temperatura medida por el transductor de temperatura 50. Como tal, habna datos programados dentro del programa de control que constituyen una familia de dichas curvas. Cuando la temperatura se encuentra en un punto intermedio, la velocidad exacta podna interpolarse entre curvas o multiplicarse por un factor de correccion igual a una relacion de la temperatura medida a la temperatura de diseno de la cual se derivo una curva de operacion. Como alternativa, podna haber una sola curva que se base en la temperatura esperada en la que opera el aparato 1. En tal caso, no habna ningun requisito para una entrada de temperatura del transductor de temperatura 50. Las lmeas que cruzan la lmea operativa de maxima son velocidades espedficas a las que la relacion de presion variara con el caudal a traves del compresor. Como es evidente en el grafico, a cualquier velocidad particular, existe un caudal a traves del compresor 12 en el que se producira una sobrecarga.

Despues de calcular la velocidad optima, se realiza la etapa de ejecucion 60 en la que se determina si el ciclo de adsorcion por cambio de presion al vado se encuentra al inicio de la etapa 1 o la etapa 5, concretamente, al comienzo de la etapa de alimentacion con ecualizacion o etapas de ecualizacion. Esta determinacion se realiza a partir de la entrada de datos 52. Si al comienzo de dichas etapas, la programacion establece una velocidad no operativa, como se indica en la etapa 62, la senal de control 43 sera atribuible a dicha velocidad no operativa. Por ejemplo, esta velocidad podna ser el 40 por ciento de la velocidad maxima de diseno del motor 38. El variador de frecuencia variable 40, a su vez, se programa o se configura de manera que cuando la senal de control 43 es atribuible a la velocidad no operativa, la entrada de energfa al motor 38 se deshabilitara, lo que permitira que el tren de impulsion (rotor del motor e impulsor del compresor) se desacelere libremente o en punto muerto hasta su velocidad minima sin consumir energfa. En este sentido, los variadores de frecuencia variable 40 se configuran tfpicamente para que funcionen sin ninguna modificacion. Dicho esto, es igualmente posible programar el programa de control que se ejecuta dentro del controlador 42 para generar una senal para controlar la fuente de alimentacion al motor de iman permanente 38 para cortar la energfa cuando sea apropiado en el ciclo de repeticion. Con referencia de nuevo a la Figura 4, la "Lmea de desaceleracion tfpica" es la ruta que sigue el compresor cuando el ciclo de repeticion realizado por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1 requiere que la velocidad del compresor se desacelere debido a los requisitos de cafda de la cabeza de presion. Este es el caso en la etapa 1, parte de la etapa 2 y la etapa 5.

Eventualmente, el tren de transmision tendra que activarse durante la etapa 2 o, en otras palabras, la etapa de alimentacion con presurizacion de producto. Comienza con la cafda de la presion. En consecuencia, al inicio de la etapa 2, la senal de control 43 permanece atribuible a la velocidad no operativa. Sin embargo, con referencia de nuevo a la Figura 2, la presion sobre una parte de dicha etapa comienza a aumentar debido a los requisitos del ciclo de repeticion y la aplicacion de potencia al motor de iman permanente 38. Para ejecutar el control apropiado para efectuar la operacion anterior, si la logica en la etapa 60 se responde negativamente, entonces el programa continua con la ejecucion de la prueba indicada en el bloque logico 64 en el que se determina si la etapa del ciclo de repeticion, la "Etapa VPSA" se encuentra en la alimentacion con presurizacion de producto, concretamente, la etapa 2, analizada anteriormente. Nuevamente, esta prueba se realiza sobre la base de la entrada de datos 52. Si esta prueba se responde afirmativamente, la ejecucion del programa de control continua con la ejecucion de otra prueba que se muestra en el bloque logico 66 y la relacion de presion actual "P2/P1", segun lo medido por los transductores de presion 48 y 44, se compara con una relacion de presion predeterminada de "P2/P1 predeterminada" que se ha programado previamente dentro del programa de control. Si la relacion de presion actual es menor que la relacion de presion predeterminada, entonces de nuevo el programa pasa a la fase de ejecucion de la programacion que se muestra en el bloque 62 y se permite que el motor de iman permanente 38 continue desacelerandose. Como se ilustra, cuando se corta la alimentacion al motor 38, el programa de control regresa a la fase de ejecucion 54. Sin embargo, si las pruebas realizadas en la programacion como se establece en los bloques logicos 60 y 64 son negativas o la prueba realizada en el bloque logico 66 es afirmativa, entonces el ciclo de repeticion no esta en las etapas 1 o 5 y es posiblemente en la etapa 2 donde se debe aplicar energfa al motor de iman permanente 38. En tal punto del ciclo de repeticion que se realiza mediante el ciclo de adsorcion por cambio de presion al vado, el compresor esta alimentado y, por lo tanto, existe la posibilidad o la probabilidad de que se produzcan condiciones de sobrecarga en el funcionamiento del compresor 12. Con el fin de evitar el funcionamiento del compresor 12 cuando se pueden encontrar condiciones de sobrecarga, la logica de programacion continua hasta el resto de su ejecucion a partir del bloque logico 68.

En la ejecucion de la programacion como se muestra en el bloque logico 68, la diferencia de presion calculada en el bloque logico 54 "dP de envolvente" se compara con una dP minima. Esta dP minima, que es un valor que se determina experimentalmente como el valor mmimo a lo largo de todo el ciclo en el que el compresor 12 se sobrecargara con un factor de seguridad. Por ejemplo, si el compresor 12 se sobrecarga en cualquier momento durante el ciclo de repeticion realizado por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1 a una dP igual a 2 pulgadas de agua, las 2 pulgadas de agua se multiplican por el 15 por ciento para obtener el mmimo. Una alternativa a esto es determinar la dP en la etapa 58 junto con el calculo de la velocidad optima del mapa del compresor del compresor, como se muestra como un ejemplo en la Figura 4 a analizar.

