SISTEMA DE CONTROL DE MÚLTIPLES COMPRESORAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con la compresión, distribución y control de fluidos compresibles para optimizar el suministro y demanda eficientemente sin afectar la integridad del proceso asociado. ANTECEDENTES . Los fluidos compresibles presionizados, tales como aire atmosférico, dióxido de carbono, helio, argón, nitrógeno, freón, líquidos, etc., se usan comúnmente para entregar energía en la forma de presión en una variedad de aplicaciones industriales. Los dispositivos que usan el fluido presionizado, conocidos como dispositivos de carga, incluyen robots, aplicadores de pintura, turbinas, generadores de energía, motores de chorro, herramientas neumáticas, enfriadores, acondicionadores de aire y otros. Los fluidos compresibles se someten a presión típicamente usando una compresora, que puede adoptar una de muchas formas, tales como una compresora centrífuga, una compresora de reciprocación, un tornillo giratorio, una pila de rotores y estatores alternos, u otras formas. La compresora acepta un fluido compresible en una entrada, utiliza energía para comprimir una masa del fluido compresible a un fluido menor y presión superior, luego descarga el fluido comprimido de esta manera a través de una salida. Una compresora individual produce fluido comprimido a una capacidad de flujo especificada, definida en términos de volumen de fluido libre en la entrada de la compresora por cantidad de tiempo. La compresora individual también produce una presión de descarga seleccionada en la salida debido a la operación normal de la compresora. La presión de descarga seleccionada se puede variar típicamente hasta una presión de descarga máxima especificada de la cual es capaz la compresora. La capacidad de flujo especificada y la presión de descarga seleccionada se seleccionan para ser apropiadas a la aplicación particular para la que se pretende la compresora. Por ejemplo, algunas compresoras típicas pretendidas para una instalación de fabricación y empaque quimica tienen presiones de descarga seleccionadas en la escala general de 6.327 a 8.787 kg/cm2 manométrica (90 a 125 libras por pulgada cuadrada (PSIG) ) , y una capacidad de flujo en la escala de 56,632 a 113,326 litros (2,000 a 4,000 pies cúbicos) por minuto (SCFM) . SCFM se define co o, "pies cúbicos por pulgada cuadrada absoluta (psiA) y 16°F (60° Fahrenheit)". Muchas otras escalas de presiones de descarga y capacidad de flujo son posibles dependiendo de las necesidades de la aplicación particular. Cada dispositivo de carga a su vez tiene un régimen de flujo de demanda, que es el régimen de volumen de fluido usado por el dispositivo de carga en su operación. Cada dispositivo de carga también tiene una presión entrante especificada que requiere para operación normal. El régimen de flujo de demanda puede ser regularmente constante o cambiar frecuentemente, dependiendo de la aplicación. Cualquier dispositivo de carga es probable que baje su demanda de régimen de flujo temporalmente cuando menos ocasionalmente para interrupciones tales como mantenimiento, roturas, etc. Para instalaciones en las que muchos dispositivos de carga están operando, es común proporcionar el fluido presionizado requerido a los dispositivos de carga a través de un solo sistema de distribución de fluido, que da servicio a los dispositivos de carga en sus salidas de corriente abajo. El sistema de distribución único, a su vez, puede recibir servicio por cualquier número de compresoras que suministran fluido presionizado al sistema de distribución en las entradas de corriente arriba del sistema. Este sistema de distribución único proporciona mayor flexibilidad que si cada dispositivo de carga tuviera que recibir servicio por su propia compresora, actuando para promediar cualesquiera cambios en demanda de régimen de flujo. Sin embargo, el régimen de flujo de demanda total de una colección de dispositivos de carga todavía tiende a fluctuar durante la operación. El grado de fluctuación depende del tipo y naturaleza de operación de la Instalación que usa los dispositivos de carga. Si se operan demasiado pocas compresoras, cuando el régimen de flujo de demanda se eleva particularmente elevado, sobrepasará el régimen de flujo de las compresoras. Esto reducirá la presión de distribución, interrumpiendo la operación apropiada de los dispositivos de carga. Para prevenir interrupciones de esta clase, sistemas de múltiples compresoras se diseñan e instalan generalmente para proveer al régimen de demanda de pico máximo a la presión de carga requerida. Los operarios de instalación tienden a operar la capacidad máxima instalada de todas las compresoras todo el tiempo a la presión máxima, para asegurar que los dispositivos de carga reciban suficiente presión aún durante crestas en régimen de flujo de demanda. Asi, la capacidad de flujo de descarga de compresora instalada es mayor de lo que usualmente necesita ser; y las compresoras deben ajustarse a una presión de descarga superior que lo que los dispositivos de carga requieren la mayoría del tiempo. La capacidad de compresora excesiva y presión de descarga ambas se traducen en consumo de energia, costos de mantenimiento y costos de capital superiores. Sin embargo, la operación satisfactoria de los dispositivos de carga es típicamente una mayor prioridad que la operación eficiente de las compresoras. El sistema de múltiples compresoras tradicional, por lo tanto, sacrifica eficiencia de sistema de compresora para prevenir faltas de presión durante tiempos de demanda pico de régimen de flujo. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de múltiples compresoras del ramo anterior 1. La Figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema de control de múltiples compresoras de conformidad con una modalidad de ejemplo de la presente invención que incluye un controlador electrónico. La Figura 3 es un diagrama de bloque de una modalidad del controlador de la Figura 1 de conformidad con una modalidad. La Figura 4 es una gráfica de flujo de una rutina de ejemplo usada por el controlador electrónico de la
Figura 3 para controlar el sistema de múltiples compresoras mostrado en la Figura 2, de conformidad con una modalidad de la presente invención. DESCRIPCIÓN DET7LLADA DE MODALIDAD DE EJEMPLO La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo de un sistema 100 de múltiples compresoras de conformidad con el ramo anterior. En el ejemplo mostrado en la Figura 1, el sistema 100 de múltiples compresoras es un sistema de aire comprimido dentro de una instalación de fabricación química, en donde el fluido que se comprime es aire atmosférico. La instalación usa aire comprimido como energía para las válvulas de ciclado, casas de bolsa colectora de polvo de limpieza, instrumentos, equipos de empaque, transportadores robots, operación de pulverización, herramientas neumáticas, etc. El sistema 100 de múltiples compresoras incluye una pluralidad de compresoras C1-C7 individuales, que están acopladas a un distribuidor 102 de distribución de fluido principal a través de dispositivos D1-D7 secador y de filtro, respectivamente. Las compresoras C1-C7 pueden estar colocadas en una o más áreas de la instalación. Las compresoras C1-C7 tomar aire atmosférico a través de las entradas respectivas, comprimen el aire a un presión superior y descargan el aire comprimido a través de las salidas respectivas. La energía para aumentar la presión del medio fluido se puede derivar de uno o más ovedores primarios, que impulsan un eje de cada compresora respectiva. Cada compresora tiene una capacidad de flujo especificada y una presión de descarga máxima especificada. Las presiones de descarga de las compresoras C1-C7 son típicamente ajustables dentro de alguna escala hasta la presión de descarga máxima especificada. La Figura 1 muestra un ejemplo de los ajustes de presión de descarga para las compresoras C1-C7. Por ejemplo, la compresora C5 está ajustada para comprimir el aire fluido a una presión de descarga de 8.084 kg/cm2 manométrica (115 libras por pulgada cuadrada (PSIG) ) . La presión manométrica es la cantidad por la que la presión absoluta total excede la presión atmosférica ambiental. Todas las compresoras están ajustadas para operar en control de modulación de escala superior sin bajar. Las salidas de las compresoras C1-C7 están acopladas a las entradas de los dispositivos D1-D7 secador y de filtro respectivos. Los dispositivos D1-D7 secador y de filtro eliminan humedad, polvo y otras partículas contaminantes del aire comprimido de modo que aire limpio, seco se entregue al distribuidor 103 de distribución principal. El distribuidor o cabezal 102 de distribución principal está interconectado mediante soldadura u otro medio apropiado de sujeción, con o sin funcionar o válvulas de aislamiento de no funcionamiento. Por ejemplo, el cabezal 102 de distribución principal puede incluir una combinación de tubería de diámetro de 2.54 cm a 35.56 cm (1 a 14 pulgadas) . Los dispositivos de carga, tales como Ll y L2, se pueden acoplar a salidas a lo largo del colector 102 de distribución principal. Co o se mencionó arriba, los dispositivos Ll y L2 de carga pueden incluir válvulas de ciclado, casas de bolsa colectoras de polvo de limpieza, instrumentos, equipos de empaque, transportadores, robots, por ejemplo. Los dispositivos Ll y L2 de carga cada uno tienen un régimen de flujo de demanda, que es un régimen de volumen de fluido (aire en esta modalidad) usado por el dispositivo de carga durante su operación. Los dispositivos Ll y L2 de carga típicamente también tienen una presión entrante preferida que se requiere para la operación normal. En el ejemplo mostrado en la Figura 1, los dispositivos Ll y L2 de carga requieren un minimo de 6.327 kg/cm2 manométrica (90 PSIG) de presión. El régimen de flujo de demanda total en el colector 102 de distribución principal puede ser regularmente constante o puede cambiar frecuentemente, dependiendo de las necesidades del sistema 100. Por lo tanto, los sistemas de múltiples compresoras del ramo anterior tal como el mostrado en la Figura 1 generalmente están diseñados o instalados para proveer el régimen de flujo de demanda de cresta máximo a la presión requerida. Si suficientes de las compresoras C1-C7 no están funcionando cuando la demanda por los dispositivos Ll y L2 de carga aumenta, el flujo saliente del sistema excederá al flujo entrante al sistema ocasionando la densidad de aire en el sistema y que la presión de aire resultante