La ejecucion del bloque logico 68 es una etapa cntico porque si el caudal a traves del compresor es menor que un irnnimo, entonces existe el peligro de que el compresor 12 entre en sobrecarga. Sin embargo, si la diferencia de presion actual calculada dP obtenida en el bloque logico 54 es mayor o igual al mmimo, existe una menor probabilidad de que el compresor entre en sobrecarga. Sin embargo, en los casos en que la diferencia de presion calculada del bloque logico 54 no es menor que el mmimo, como se indica en la etapa 70, se calcula un multiplicador de velocidad de retroalimentacion dividiendo el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion, "(SM^fb") que se ha determinado en una ejecucion anterior del programa de control, por una constante de proporcionalidad. La constante de proporcionalidad se ajusta igual a un valor mayor de 1,0, por ejemplo, 1,04, cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es mayor o igual de 1,0. El valor exacto de dicha constante de proporcionalidad se determina a traves de la experimentacion y se puede considerar como un factor de ajuste. Sin embargo, cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es menor de 1,0, la constante de proporcionalidad simplemente se establece en 1,0. Cuando un multiplicador de retroalimentacion de este tipo se multiplica por la velocidad optima calculada en la fase de ejecucion ilustrada por el bloque logico 58, el efecto de esto sera disminuir ligeramente la velocidad mediante el uso de la constante de proporcionalidad o disminuir aun mas la velocidad por el factor del ultimo multiplicador de retroalimentacion almacenado cuando dicho ultimo multiplicador de retroalimentacion almacenado es menor de 1,0. Sin embargo, si la diferencia de presion medida en la etapa 54 es menor que la diferencia de presion minima, entonces, como se indica en el bloque logico 72, se calculara un nuevo multiplicador de retroalimentacion que tendra el efecto de aumentar la velocidad. El calculo contemplado en el bloque logico 72 es anadir a un ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion, un factor de correccion de velocidad. Si bien este factor de correccion de velocidad podna ser una constante, preferiblemente, el factor de correccion de velocidad contiene terminos proporcionales e integrales. Durante cada ejecucion del programa, se calcula y se almacena un error de diferencia de presion restando el valor irnnimo permisible del valor actual de la diferencia de presion calculada en el bloque logico 54. El termino proporcional se calcula multiplicando un factor de ganancia por una diferencia entre error de diferencia de presion y un error de diferencia de presion anterior calculado en un intervalo de tiempo anterior o una ejecucion anterior del programa de control y dividiendo la diferencia por el intervalo de tiempo. Este error de diferencia de presion anterior se obtiene a partir del valor almacenado lefdo en el bloque logico 54 antes del calculo y almacenamiento del error de diferencia de presion actual. El termino integral se calcula dividiendo el factor de ganancia por un tiempo de restablecimiento integral y multiplicando un cociente resultante del mismo por el error de diferencia de presion actual.

Lo anterior puede ilustrarse mediante la siguiente ecuacion:

donde: SMFBⁱ= Multiplicador de velocidad de retroalimentacion; SMFBn = El valor almacenado anterior del Multiplicador de velocidad de retroalimentacion, K^ces la ganancia; £ⁱes el error de diferencia de presion; ^{e m}es el ultimo valor almacenado del error de diferencia de presion; n es el tiempo de restablecimiento integral y t es el intervalo de tiempo de ejecucion del programa de control. Por lo tanto, aqu se ejerce un control proporcional - integral de la velocidad y la "ganancia" y el "tiempo de restablecimiento integral" son factores de ajuste conocidos que se determinaran experimentalmente de una manera conocida en la tecnica.

La ejecucion del programa avanza a continuacion a una etapa 74 en la que el programa prueba donde esta la etapa actual del ciclo de repeticion realizado por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado 1 mencionado anteriormente en una etapa de evacuacion o evacuacion con purga, o en otra palabras, si esta en las etapas 6 o 7 que implican la etapa de evacuacion o evacuacion con una purga de producto. Si el proceso de adsorcion por cambio de presion al vacfo no esta en ninguna de estas etapas, el multiplicador de velocidad de alimentacion positiva se ajusta en 1,0 como se indica en el bloque logico del programa designado por el numero de referencia 76 y se calcula un multiplicador de velocidad total en la etapa 78 multiplicando el multiplicador de velocidad de retroalimentacion determinado en las etapas 70 y 72 por 1,0. En otras palabras, en tal caso, el multiplicador de velocidad total es igual al multiplicador de velocidad de retroalimentacion.

En caso de que la prueba que se realiza en el bloque logico 74 sea afirmativa, entonces se calcula un multiplicador de velocidad de alimentacion positiva en la etapa 80 que evitara la sobrecarga durante las etapas de evacuacion o evacuacion con purga y, en particular, en un punto durante el ciclo de adsorcion por cambio de presion al vacfo que se encuentra cerca o en una transicion entre estas dos etapas. Aunque no se entiende bien por los inventores en el presente documento, se ha encontrado en la practica que existe un peligro particular de que el compresor 12 entre en sobrecarga en ese punto de funcionamiento. En cualquier caso, con referencia a la Figura 5, dependiendo del valor de la relacion de presion actual calculado en la etapa 56, se determinara un multiplicador de alimentacion positiva que depende de dicha relacion de presion que evitara la sobrecarga. Cuando este multiplicador de alimentacion positiva se multiplica por el multiplicador de velocidad de retroalimentacion, el efecto sera aumentar el multiplicador de velocidad total calculado en la etapa 76 sobre el que se obtendra del multiplicador de velocidad de retroalimentacion en solitario.

Despues de calcular el multiplicador de velocidad total en la etapa 78, se calcula una velocidad optima ajustada en el bloque logico 82 multiplicando la velocidad optima calculada en la etapa 58 por el multiplicador de velocidad total ("SM^r") para obtener una velocidad ajustada. Esta velocidad ajustada se usa entonces para ajustar la velocidad en el variador de frecuencia variable 40 como se muestra en la etapa 84. A este respecto, el controlador 42, en respuesta al valor de la velocidad ajustada determinada por el programa de control, genera la senal de control 43 que es atribuible a tal velocidad ajustada. Esta senal de control 43 servira entonces como una entrada que revisara la velocidad ajustada en el variador de frecuencia variable 40. Otra posibilidad sena que el variador de frecuencia variable se programe para leer el resultado de la velocidad ajustada que genera el controlador 42. En este caso, la programacion avanza a la siguiente ejecucion de la misma despues de transcurrido el tiempo de ejecucion que vuelve a producirse al volver a la etapa de ejecucion 54.