se disminuya. La disminución en presión puede entonces ocasionar una interrupción en producción dentro de la instalación. Las caídas de presión excesivas en el sistema también pueden ser ocasionadas por equipo de limpieza y tubería de tamaño inferior y polvo acumulado en el sistema, por ejemplo. A fin de evitar las caídas de presión durante períodos que fluctúan la demanda, los operarios de instalación tienden a operar los sistemas de múltiples compresoras de modo que todas las compresoras en el sistema proporcionen la capacidad máxima de flujo instalada y la presión de descarga máxima todo el tiempo. Con este tipo de operación, el régimen de flujo de demanda promedio siempre es menos que la capacidad de flujo de descarga instalada. Por lo tanto, las compresoras C1-C7 son forzadas a funcionar a "cargas parciales". La carga parcial se define como el régimen de flujo de demanda (SCFM) dividido entre la capacidad de flujo de descarga (SCFM) . Una compresora está bajo una carga parcial cuando la compresora es capaz de suministrar un régimen de flujo superior, a la presión de descarga seleccionada, que el régimen de flujo de demanda. A cargas parciales, la eficiencia del sistema 100 disminuye. La eficiencia se puede definir como "SCFM promedio de aire comprimido/promedio de kW consumido", en donde SCFM es el pie cúbico de volumen de aire por minuto en la entrada de cada compresora y kW es el régimen de energía consumida, en kilovatios, por el motor principal de la compresora. La eficiencia del sistema total puede luego definirse en términos de "SCFM promedio total de aire comprimido/promedio total de kW consumido" en el sistema 100. Como una regla general, para cada 0.141 kg/cm2 manométrica (dos PSIG) de aumento en la presión de descarga de cualquier compresora de desplazamiento positivo, el consumo de energía aumentará por un punto de porcentaje. De manera similar, por cada disminución de 0.141 kg/cm2 manométrica (dos PSIG) en presión de descarga de cualquier compresora de desplazamiento positivo, el consumo de energía disminuirá por un punto de porcentaje. Por lo tanto, una compresora que funciona a 0.703 kg/cm2 manométrica (10 PSIG) mayor que la presión requerida, consume aproximadamente 5% más de energía que la necesaria. El Cuadro 1 proporciona una lista de propiedades hipotéticas para las compresoras C1-C7 de conformidad con un ejemplo en el que el sistema 100 utiliza aire durante 8,400 horas al año y mantiene alrededor de 6.327 kg/cm2 (90 PSIG) en el colector de distribución principal. Estas propiedades incluyen para cada compresora el tipo, modelo y marca, la presión de descarga máxima diseñada, la capacidad de flujo (SCFM) , la energía clasificada consumida por el motor principal (kW) , la eficiencia máxima (SCFM/kW) , y un SCFM, kW y SCFM/kW hipotético medido. CUADRO 1 Especificaciones para Sistema de Múltiples Compresoras de Muestra Comp. ID: Tipo Modelo Hechura Presión Capacidad Energía de Des- de Flujo Consumida carga Especifi- Máxima Cada SCFM Cl Giratorio W A Corp. 125 PSIG 1,500 SCFM 300 kW
C2 Giratorio W A Corp. 125 PSIG 900 SCFM 185 kW C C33 G Giirraattoorriioo Y Y B Corp. 125 PSIG 900 SCFM 190 kW
C4 Giratorio Y B Corp. 125 PSIG 650 SCFM 135 kW
C5 Giratorio Z C Corp. 125 PSIG 1,500 SCFM 285 kW
C6 Giratorio W A Corp. 125 PSIG 550 SCFM 110 kW
C7 Giratorio z C Corp. 115 PSIG 450 SCFM 90 kW T Toottaall 6,450 SCFM l,300kW
Especificaciones para el Sistema 100 en operación: CCo p. Presión de Flujo Consumo de Eficiencia Eficiencia
ID; : Descarga Real Energía Potencial Real Seleccio- Real (SCFM/kW) (SCFM/kW) nada Cl 125 PSIG 900 SCFM 270 kW 5.00 3.33 C2 125 PSIG 360 SCFM 148 kW 4.90 2.43 C3 125 PSIG 540 SCFM 171 kW 4.7 3.16 C4 125 PSIG 0 SCFM 0 kW 4.80 n/a C5 115 PSIG 750 SCF 243 kW 5.3 3.08 Cß 125 PSIG 220 SCFM 88 kW 5.0 2.5 C7 115 PSIG 180 SCFM 72 kW 5.0 2.5 Total 1,990 SCFM 992 kW 4.96 3.01 Como se ilustra en el Cuadro 1, todas las compresoras funcionan a carga parcial y por lo tanto a una eficiencia inferior a la máxima. La compresora CD4 se muestra en modo de espera. Una de las causas primarias para la eficiencia inferior es que el régimen de suministro es más del régimen de demanda. El Cuadro 2 resume la eficiencia del sistema del sistema 100 de múltiples compresoras, mostrado en la Figura 1. CUADRO 2 EFICIENCIA DEL SISTEMA 100 Capacidad de Flujo Instalada y presión: 6,450 SCFM @ 115-125 PSIG. Consumo de Energía de Diseño: 1,300 kW Relación de Flujo de Diseño/Eficiencia de Energía: 4.96 SCFM/kW Régimen de Flujo de Demanda Promedio y Presión: 2,990 SCFM @ 90-100 PSIG Consumo de Energía Real: 992 kW Relación de Flujo Real/Eficiencia de Energía: 3.01 SCFM/kW Las compresoras en el sistema 100 están parcialmente cargadas a un promedio de 51.5 por ciento de su capacidad de flujo y tienen una eficiencia total promedio de solamente 3.01 SCFM/kW. La Figura 2 ilustra esquemáticamente el sistema 300 de control de múltiples compresoras de conformidad con una modalidad de ejemplo. El sistema 300 generalmente incluye una pluralidad de compresoras C1-C7, una pluralidad de dispositivos D1-D7 de secado y filtro respectivos, un colector 302 de distribución principal, y uno o más dispositivos Ll y L2 de carga. Las compresoras Cl a 7 están acopladas al colector 302 de distribución de fluido principal a través de los dispositivos D1-D7 de secador y filtro opcionales, respectivamente. Las compresoras C1-C7 pueden estar colocadas en una o más áreas de la instalación, y cualquier número de compresoras se puede usar. Las compresoras C1-C7 pueden incluir cualquier combinación de tipos, marcas o modelos de compresoras. Por ejemplo, las compresoras C1-C7 pueden incluir ser compresoras de tipo de reciprocación, de tornillo giratorio, centrífugas, de espiral y de paleta. Cada compresora tiene una capacidad de flujo especificada y una presión de descarga máxima especificada. Las presiones de descarga de las compresoras C1-C7 son ajustables dentro de alguna escala hasta la presión de descarga máxima especificada. En una modalidad alternativa, una o más de las compresoras C1-C7 tienen una presión de descarga fija, y esa presión de descarga se selecciona para la aplicación particular en la que la compresora se usa. Los motores primarios para las compresoras C1-C7 se pueden impulsar por-electricidad, combustibles fósiles u otros, o vapor, por ejemplo. Las salidas de las compresoras C1-C7 están acopladas a las entradas de los dispositivos D1-D7 secador y de filtro, respectivamente. Los dispositivos D1-D7 secador y de filtro eliminan humedad, polvo y otras impurezas del aire comprimido de modo que aire seco, limpio es entregado al colector 302 de distribución principal. En una modalidad alternativa, uno o más de los dispositivos D1-D7 se puede colocar en otra posición en el sistema 300, tal como en el lado de salida de su compresora respectiva. Asimismo, un dispositivo D1-D7 se puede usar para secar y filtrar aire de más de una compresora. El colector 302 de distribución principal puede incluir un tubo o una serie de tubos u otros conductores de fluido funcionalmente análogos que son capaces de traspasar fluido a presión a cuando menos una salida, tal como a dispositivos Ll y L2 de carga. Los conductores de fluido pueden estar interconectados mediante soldadura u otro medio de sujeción apropiado, con o sin válvulas de aislamiento funcionando o no funcionando. En una modalidad, el colector 302 de distribución principal incluye una combinación de tubo de diámetro de 2.54 cm a 30.48 cm (1 a 12 pulgadas). Otros tamaños de tubos también se pueden usar. Los dispositivos Ll y L2 de carga pueden incluir válvulas de ciclado, casas de bolsa colectora de polvo de limpieza, instrumentos, equipos de empaque, transportadores, robots, por ejemplo. Los dispositivos Ll y L2 de carga cada uno tiene un régimen de flujo de demanda, que es un régimen de volumen de fluido (aire en esta modalidad) usado por el dispositivo de carga durante su operación. Los dispositivos Ll y L2 de carga también tienen una presión entrante preferida que se desea para operación normal. En el ejemplo mostrado en la Figura 2, los dispositivos Ll y L2 de carga requieren aproximadamente 6.327 kg/cm2 manométrica (90 PSIG) en el colector 302 de distribución principal para operación normal. Las compresoras C1-C7 están acopladas al colector 302 de distribución principal. El Receptor 303 de Aire Previamente Hecho está conectado al colector 302 de distribución principal. Un transmisor 304 de temperatura apropiadamente calibrado y un transmisor 305 de presión están conectados al colector 302 de distribución, de preferencia en el receptor 303. Como se describió en más detalle abajo, un controlador 306 electrónico está conectado al nuevo sistema 300 de compresora a través de cables de control a compresoras Cl a C7, los Transmisores 304 y 305 de Temperatura y Presión respectivamente. En otras modalidades, el controlador 306 puede comunicarse con las compresoras Cl a C7 por otros medios tales como cables ópticos, tales como a través de redes de área local o inalámbricamente. El controlador 306 electrónico se puede diseñar para controlar cualquier número de compresoras en tanto que estén conectadas al sistema 300 de aire comprimido en esta modalidad. El controlador 306 electrónico se puede configurar para controlar el sistema 300 en una forma de control de circuito cerrado o una forma de control de circuito abierto. Uno o más sensores (no mostrados) se pueden distribuir a través del sistema 300 como se desee para proporcionar al controlador 306 electrónico con mediciones apropiadas para diversas ubicaciones dentro de los sistemas. Por ejemplo, estos sensores pueden incluir sensores de presión, sensores de temperatura y sensores de flujo de masa. El controlador 306 electrónico comprende una unidad de procesamiento configurada para generar señales de control para la dirección de una o más de las compresoras C1-C7. En una modalidad, estas señales de control son generadas basadas en la capacitancia del sistema de distribución de fluido. Para propósitos de esta exposición, el término "unidad de procesamiento" significará una unidad de procesamiento convencionalmente conocida o desarrollada en el futura que ejecuta secuencias de instrucciones contenidas en una memoria. La ejecución de las secuencias de instrucciones ocasiona que la unidad de procesamiento realice pasos tales como generar señales de control. Las instrucciones se pueden cargar en una computadora o medio 307 legible por procesador que puede comprender una memoria de