Con referencia de nuevo a la Figura 2, la estrategia detras del control de velocidad de la presente invencion es basicamente obtener una velocidad basada en la relacion de presion que en la mayona de los casos operara el compresor 12 en su lmea operativa de eficiencia maxima que se muestra en la Figura 3. Espedficamente, al final de la septima etapa en el proceso de adsorcion por cambio de presion al vado, la relacion de presion desarrollada a traves del compresor 12 sera, en la realizacion descrita en el presente documento, aproximadamente 2. El lecho adsorbente, sin embargo, estara a una presion negativa. A medida que el gas de ecualizacion fluye al lecho de adsorcion 16 desde el tanque de ecualizacion 22, la presion del lecho aumenta rapidamente desde la etapa 7 en la que el lecho ha sido evacuado para eliminar el nitrogeno y concluir la regeneracion del adsorbente. Sin embargo, en lo que respecta a la relacion de presion a traves del compresor 12, durante al menos una parte del aumento de presion, se eliminara la potencia del motor de iman permanente 38 y, como se muestra, en la Figura 2, ahora se aplica energfa para la parte de la etapa y la velocidad del compresor 12 se esta desacelerando. Durante la etapa 2, la presurizacion continua con el gas producido y se alcanza un punto en el que la relacion de presion detectada por los transductores de presion 48 y 44 aumenta debido al aumento de la presion del lecho, de modo que la velocidad del compresor 16 debe aumentarse para mantener el funcionamiento a lo largo de la lmea operativa de maxima eficiencia como se muestra en la Figura 3. Durante cualquiera de estas etapas, si el compresor 12 no acelera lo suficientemente rapido, el caudal a traves del compresor detectado por los transductores de presion 46 y 44 puede no ser suficiente para evitar la sobrecarga. En tal caso, esta sena una situacion en la que una respuesta afirmativa para la prueba en el bloque de ejecucion del programa 68 sena afirmativa y se calculana un multiplicador de retroalimentacion que necesariamente aumentana la velocidad del compresor para evitar la sobrecarga. A medida que se realizan las etapas 3 y 4, la relacion de presion a traves del compresor aumenta debido al aumento en la presion del lecho. Por lo tanto, el compresor se acelera para obtener el aumento a lo largo de la lmea operativa de maxima eficiencia. En ese momento, es poco probable que el compresor este en un flujo de masa en cualquier lugar cerca de una condicion en la que se produzca una sobrecarga; y la consulta en el bloque 68 sena respondida negativamente. Esto dana como resultado una reduccion de la velocidad del compresor hacia la lmea operativa de maxima eficiencia, ya sea reduciendo aun mas el multiplicador de velocidad de retroalimentacion con la proporcionalidad constante si el ultimo valor fuera 1,0 o mayor, o reduciendo aun mas la velocidad con el ultimo valor del multiplicador de velocidad de retroalimentacion.

Despues de la conclusion de la etapa 4, el lecho adsorbente 16 necesita regenerarse. En este punto, se permite que el gas escape del lecho adsorbente 16 al tanque de ecualizacion 22. La relacion de presion cae rapidamente y, preferiblemente, como se ha descrito anteriormente, el variador de frecuencia variable 40 reacciona a la senal de control 43 atribuible a la velocidad no operativa producida en el bloque logico 62 y deja de aplicar energfa al motor de iman permanente 38. Dado que el motor esta descargado, es improbable que ocurra una sobrecarga. Sin embargo, al comienzo de la sexta etapa, el compresor 12 actua como una bomba de vado y, a medida que la presion disminuye dentro del lecho adsorbente 16, la relacion de presion comienza a aumentar. Si el flujo de masa a traves del compresor no es suficiente, podna producirse una sobrecarga. Sin embargo, ahora se calcula un multiplicador de velocidad de alimentacion positiva agresivo con la ayuda de la Figura 5. A medida que la relacion de presion aumenta a traves del compresor segun se mide por los transductores de presion 48 y 44, el multiplicador de velocidad de alimentacion positiva aumenta hasta un valor maximo en una relacion de presion de aproximadamente 1,7. Esta relacion de presion se determina experimentalmente como la relacion de presion a la que es probable que se produzca la sobrecarga y el multiplicador de velocidad de alimentacion positiva se selecciona para que sea ese valor que aumentara lo suficiente la velocidad del compresor para evitar la sobrecarga. A medida que la relacion de presion aumenta aun mas debido a la evacuacion del lecho adsorbente 16, la relacion de presion aumenta aun mas. Sin embargo, el multiplicador de velocidad de alimentacion positiva disminuye. La razon de esto es que la combinacion de motor y compresor no reaccionara inmediatamente debido a la resistencia aerodinamica y los efectos de la inercia. En consecuencia, a medida que aumenta la relacion de presion, la velocidad del compresor aumenta gradualmente y, despues del pico, la velocidad disminuye gradualmente para permitir que el compresor se desacelere y regrese a la eficiencia maxima, de modo que la siguiente etapa 1 pueda tener lugar a potencia a la que se retira el motor de iman permanente.

Con referencia espedfica a la Figura 5, preferiblemente la respuesta del multiplicador de velocidad de alimentacion positiva se obtiene con una funcion Gaussiana en la que el multiplicador de velocidad de alimentacion positiva viene dado por la ecuacion:

INICIO Amplitud^[F/pro^{pagaci° n]};

donde F = (P²/P¹-Centro)². "Inicio" desplazara la curva mostrada en la Figura 4 hacia arriba o hacia abajo, "Amplitud" movera el pico hacia arriba o hacia abajo. "Centro" cambiara la relacion de presion donde se produce el pico y "Propagacion" controla la velocidad a la que la curva se distribuye desde el centro. Por lo tanto, la propia curva podna programarse dentro del programa de control o los puntos de datos dentro de una tabla de consulta tambien podnan programarse. Dicho esto, en lugar de la curva gaussiana ilustrada, la curva podna ser triangular. Menos preferido, pero posible, sena utilizar el pico de la curva para el multiplicador de velocidad de alimentacion positiva. Asimismo, sena posible utilizar un factor de aumento fijo para el multiplicador de velocidad de retroalimentacion, de modo que la velocidad del compresor aumentana si el caudal a traves del compresor descendiera por debajo de un punto permisible y se redujera en un factor fijo si el caudal permaneciera por encima del punto permisible. La razon por la que ninguno de estos se prefiere es que un mayor porcentaje de funcionamiento del compresor estara fuera de la lmea operativa de eficiencia maxima y, por lo tanto, el aparato 1 consumira mas energfa.