acceso al azar (RAM) para ejecución por la unidad de procesamiento de una memoria de lectura solamente (ROM) , un dispositivo de almacenamiento de masa, u algún otro almacenamiento persistente. En una modalidad, la memoria 307 puede ser removible y portátil con respecto al controlador 306. En otras modalidades, circuito de alambre duro se puede usar en lugar de o en combinación con instrucciones de software para implementar las funciones descritas. El controlador 306 no está limitado a ninguna combinación específica de circuito de hardware y software, ni a ninguna fuente particular para las instrucciones celebradas por la unidad de procesamiento. El controlador 306 electrónico puede incluir cualquier dispositivo de control tal como un controlador lógico programable (PLC), un controlador a base de microprocesador, o un controlador basado en computadora personal. El controlador 306 electrónico puede ser un controlador de base digital o base análoga. En modalidades alternativas, el controlador 306 electrónico se puede reemplazar con una pluralidad de controladores individuales, en donde cada controlador controla uno o más de los componentes dentro del sistema 300. Además, el controlador 306 electrónico se puede reemplazar con un control tipo manual, un control de tipo eléctrico diferente o una combinación de ambos. El tamaño del receptor depende de la variación de demanda de aire en SCFM durante el tiempo como en el ramo anterior, el tiempo de inicio (TI, T2, etc.), requerido para las compresoras Cl a C7 y el ajuste de presión (ps en PSIG) y la tolerancia de oscilación (para, v.gr., más 3 P?IG y menos 3 PSIG) , permisible por la operación de planta. El receptor 303 está diseñado para tener un volumen de 6,000 galones (780 CF) . Los receptores que tienen otros volúmenes también se pueden usar. El volumen de la tubería de colector de distribución completo incluyendo los volúmenes de los filtros, el equipo de limpieza se mide como 40 CF (igual que el sistema en la Figura 2). Por lo tanto, el volumen total del sistema 300 es 820 CF. Uno de los factores que influencian el algoritmo de control es el almacenamiento útil o capacitancia de almacenamiento (C) . La capacitancia de almacenamiento se define como Valor de Pies Cúbicos Convencionales de Aire Libre (Aire como Condiciones Convencionales) en un sistema de aire, para efectuar un cambio (más o menos) en la presión de sistema por 1 PSI. Se calcula por la fórmula P1V1 ) P2V2, en donde Pl y VI son la presión y volumen durante el tiempo 1, y P2 y V2 son la presión y volumen durante el tiempo 2. La capacitancia de cualquier sistema se puede aproximar estrechamente a C = V/Pa, en donde C = es la capacitancia del sistema en Pies Cúbicos Convencionales (SCF)/PSIA, V es el Volumen total del sistema en Pies Cúbicos (CF) , y Pa es la Presión Ambiente en la condición convencional, 14.7 PSIA. En el ejemplo representado por la Figura 2, el sistema 300 requiere un régimen de volumen promedio de 2,990 SCFM de aire comprimido para ser entregado al colector 302 de distribución principal a un mínimo de 90 PSIG. El Cuadro 4 proporciona una lista de especificaciones hipotéticas para las compresoras C1-C7 de conformidad con el ejemplo. Dadas las capacidades de flujo de cada compresora y sus eficiencias, el número mínimo de compresoras Cl, C2 y C4 se seleccionan para funcionar. Cl y C2 se hacen funcionar por el controlador electrónico a carga completa (válvula de entrada completamente abierta) entregando 2,400 SCFM al colector de distribución, Los 590 CFM restantes se entregan por C4 (90% del tiempo de ciclo totalmente cargado y 10% del tiempo completamente descargado) . Estas compresoras están ajustadas para proporcionar la presión de descarga mínima que es prácticamente aceptable para la operación apropiada de los dispositivos de carga. El requerimiento de presión de la planta es un mínimo de 90 PSIG en el colector 302 principal de planta. El controlador electrónico 306 por lo tanto, está programado para mantener una presión de colector mínima de 90 PSIG en el colector 302 de distribución. Puesto que la presión de colector de planta siempre se percibe por el transductor 307 de presión después del equipo DI a D7 de secado y limpieza en esta modalidad las pérdidas de presión en el equipo de secado y limpieza no afectan la eficiencia de carga y carga o inicio o detención de las compresoras C-l a C-7. En el ejemplo mostrado en el Cuadro 3, la compresora Cl tiene una capacidad de flujo de descarga de 1,500 SCFM, y la compresora C2 tiene una capacidad de flujo de descarga de 900 SCFM. El sistema 300 por lo tanto requiere un resto de 590 SCFM como mínimo 90 PSIG y que se suministre por la Compresora C3 cuya capacidad es 650 SCFM. CUADRO 3 Especificaciones para Sistema 200 en operación Corn# PSIG Dis. Flujo de Flujo Real Energía DISEÑO SCFM/kW Prom. Diseño, SCFM Real SCFM/kW SCFM/kW SCF, kW Cl 98 1,500 1,500 250 5.00 5.8 C2 98 900 900 161 4.90 5.5
C3 98 650 590 109 4.80 5.4
C4 98 550 0 0 4.7 n/a C C55 9 988 1 1,,550000 0 0 5.3 n/a
C6 98 900 0 0 5.0 n/a
C7 98 450 0 0 5.0 n/a