Como se ha mencionado anteriormente, la programacion del variador de frecuencia variable 40 para eliminar la energfa a velocidades muy bajas tambien es opcional, pero como podna apreciarse, tal operacion tambien ahorra energfa. Dicho todo lo anterior, es posible realizar una realizacion de la presente invencion en la que la potencia nunca se elimina del motor 38. En otras palabras, una realizacion sin las etapas de ejecucion 60, 62, 64 y 66. Sin embargo, si la potencia para el motor no se desactivara, entonces el variador de frecuencia variable 40 intentara reducir la velocidad a lo largo de una ruta preprogramada introduciendo potencia al motor 38, consumiendo de este modo mas potencia. Sin embargo, como mmimo, la presente invencion contempla la logica de programacion del tipo que se muestra en los bloques logicos posteriores 68 - 84, donde el compresor 12 tiene al menos probabilidades de encontrar condiciones operativas de sobrecarga, concretamente, en el presente ciclo, parte de la etapa 2 donde la relacion de presion a traves del compresor 12 aumenta y, por lo tanto, se debe aplicar potencia al motor de iman permanente 38, etapas 3-4 y etapas 6 y 7.

Aunque la presente invencion se ha analizado con referencia a un ciclo de adsorcion por cambio de presion al vado en el que se usa un solo lecho y un solo compresor centnfugo actua tanto en la funcion de compresion de alimentacion como de evacuacion, la aplicacion de la presente invencion no esta limitada a tal realizacion. Con referencia a la Figura 6, se ilustra un aparato 2 para realizar un ciclo de adsorcion por cambio de presion al vado en el que dos lechos adsorbentes 101 y 102 se someten a un ciclo de adsorcion por cambio de presion al vado de doce etapas en el que un compresor de alimentacion 104 alimenta alternativamente aire comprimido a los dos lechos adsorbentes 101 y 102 y un compresor de evacuacion 106 evacua alternativamente los lechos adsorbentes 101 y 102 de los gases durante dicho ciclo. Los compresores de alimentacion y evacuacion 104 y 106 son accionados por motores de velocidad variable 108 y 110, respectivamente, que son controlados por variadores de velocidad variable 112 y 114. Los motores de velocidad variable 108 y 110 podnan ser motores de iman permanente o motores de induccion. Los variadores de velocidad variable 112 y 114 controlan la velocidad de los motores y responden a las senales de velocidad ajustadas generadas por un controlador 116. El controlador 116 genera las senales de velocidad ajustadas y, a su vez, responde a las senales generadas por los transductores de presion P1, P2 y PS, designados por los numeros de referencia 118, 120 y 122 en relacion con el compresor de alimentacion 104 y los transductores de presion P'1, P'2 y P'S, designados por los numeros de referencia 124, 126 y 128 en relacion con el compresor de evacuacion 106. Las conexiones electricas entre los transductores de presion anteriores y el controlador 116 no se han mostrado con el proposito de simplificar la explicacion del ciclo de adsorcion por cambio de presion al vado empleado en relacion con el aparato 2. A este respecto, el controlador 116 tambien responde a una senal 129 que indica al controlador 116 la etapa del ciclo de adsorcion por cambio de presion al vado. Se produce una corriente de producto de oxfgeno 20' como resultado de dicho ciclo. Todos los elementos anteriores tienen una descripcion similar a los elementos nombrados de forma similar analizados con respecto al aparato 1. Sin embargo, la programacion del controlador 116, como se analizara, se modifica para reflejar la separacion de los deberes de alimentacion y evacuacion de los compresores de alimentacion y evacuacion 104 y 106.

El ciclo de adsorcion por cambio de presion al vado empleado en el aparato 2 es uno que se divulga en la Patente de Estados Unidos N.° 6.010.555 e incluye operaciones en las que el lecho de adsorcion 101 esta en lmea y produciendo el producto, y el lecho de adsorcion 102 esta fuera de lmea y esta siendo regenerado. Posteriormente en el ciclo, el lecho de adsorcion 101 se pone fuera de lmea y se regenera mientras el lecho de adsorcion esta en lmea y produciendo el producto. Debe observarse ademas que, a menos que se indique otra cosa, las valvulas que se muestran en la Figura 6 se colocan en posiciones normalmente cerradas.

La siguiente es una Tabla que indica las posiciones de las valvulas durante cada una de las etapas del ciclo donde "O" indica una valvula abierta, "C", una valvula cerrada y "P", una valvula parcialmente abierta.

Tabla

Pasando primero a las etapas de alimentacion que implican la represurizacion del lecho adsorbente 101, el lecho adsorbente 101, en una primera etapa, se somete a una alimentacion con la etapa de ecualizacion ("FD, EU") en la que el aire filtrado se introduce a traves de la entrada 118 y se comprime por el compresor de alimentacion 104 para presurizar el lecho de adsorcion 101 desde la parte inferior con aire de alimentacion. Simultaneamente, el gas de ecualizacion se suministra desde el lecho de adsorcion de despresurizacion 102. Para tales propositos, las valvulas 130 y 132 se colocan en posiciones abiertas y la valvula 134 se coloca en una posicion parcialmente abierta. En la etapa 2, una etapa de alimentacion con presurizacion de producto ("FD, PP"), la valvula 134 esta cerrada y la valvula 136 se ajusta en una posicion de apertura parcial para permitir que se suministre un producto de alta pureza desde el tanque de sobrecarga de oxfgeno 138. En una etapa posterior 3, el lecho adsorbente 101 continua siendo represurizado desde la parte inferior con aire de alimentacion comprimido en una etapa de alimentacion de presion elevada ("FD"). En este punto, la valvula 130 permanece abierta. Volviendo a la Figura 7, se puede ver que en la etapa 1, la velocidad del compresor de alimentacion 104 esta disminuyendo debido a la desaceleracion de una etapa final. En la etapa 2, la velocidad primero disminuye y luego aumenta a la presion del lecho adsorbente 101 que se lleva a la presion operativa y en la etapa 3, la velocidad aumenta a medida que el lecho adsorbente 101 se presuriza aun mas. Durante las etapas 4 y 5, el producto se fabrica y se entrega al tanque de sobrecarga de oxfgeno 138. En la etapa 4, una etapa de alimentacion de presion constante con fabricacion de producto ("FD, AD"), las valvulas 130, 132 y 136 estan todas en la posicion abierta. En la etapa 5, una etapa combinada de fabricacion y purga de producto ("FD, AD, PPG"), la valvula 134 se ajusta adicionalmente en una posicion abierta para permitir que el recipiente adsorbente 102 se purgue desde la parte superior con el producto. En la etapa 6, una etapa de ecualizacion ("ED"), la potencia del compresor de alimentacion 104 se elimina y, como se muestra en la Figura 7, el compresor 104, por lo tanto, desacelera. En este punto, las valvulas 130 y 136 se colocan en posicion cerrada y la valvula 134 se coloca en una posicion abierta para permitir que el gas del producto acumulado fluya al lecho adsorbente 102.

Se debe senalar que, como se ilustra en la Figura 7, el lecho adsorbente 102 se somete posteriormente a las etapas de alimentacion 7-12 que tienen una correspondencia una a una con las etapas 1-6 para el lecho adsorbente 101. Ademas, durante las etapas 1-6, el lecho adsorbente 102 se esta regenerando y, por lo tanto, esta sometido a las etapas de evacuacion 1-6 que se muestran en la Figura 8 que tiene la misma descripcion que las etapas de evacuacion 7-12 que se analizaran directamente a continuacion. Ademas, con el proposito de controlar el compresor de alimentacion 130, donde dicho compresor es un compresor centnfugo, muchas de las mismas consideraciones se aplican a la teona de control de dicho compresor de alimentacion 130 como las analizadas con respecto al compresor 12 y al aparato 1. Es importante destacar que, si la Figura 7 se compara con la Figura 2, se puede ver que las etapas 1 y 7 para el aparato 2 son similares a la etapa 1 para el aparato 1 y las etapas 6 y 12 para el aparato 2 son similares a la etapa 5 del aparato 1. En todas estas etapas, la potencia es no se aplica a los compresores, concretamente, el compresor de alimentacion 104 del aparato 2 o el compresor 12 del aparato 1. Ademas, las etapas 2 y 8, la alimentacion de presion ascendente con las etapas de presurizacion de producto superpuestas, la velocidad del compresor 104 primero cae y luego aumenta. Estas etapas son similares a la etapa 2 del aparato 1 con respecto al compresor 12. Dicho de otra manera, el control del compresor de alimentacion 104, donde dicho compresor es un compresor centnfugo, tal compresor en las etapas 1 y 7, 6 y 12, y 2 y 8, se controlana de la misma manera que el compresor 12 en relacion con las etapas 1, 5 y 2, respectivamente. Dado que el compresor 104 no sirve como un compresor de evacuacion, las etapas de evacuacion utilizadas para controlar el compresor 12 no senan aplicables al control del compresor 104.

El lecho adsorbente 101 se regenera luego con una etapa de evacuacion de presion descendente y ecualizacion ("ED, EV") en la etapa 7. Durante esta etapa, una valvula 140 se coloca en una posicion abierta para permitir la eliminacion del nitrogeno residual del lecho adsorbente 101 por accion del compresor de evacuacion 106. Ademas, la valvula 132 se coloca en una posicion parcialmente abierta y la valvula 134 se coloca en la posicion completamente abierta para tales fines. Una valvula 142 se coloca en una posicion abierta para permitir que el lecho adsorbente 102 se alimente con aire comprimido desde el compresor de alimentacion 104. Durante las etapas de evacuacion pura 8, 9 y 10, la valvula 132 se reajusta en la posicion cerrada y el nitrogeno residual sigue eliminandose de la parte inferior del lecho adsorbente 101 por medio del compresor de evacuacion 106. Todas estas son etapas de evacuacion pura ("EV") donde la presion dentro del lecho adsorbente cae. En la etapa posterior 11, el lecho adsorbente 101 de una etapa de evacuacion de presion constante con purga de producto ("EV, PG") sigue evacuandose por el compresor de evacuacion 106 mientras se alimenta desde la parte superior con un gas de purga de oxfgeno mediante el ajuste de la valvula 132 en una posicion parcialmente abierta. Posteriormente, se realiza la etapa 12, que es una etapa de ecualizacion de presion ascendente ("EV, EU"). Durante esta etapa final, el lecho adsorbente 101 continua siendo evacuado por el compresor de evacuacion 106, mientras que la valvula 132 ahora se encuentra en una posicion completamente abierta. La valvula 146 se coloca en una posicion abierta para permitir que la presion aguas arriba producida por el compresor de alimentacion 104 se ventile. La presion aumenta debido a que el flujo del gas de ecualizacion es mayor que y a una presion mas alta que la del gas que se extrae con el compresor de evacuacion 106. Con referencia adicional a la Figura 8, se puede ver durante las etapas 7 a 10, que la velocidad del compresor de evacuacion 106 aumenta. Durante la etapa 11, la velocidad es constante y durante la etapa 12, la velocidad desciende cuando el compresor de evacuacion 106 se desactiva. Posteriormente, el lecho adsorbente se somete a la etapa 1 y el ciclo se repite. Como se ha mencionado previamente, el lecho adsorbente 102 se somete a las mismas etapas de alimentacion y evacuacion con el uso del compresor de alimentacion 104 y el compresor de evacuacion 106. Durante las etapas de evacuacion 7-12, el lecho adsorbente 102 se somete a las etapas de compresion de alimentacion mencionadas anteriormente para el lecho adsorbente 101. Durante dichas etapas, las posiciones de las valvulas son las indicadas en la Tabla anterior.

De nuevo, si se compara la Figura 8 con la Figura 2, se puede ver que ciertas estrategias de control senan comunes con respecto al compresor de evacuacion 106 y el compresor 12. A este respecto, las etapas 6 y 12 son etapas de ecualizacion de presion ascendente en las que el compresor de evacuacion 106 no esta alimentado. Durante dichas etapas, el compresor de evacuacion 106 se controlana de la misma manera que el compresor 12 en las etapas 1 y 5 analizadas anteriormente y mostradas en la Figura 2. Las etapas 1 y 7 se muestran en la Figura 8, donde el compresor de evacuacion 106 comienza en un estado sin alimentacion y luego se alimenta posteriormente cuando la relacion de presion a traves del compresor de evacuacion 106, "P'2/P'1" medida por los transductores de presion 126 y 124, respectivamente, alcance un nivel predeterminado, y se controlara de manera similar a la empleada para el compresor 12 en la etapa 2 que se muestra en la Figura 2. Las etapas 2, 3, 4; y 8, 9, 10, para el compresor de evacuacion 106 que esta en etapas de evacuacion de presion descendente, se controlanan de manera similar a la etapa de evacuacion 6 para el compresor 12 como se muestra y se describe con respecto a la Figura 2. Por ultimo, la evacuacion de presion constante con las etapas de purga de producto 5 y 11 para el compresor de evacuacion 106 requerina el mismo tipo de estrategia de control que la empleada para el compresor 12, la etapa 7 mostrada y descrita en referencia a la Figura 2.