Total 2,990 530 4.96 5.6 Viendo al Cuadro 3, puesto que las compresoras Cl, C2 operan en sus regímenes de flujo máximos, y C4 opera muy cerca de la capacidad de carga completa, estas compresoras tienen eficiencias de SCFM/kW mayores que las compresoras similares en el sistema anterior mostrado en el Cuadro 1. El Cuadro 4 resume la eficiencia total del sistema 330, que se puede comparar con la eficiencia del sistema 100, como se muestra en el Cuadro 3. CUADRO 4 EFICIENCIA DEL SISTEMA 200 Capacidad de Flujo Activo y Presión: 3,050 SCFM @ 90-96 PSIG Régimen de Flujo de Demanda Promedio y Presión: 2,990 SCFM @ 90-96 PSIG Demanda de Flujo de Compresión/Relación de Suministro: 98% Consumo de Energía Promedio: 530 kW Relación de Flujo/Eficiencia de Energía: 5.6 SCFM/kW El sistema que opera configuraciones como se definen en el Cuadro 3 y 4 son ideales si son prácticamente obtenibles. Mientras que los controles disponibles de los ramos anteriores, las condiciones ideales de hacer funcionar el número óptimo de compresoras no se puede lograr confiada y consistentemente. La confiabilidad y consistencia no se pueden alcanzar completamente en el ramo anterior debido a que los controles no toman la capacitancia de sistema en consideración mientras la carga y descarga de las compresoras. El operario de planta confianza y seguridad cuando el sistema es consistente y confiable. Si el operario de planta no tiene confianza ni está seguro, típicamente pasaría el controlador y ahorro de energía o proyecto de eficiencia será una falla. Los algoritmos de control del controlador 306 pueden eliminar situaciones como arriba y calcula y selecciona automáticamente el tiempo de conducción sobre una base dinámica, dependiendo de cambiar los parámetros de sistema en cualquier momento. Los algoritmos de control se desarrollan basados en la capacitancia disponible, el cambio en demanda, variando constantemente el período de muestreo y la recuperación correspondiente y períodos de conducción, la presión minima permisible y tolerancia, cada capacidad de compresora disponible y el tiempo mínimo requerido para entrar en línea y carga. Asimismo, con el sistema 300 se elimina la necesidad de un controlador de flujo y los esfuerzos de instalación intrusa sin comprometer los requerimientos de presión de sistema. Esto reduce grandemente el costo de instalación. De acuerdo con una modalidad, todas las compresoras funcionando, excepto una compresora de recorte flotante en el sistema 300 están completamente cargadas. Considerando el mismo ejemplo que el arriba descrito, el flujo de demanda de 2,990 SCFM en el sistema 300 se suministra mediante las tres compresores Cl y C2 a carga completa y C3 a carga a 90 PSIG y descarga a 96 PSIG (93 PSIG en la presión ajustada con tolerancia de más o menos 3 PSIG) . Fuera de los 650 SCFM comprimidos por C3, 590 SCFM se consume por los dispositivos de carga Ll y L2, el resto de 60 SCFM eleva la presión del colector 302 de 90 a 96 PSIG. La capacitancia del sistema es 820 CF/14.7 PSI = 55.7 SCF/PSI. Si la demanda en el aumento de sistema por 360 SCFM, cuando la presión de sistema es 91 PSIG y la compresora C3 está en su ciclo de descarga, el controlador 306 electrónico cargará inmediatamente la compresora en funcionamiento #3 después de dejar el tiempo de conducción requerido por C3 para cargar, digamos 1 segundo en este caso. La demanda de aire total es 3,350 SCFM y la capacidad de suministro total de todas las compresoras es solo 3,050 SCFM que resulta en una caída corta de 300 SCFM o 5 CF/segundo. La presión en el sistema estará todavía cayendo. En esta modalidad del algoritmo de control calcula el período de muestro, y período de recuperación correspondiente y tiempo de respuesta (en lugar de 5 segundos como se establece en el ramo anterior) antes de iniciar y cargar la compresora C-7 cuya capacidad es 450 SCFM. La capacitancia del sistema 300 es 55.7 SCF/PSI . La caída corta es 5 CF/seg, la presión de sistema actual es 91 PSIG, el límite establecido de presión inferior es 90 PSIG, y el controlador 306 determinará el periodo de rnuestreo y el tiempo de respuesta máximo correspondiente como ( (91-90) * 55.7 CF/PSI) / (5CF/seg) = 11.14 segundos antes de que una compresora se arranque y cargue. El controlador ha determinado la caída corta co o 5 CF/seg e inmediatamente busca la compresora cuya capacidad es la más cercana a los 5 CF/seg, de las compresoras disponibles. El controlador selecciona C7 cuya capacidad de 7.5 SCF/seg es el más cercano (del Cuadro 3) a la caída corta de 5 SCF/seg del Cuadro 3. Después de selección C7 compara el tiempo de respuesta requerido por C7 y hace coincidir aquel con el período de muestro determinado y el período de respuesta máximo. Si el período de respuesta de C7 es menos que el tiempo de respuesta máximo determinado por 306, envía una señal para iniciar y cargar C-7 y el tiempo apropiado. Por ejemplo, el tiempo de respuesta de inicio y carga es 5 segundos, el controlador 307 arrancará a la compresora en el 6o segundo de los 11.14 segundos disponibles. Luego, la capacidad de suministro es 3,490 SCFM contra la demanda de 3,350 SCFM. El excedente 140 SCFM elevará la presión del sistema 300 de alrededor de 90.5 PSIG a 976 PSIG (presión establecida de 93 PSIG más 3 PSIG de tolerancia) en 131 segundos a menos que la Demanda de Aire en el sistema aumente adicionalmente durante la elevación de presión. Por lo tanto, el sistema no tomará ninguna