Con referencia espedfica de nuevo a la Figura 6, aunque se contempla que tanto el compresor de alimentacion 104 como el compresor de evacuacion 106 sean compresores centnfugos que estan sometidos a sobrecarga, es posible que el compresor de alimentacion 104 este formado por un soplador de tipo roots. Las caractensticas de aceleracion y desaceleracion de tal compresor senan muy diferentes de las de un compresor centnfugo y tal compresor no estana sometido a sobrecargas. En tal caso, el compresor de alimentacion 104 no requerina el control de evitar sobrecargas que se requerina para un compresor centnfugo. Sin embargo, el compresor de evacuacion 106 sera, en cualquier caso, un compresor centnfugo y, por lo tanto, estara sometido a sobrecargas. A este respecto, la estrategia de control mostrada para el control del compresor de evacuacion 106 sena en muchos aspectos identica a la que se muestra en la Figura 3 con ciertos cambios relacionados con las etapas reales empleadas en el aparato que se muestra en la Figura 6. Por ejemplo, el calculo y el almacenamiento de la dP de envolvente expuesta en el bloque logico 54 implicana tomar una relacion de presion de P'S/P'1 medida por los transductores de presion 128 y 124. Ademas, la relacion de presion calculada y almacenada en el bloque logico 56 para su uso, el algoritmo de control sena la relacion de presion de P'2/P'1 medida por los transductores de presion 126 y 124. La prueba que se muestra en el bloque logico 60, Figura 3, se modificana como una prueba para determinar si la etapa es una ecualizacion de presion ascendente empleada en las etapas 6 o 12. En cualquiera de las etapas 6 o 12, la velocidad establecida en el compresor de evacuacion 106 es una velocidad no operativa. Como se ha analizado anteriormente, este sena el caso ya sea en la etapa de alimentacion con ecualizacion o en las etapas de ecualizacion 1 y 5 que se muestran en la Figura 2 y se emplean en el aparato 1. Adicionalmente, el bloque logico 64 se modificara para ser una prueba de la evacuacion de presion descendente con ecualizacion de superposicion, o las etapas 1 y 7 mostradas en la Figura 7. En dichas etapas, la velocidad del compresor disminuye y luego aumenta de manera analoga a la etapa 2, la etapa de alimentacion con presurizacion de producto, que se muestra en la Figura 2. La relacion P2/P1 utilizada en 66 sena, por supuesto, la relacion P'2/P'1 analizada anteriormente y la dP de envolvente en 68 se basana en P'S/P'1, como se ha analizado anteriormente. Los multiplicadores de velocidad de retroalimentacion se calculanan de la misma manera y por las mismas razones que se describieron anteriormente en relacion con el aparato 1. Por ultimo, el bloque logico 74 se modificara para probar las etapas de evacuacion pura o evacuacion con purga de producto o, en otras palabras, las etapas 2, 3, 4 y 5 o las etapas 8, 9, 10 y 11. En ambos casos, el multiplicador de velocidad de alimentacion positiva debera calcularse por razones similares a las expuestas en el ciclo que se muestra en la Figura 2 y de la misma manera.

Cuando el compresor de alimentacion 104 es un compresor centnfugo, tambien sera controlado de la misma manera que el compresor 12. Sin embargo, el compresor de alimentacion 104, a diferencia del compresor 12, nunca sirve como un compresor de evacuacion. Como tales, las etapas logicas senaladas por los numeros de referencia 74, 76, 78 y 80 en la Figura 3 pueden ser prescindibles ya que nunca se utilizara un multiplicador de velocidad de alimentacion positiva. Ademas, el calculo y almacenamiento de la dP de envolvente que se muestra en el bloque logico 54 se calculana tomando una relacion de PS/P1 medida por los transductores de presion 122 y 118. La relacion de presion P2/P1 calculada y almacenada a 56 se medina por presion transductores 120 y 118. Como se ha mencionado anteriormente con respecto a las etapas 1, 7; y 6, 12, mostradas en la Figura 7, el compresor de alimentacion 104 esta en un estado sin alimentacion. Como tal, el bloque logico 60 se reemplazana con una prueba para tales etapas o si la etapa espedfica era una etapa de ecualizacion de presion descendente o una alimentacion de presion ascendente con una etapa de ecualizacion de superposicion. Las etapas 2 y 8 se muestran en la Figura 7 en relacion con la etapa alimentacion de presion ascendente con presion de producto de superposicion son similares a la etapa 2 de la Figura 2, la etapa de alimentacion con presurizacion de producto del Aparato 1. Como tal, el bloque logico 64 se reemplazana por una prueba de si la etapa era una etapa de alimentacion de presion ascendente con presion de producto de superposicion. Dado que un multiplicador de alimentacion positiva no tendra que calcularse nunca, la velocidad optima que se establecera en el variador de frecuencia variable 112 sera la velocidad optima multiplicada por el multiplicador de velocidad de retroalimentacion calculada de la misma manera y con el mismo razonamiento que al calcularse para el compresor 12 del aparato 1 en el ciclo analizado anteriormente.

Aunque la presente invencion se ha descrito con referencia a una forma de realizacion preferida, como ocurrira con los expertos en la tecnica, pueden realizarse numerosos cambios, adiciones y omisiones dentro del alcance de la invencion que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para controlar la velocidad de un compresor centnfugo dentro de un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado, comprendiendo dicho procedimiento:

medir y calcular un parametro que puede referirse a un caudal de gas que ingresa a un compresor centnfugo el compresor centnfugo accionado directamente por un motor electrico que tiene una velocidad controlada por un variador de frecuencia variable;

medir y calcular una relacion de presion de salida a presion de entrada del compresor centnfugo;

determinar una velocidad optima del compresor centnfugo basandose en la relacion de presion y que se encuentra a lo largo de la lmea operativa de eficiencia maxima del compresor centnfugo;

determinar un valor mmimo permisible del parametro en el que es probable que tengan lugar condiciones de sobrecarga a la velocidad optima;