acción durante 131 segundos (contra el controlador de acuerdo al ramo anterior) y espora hasta que 131 segundos han casi transcurrido antes de descargar la compresora cuya capacidad está más cerca del flujo excedente. En otras palabras, descargará de C-7. Ahora, la caída corta para la misma demanda es 5 SCF/seg y el controlador determinará el período de muestro es cuando menos 66 Segundos mediante la misma metodología descrita antes, antes de cargar la compresora C-7 nuevamente. Este ciclo de compresoras C-l y C-2 totalmente cargadas y ciclar (cargas y descargar) la compresora C-7 continuará en tanto que la demanda permanezca más cerca de 3, 350 SCFM. Como resultado, el sistema 300 de múltiples compresoras se hace estable y esta situación es conduciva para que el operario se sienta seguro acerca de la estabilidad del sistema (contra el ejemplo anterior en donde tres compresoras siguen un ciclo de carga/descarga en un período de tiempo corto) . Por lo tanto, los ahorros de consumo de energía proyectados de aproximadamente 462 kW es prácticamente factible con el controlador 306. En el ejemplo anterior, la compresora C-4 fue la compresora de recorte de flotación para una demanda de 2,990 SCFM y la compresora C-7 fue la compresora de recorte de flotación para una demanda de 3,350 SCFM. Asimismo, para cualquier cambio en demanda ya sea inferior o superior, el controlador de múltiples compresoras mantendrá solamente una compresora de recorte de flotación.
La Figura 3 es un diagrama de bloque que ilustra una función de control del control 306 electrónico con mayor detalle. En una modalidad, el control 306 electrónico incluye un controlador 400 de lógica programable (PLC) que tiene un programa 401 y una base 402 de datos. El programa 401 se hace especialmente para realizar la función de control deseada para el sistema de múltiples compresoras basado en datos almacenados en la base 402 de datos y parámetros de entrada recibidos del sensor 307 de presión y del sensor 308 de temperatura, por ejemplo. El programa 401 se puede implementar en software, hardware o una combinación de ambos. La base 402 de datos incluye datos específicos de sistema, tales como las especificaciones de cada componente en el sistema. Estas especificaciones pueden incluir la presión de descarga máxima, la presión de descarga seleccionada, la capacidad de flujo de descarga máxima y el consumo de energía programado para cada compresora, el consumo de presión de cada dispositivo de secado y filtro, la capacidad de flujo de cada dispositivo de secado y filtro, la capacidad de flujo del sistema total, el "volumen total" del sistema 300, etc. La Figura 4 es una gráfica de flujo que ilustra los pasos realizados por PLC 500 al controlar los diversos componentes dentro del sistema 300 de múltiples compresoras de conformidad con una modalidad. En el paso 500 se proporciona dato al controlador de múltiples compresoras de la base 402 de datos (mostrada en la Figura 4) y de los diversos sensores en el sistema. En el paso 501 el sistema se conecta e inicia. El controlador se activa y selecciona las compresoras deseadas que se arranquen y carguen. El paso 401 se puede realizar al principio de cada dia de trabajo en una instalación o en tiempos menos frecuentes si la instalación opera 24 horas al dia. En el paso 502, el controlador 306 de múltiples compresoras calcula los regímenes de cambio de masa, el tiempo de respuesta para iniciar y cargar o descargar y detención basado en la capacitancia en el sistema, en cuyo punto de las dinámicas la acción se va a tomar, usando el dato de sistema de 500. Este cálculo está basado en entradas el controlador 306 de múltiples compresoras de los sensores, transductores, tiempo disponible, un almacenamiento de memoria interna, una base de datos recibida de red, u otras fuentes de entrada. Las entradas representan valores para la presión del sistema, temperatura, presión establecida, las tolerancias, la capacitancia y las características de inicio de las compresoras Cl a C7 disponibles en ese momento de tiempo de muestro y tiempo para alcanzar los límites superior o inferior de la presión establecida. En un ejemplo, un método para calcular la densidad de aire se usa, en donde una densidad de aire convencional bajo condiciones arbitrariamente seleccionadas forma un valor CONVENCIONAL, que se somete a términos de corrección tales como temperatura y presión para alcanzar un valor preciso para condiciones locales. Un cálculo de masa de aire en el sistema 300, por lo tanto, puede to ar la forma de: Mt = (Da*Vt)/[(Pa*(T+460) )/( (Pa+Pt) * (T3+460) )]