determinar un multiplicador de retroalimentacion que cuando se multiplica por la velocidad optima aumentara la velocidad cuando el parametro sea menor que el valor mmimo permisible o reducira la velocidad cuando el parametro sea mayor o igual al valor mmimo permisible;

durante las etapas de un ciclo de repeticion conducido por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado donde el compresor centnfugo tiene al menos probabilidades de encontrar condiciones de sobrecarga, que no sean una etapa de evacuacion pura y una etapa de evacuacion con purga de producto de la misma, estableciendo un multiplicador de velocidad total igual al multiplicador de retroalimentacion;

durante la etapa de evacuacion pura y la etapa de evacuacion con purga de producto, calcular el multiplicador de velocidad total multiplicando el multiplicador de retroalimentacion por un multiplicador de alimentacion positiva que aumentara la velocidad durante la etapa de evacuacion pura y la etapa de evacuacion con etapa de purga de producto de manera que no es probable que el compresor centnfugo entre en las condiciones de sobrecarga;

calcular una velocidad ajustada multiplicando la velocidad optima por el multiplicador de velocidad total; y, al menos durante una cierta parte del ciclo VPSA de repeticion,

generar una senal de control que puede referirse al menos a la velocidad ajustada e introducir la senal de control en el variador de frecuencia variable de modo que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor centnfugo, funcione a la velocidad ajustada.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, donde:

el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado utiliza un solo compresor para alimentar gas comprimido a un lecho adsorbente y para evacuar los gases del lecho adsorbente;

el ciclo de repeticion incluye una etapa de alimentacion con ecualizacion posterior a la etapa de evacuacion con purga de producto, una etapa de alimentacion con represurizacion de producto despues de la etapa de alimentacion con ecualizacion y una etapa de ecualizacion antes de la etapa de evacuacion pura; y

durante la etapa de alimentacion con ecualizacion, la etapa de ecualizacion y el inicio de la etapa de alimentacion con represurizacion de producto, la senal de control puede hacer referencia a una velocidad no operativa, de modo que cuando la senal de control se ingresa en el variador de frecuencia variable, no se aplica energfa electrica al motor electrico; y

cuando se obtiene una relacion de presion predeterminada durante la etapa de alimentacion con represurizacion de producto, la senal de control se puede referir de nuevo a la velocidad ajustada de modo que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor funcione a la velocidad ajustada.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, donde:

el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado utiliza un compresor de alimentacion para alimentar gas comprimido a los lechos de adsorcion del aparato de adsorcion por cambio de presion al vado y un compresor de evacuacion para evacuar gases de los lechos de adsorcion, donde dicho

compresor de evacuacion es un compresor centnfugo al que se aplica el procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1; y

donde el ciclo de repeticion incluye una etapa de ecualizacion de presion descendente y una etapa de ecualizacion de presion ascendente posterior a la etapa de evacuacion con purga de producto;

durante la etapa de ecualizacion de presion descendente y la etapa de ecualizacion de presion ascendente, la senal de control puede referirse a una velocidad no operativa, de manera que no se aplica potencia electrica al motor electrico que acciona el compresor de evacuacion; y

cuando se obtiene una relacion de presion predeterminada durante la etapa de ecualizacion de presion descendente, la senal de control puede referirse de nuevo a la velocidad ajustada, de manera que el compresor de evacuacion funcione a la velocidad ajustada.

4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde: cada vez que se determina el multiplicador de retroalimentacion, se almacena el multiplicador de retroalimentacion; cuando el parametro es menor que el valor mmimo permisible, el multiplicador de retroalimentacion se determina anadiendo a un ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion un factor de correccion de velocidad; y

cuando el parametro es mayor o igual que el valor mmimo permisible, el multiplicador de velocidad de retroalimentacion se calcula dividiendo el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion por una constante de proporcionalidad, la constante de proporcionalidad se establece igual a un valor mayor de 1,0 cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es mayor o igual a 1,0 o 1,0 cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es menor de 1,0.

5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde:

el multiplicador de alimentacion positiva es una funcion de la relacion de presion;

teniendo la funcion un valor maximo del multiplicador de alimentacion positiva a una relacion de presion predeterminada a la cual o directamente antes de la cual las condiciones de sobrecarga tienen probabilidad de ocurrir durante una transicion entre la etapa de evacuacion y la etapa de purga y valores decrecientes del multiplicador de alimentacion positiva a las relaciones de presion superiores o inferiores a la relacion de presion predeterminada; y el valor maximo tiene una magnitud preseleccionada de modo que cuando el valor maximo se multiplica por la velocidad optima a la relacion de presion predeterminada, la velocidad resultante evitara que se produzcan condiciones de sobrecarga.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4, donde:

el parametro es una diferencia de presion medida en dos puntos en la envolvente del compresor centnfugo que estan sucesivamente mas cerca de un impulsor del mismo;

durante cada uno de los intervalos de tiempo, se calcula y almacena un error de diferencia de presion restando el valor mmimo permisible del valor actual de la diferencia de presion; y

el factor de correccion de velocidad del multiplicador de retroalimentacion se calcula durante cada uno de los intervalos de tiempo a traves del control integral proporcional que comprende anadir un termino proporcional a un termino integral, estando el termino proporcional calculado multiplicando un factor de ganancia por una diferencia entre el error de diferencia de presion y un error de diferencia de presion anterior calculado en un intervalo de tiempo anterior y dividiendo la diferencia por el intervalo de tiempo y el termino integral calculado dividiendo el factor de ganancia por un tiempo de restablecimiento integral y multiplicando un cociente resultante del mismo por el error de diferencia de presion.

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, donde:

el multiplicador de alimentacion positiva es una funcion gaussiana de la relacion de presion;

teniendo la funcion gaussiana un valor maximo del multiplicador de alimentacion positiva a una relacion de presion predeterminada a la cual o directamente antes de la cual el compresor centnfugo entra en condiciones de sobrecarga durante una transicion entre la etapa de evacuacion y la etapa de purga, y los valores decrecientes del multiplicador de alimentacion positiva a relaciones de presion superiores o inferiores a la relacion de presion predeterminada; y el valor maximo tiene una magnitud preseleccionada de modo que cuando el valor maximo se multiplica por la velocidad optima a la relacion de presion predeterminada, la velocidad resultante evitara que el compresor centnfugo entre en condiciones de sobrecarga.