3n donde Mt es la masa de aire en el sistema 302 (receptor 303 y la tubería) , D3 es una densidad de aire convencional a condiciones de temperatura y presión convencionales, V es el volumen total del sistema, que es el volumen de los receptores, los filtros, secadores, y la tubería, etc. T es la temperatura medida para aire en grados Fahrenheit, T es temperatura de aire convencional en grados Fahrenheit, Pa es la presión ambiente convencional en psiA, y Ps es la presión del sistema en psiG. El término de 460 sumado a ambas temperaturas las ajusta a una escala absoluta compensando cero absoluto siendo 460 grados bajo cero en la escala Fahrenheit. Los detalles de la ecuación cambiarían en otras modalidades, de modo que si la temperatura se midiera en la escala Kelvin o Celsius, o si los términos correctivos adicionales se incluyeran, de conformidad con métodos bien conocidos de calcular una masa basado en valores de presión, volumen, densidad, etc. En una modalidad alternativa, el régimen de cambio en masa se calcula para el receptor solamente. En esta modalidad, V representa el volumen de receptor. El régimen de cambio de masa se calcula para el período de muestreo actual (ti) que está variando dinámicamente de acuerdo con las dinámicas del sistema y se determina mediante el programa 502 hecho especialmente, a intervalos de 51 segundos. Por ejemplo, si ti = 30 segundos y t2 = 1 segundo, el PLC calcularía seis muestras del régimen de cambio de masa durante un período de tiempo de 30 segundos a intervalo de 1 segundo. Si los regímenes de cambio de masa en el sistema indican una inclinación hacia abajo como se indica en el paso 503 de la Figura 4, entonces el paso 504, 505 y 506 determinan si la inclinación hacia abajo es negativa, positiva o la misma, respectivamente. Si 504 se determina ninguna acción de iniciar y cargar una compresora se necesita y consecuentemente el circuito completa nuevamente a 402. Si 505 se determina entonces el paso 506 determina si la inclinación descendente se debe a la compresora de recorte de flotación, entonces el paso 507 to a "Ninguna Acción" para iniciar y cargar otra compresora y el circuito de control regresa a 502. Si el paso 506 determinas que la inclinación de régimen de cambio de masa no es la misma que aquella de la tendencia hacia abajo de la compresora de recorte de flotación, el paso 508 es dirigido al paso 509. El paso mapea el régimen de cambio de masa y determina la carga de la compresora de flotación no cargada (si está en su ciclo de descarga), calcula el tiempo de respuesta, y consecuentemente carga la compresora de flotación a un tiempo cómodo basado en la capacitancia y masa disponible, las características de tiempo de carga de la compresora de flotación. Si el régimen de cambio de masa está todavía hacia abajo, el paso 505 tomar y el proceso de comparar la masa queda corta, tiempos de muestreo y respuesta disponibles y mapeo con la compresora disponible en el paso 502. El paso 510 luego determina el régimen de cambio hacia arriba y compara con la compresora de recorte de flotación y descarga la compresora de recorte de flotación cuando la presión del sistema alcanza su nivel de tolerancia superior. El proceso es continuo y el ciclo de calcular el período de muestro, tiempo de respuesta, etc., se repite manteniendo la presión de sistema dentro del nivel de tolerancia y al mismo tiempo controlando para sostener solamente una compresora como el recorte de flotación. Si la inclinación del régimen de cambio de masa es hacia arriba como se determina en el paso 511, entonces el paso 512 compara la inclinación con aquella de la compresora de flotación en su ciclo de carga y si la inclinación calculada es la misma, ninguna acción para descargar la compresora de flotación se toma. Si la inclinación hacia arriba no es la misma y dependiendo del período de muestreo entonces actual, tiempo de descarga de cualquier compresora, descarga la compresora de recorte de flotación. Luego el paso 515 espera durante el período de retraso de detención seleccionado para la compresora de flotación y detiene al movedor primario (motor o generador) . Si una compresora de flotación particular está descargada, entonces el controlador de múltiples compresoras selecciona una de las compresoras funcionando restantes como la compresora de flotación y mantiene la estabilidad en el sistema y previene frecuente ciclo de carga y descarga de la más de una compresora. Los pasos son dinámicos a medida que cambia el flujo de aire del sistema. Los pasos particulares tomados por las múltiples compresoras para mantener la presión dentro de colector de distribución principal se proporcionan como ejemplo solamente. Numerosas modificaciones se pueden hacer en modalidades alternativas de la presente invención. Además, las representaciones del régimen de cambio de masa se puede calcula en un número de formas. Por ejemplo, las múltiples compresoras pueden calcular el régimen de cambio de masa o presión. En resumen, el sistema de control de múltiples compresoras de la presente invención proporciona una solución económicamente factible, mucho menos costosa y práctica al problema de mejorar la eficiencia de operación del sistema como se indica por el "SCFM comprimido promedio total/promedio total de kW consumido". Esto se traduce en reducción en la energía consumida por el sistema, el costo de componentes usados en el sistema, gastos de mantenimiento y otros costos anciliarios. El sistema también proporciona una presión estable dentro de una tolerancia estrecha a la presión deseada en el colector de planta. Una presión estable reduce la interrupción de producción y aumenta la productividad. Aún cuando la presente invención se ha descrito con referencia a modalidades preferidas, los trabajadores expertos en el ramo reconocerán que se pueden hacer cambios en forma y detalla sin abandonar el espíritu y alcance de la invención.