8. Un sistema de control para controlar la velocidad del compresor centnfugo (12) dentro de un aparato de adsorcion por cambio de presion al vado (1), comprendiendo dicho sistema de control:

medios (44, 46) para detectar un parametro que puede referirse a un caudal de gas que entra en un compresor centnfugo accionado directamente por un motor electrico (38) que tiene una velocidad controlada por un variador de frecuencia variable (40);

transductores de presion (44, 48) posicionados para detectar la presion en una entrada y una salida del compresor centnfugo;

un controlador (42) que responde a los medios de deteccion de parametros, los transductores de presion y las etapas de un ciclo de repeticion conducido por el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado y que tiene un programa de control programado para:

calcular una relacion de presion de las presiones de la salida a la entrada del compresor centnfugo; determinar una velocidad optima del compresor centnfugo basandose en la relacion de presion y que se encuentra a lo largo de la lmea operativa de eficiencia maxima del compresor centnfugo;

ajustar un multiplicador de velocidad total igual al multiplicador de retroalimentacion durante las etapas del ciclo de repeticion donde es al menos probable que el compresor centnfugo entre en condiciones de sobrecarga, diferentes a una etapa de evacuacion pura y una etapa de purga de producto del mismo;

ajustar el multiplicador de velocidad total igual a un producto matematico del multiplicador de retroalimentacion y un multiplicador de alimentacion positiva durante la etapa de evacuacion pura y la etapa de evacuacion con purga de producto, que aumentara la velocidad de tal manera que es probable que el compresor centnfugo no entre en las condiciones de sobrecarga; y

calcular una velocidad ajustada multiplicando la velocidad optima por el multiplicador de velocidad total; y el controlador configurado para generar, al menos durante una cierta parte del ciclo VPSA de repeticion, una senal de control en respuesta al programa de control y capaz de servir como una entrada en el variador de frecuencia variable de tal manera que la velocidad del motor electrico y, por lo tanto, el compresor centnfugo, se controla en respuesta a la senal de control, la senal de control se refiere al menos a la velocidad ajustada de manera que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor centnfugo funciona a la velocidad ajustada.

9. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 8, donde

el ciclo de repeticion incluye una etapa de alimentacion con ecualizacion posterior a la etapa de evacuacion con purga de producto, una etapa de alimentacion con represurizacion de producto despues de la etapa de alimentacion con ecualizacion y una etapa de ecualizacion antes de la etapa de evacuacion pura;

el programa de control esta programado para producir una velocidad no operativa a la cual el variador de frecuencia variable eliminara la energfa electrica del motor electrico y la senal de control se puede referir a la velocidad no operativa cuando es producida por el programa de control;

durante la etapa de alimentacion con ecualizacion, la etapa de ecualizacion y el inicio de la etapa de alimentacion con represurizacion de producto, el programa de control produce la velocidad no operativa, de modo que cuando la senal de control se ingresa en el variador de frecuencia variable, no se aplica energfa electrica al motor electrico; y el programa de control tambien esta programado de tal forma que, cuando se obtiene una relacion de presion predeterminada de la relacion de presion durante la etapa de alimentacion con represurizacion de producto, la senal de control se puede referir de nuevo a la velocidad ajustada de modo que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor funcione a la velocidad ajustada.

10. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 8, donde:

el aparato de adsorcion por cambio de presion al vado utiliza un compresor de alimentacion para alimentar gas comprimido a los lechos de adsorcion del aparato de adsorcion por cambio de presion al vado y un compresor de evacuacion para evacuar gases de los lechos de adsorcion, en el que dicho compresor de evaluacion es un compresor centnfugo, cuya velocidad se controla por el sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 8;

donde el ciclo de repeticion incluye una etapa de ecualizacion de presion descendente y una etapa de ecualizacion de presion ascendente posterior a la etapa de evacuacion con purga;

durante la etapa de ecualizacion de presion descendente y la etapa de ecualizacion de presion ascendente, el programa de control produce una velocidad no operativa tal que cuando la senal de control se ingresa en el variador de frecuencia variable, no se aplica energfa electrica al motor electrico que acciona el compresor de evacuacion; y el programa de control tambien esta programado de tal manera que cuando se obtiene una relacion de presion predeterminada de la relacion de presion durante la etapa de ecualizacion de presion descendente, la senal de control puede hacer referencia de nuevo a la velocidad ajustada de tal manera que el motor electrico y, por lo tanto, el compresor de evacuacion funciona a la velocidad ajustada.

11. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde el programa de control se programa de tal manera que:

cada vez que se determina el multiplicador de retroalimentacion, se almacena el multiplicador de retroalimentacion; cuando el parametro es menor que el valor mmimo permisible, el multiplicador de retroalimentacion se determina anadiendo a un ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion un factor de correccion de velocidad; y

cuando el parametro es mayor o igual que el valor mmimo permisible, el multiplicador de velocidad de retroalimentacion se determina dividiendo el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion por una constante de proporcionalidad, la constante de proporcionalidad se establece igual a un valor mayor de 1,0 cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es mayor o igual a 1,0 o 1,0 cuando el ultimo valor almacenado del multiplicador de retroalimentacion es menor de 1,0.

12. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde el programa de control se programa de tal manera que:

teniendo la funcion un valor maximo del multiplicador de alimentacion positiva a una relacion de presion predeterminada a la cual o directamente antes de la cual el compresor centnfugo entra en condiciones de sobrecarga durante una transicion entre la etapa de evacuacion y la etapa de purga, y los valores decrecientes del multiplicador de alimentacion positiva a relaciones de presion superiores o inferiores a la relacion de presion predeterminada; y el valor maximo tiene una magnitud preseleccionada de modo que cuando el valor maximo se multiplica por la velocidad optima a la relacion de presion predeterminada, la velocidad resultante evitara que el compresor centnfugo entre en condiciones de sobrecarga.

13. El sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde:

los medios de deteccion de parametros son dos transductores de presion adicionales situados en dos puntos en la envolvente del compresor centnfugo que estan sucesivamente mas cerca de un impulsor del mismo;

el programa de control esta programado para calcular una diferencia de presion de la presion medida por los otros dos transductores de presion; y

el parametro es la diferencia de presion.

14. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 11, donde:

el programa de control esta programado para calcular una diferencia de presion de la presion medida por los otros dos transductores de presion;

el parametro es la diferencia de presion; y

el programa de control esta programado de tal manera que;

15. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 14, donde el programa de control se programa de tal manera que: