Sistema de accionamiento de un ventilador integrado para una torre de enfriamiento y método de operación de torre de enfriamiento húmedo.

Una torre de enfriamiento húmedo para enfriar fluidos usados en un proceso industrial, en donde la torre de enfriamiento húmedo tiene un ventilador

(27) que provoca un flujo de aire que enfría los fluidos, un sistema de accionamiento del ventilador para provocar la rotación del ventilador (27) y un depósito para recoger los fluidos fríos, caracterizada porque el sistema de accionamiento del ventilador es un sistema de accionamiento directo que comprende:

un motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) que tiene un eje giratorio (56) conectado al ventilador (27) y una pluralidad de cojinetes sellados (90, 92), en donde el motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (50) se configura para tener un intervalo de velocidad de 0-250 RPM y potencia máxima de aproximadamente 133HP/100KW;

un dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) para generar señales eléctricas que efectúa la rotación del eje giratorio (56) del motor (52) para hacer rotar el ventilador (27), en donde el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) se configura para recibir las señales de control que representan una velocidad de rotación del motor deseada, y en respuesta, generar señales eléctricas para su entrada en el motor (52) para provocar que el motor (52) opere a una velocidad de rotación que es sustancialmente la misma que la velocidad de rotación deseada; y

sensores de vibración (200, 202) en proximidad a los cojinetes para medir las vibraciones de los cojinetes y generar señales de salida que representan las vibraciones medidas;

sensores de temperatura (200, 202, 204) para medir el calor del estator (94) y de los cojinetes (90, 92) y generar señales de salida que representan el calor medido;

al menos un sensor de temperatura (208) localizado en el depósito para generar una señal de salida que representa la temperatura del fluido en el depósito;

al menos un sensor de flujo de aire (206) posicionado aguas abajo del ventilador de la torre de enfriamiento para medir el flujo de aire y generar señales de salida que representan el flujo de aire; y

una computadora (300) en comunicación electrónica de señales con el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50), en donde la computadora (300) procesa las señales que representan (i) el calor medido del estator del motor y de los cojinetes, (ii) las vibraciones medidas de los cojinetes del motor, (iii) la temperatura medida del fluido en el depósito y (iv) el flujo de aire medido, en donde la computadora, el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable y todos los sensores forman un circuito de retroalimentación, en donde la computadora genera las señales de control para su entrada en el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable para ajustar la velocidad del motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) en respuesta a las señales procesadas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/077338.

Solicitante: Prime Datum Inc.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 4085 Route 247 Canandaigua, NY 14424 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: ROLLINS,PATRICK M, LUCAS,GEORGE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE > DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de... > A61B1/00 (Instrumentos para proceder al examen médico de las cavidades o conductos del cuerpo por inspección visual o fotográfica, p. ej. endoscopios (examen de las cavidades o conductos del cuerpo utilizando ondas ultrasónicas, sónicas o infrasónicas A61B 8/12; instrumentos endoscópicos para la toma de muestras celulares o para biopsias A61B 10/04; con fines quirúrgicos A61B 17/00; instrumentos quirúrgicos que utilizan un rayo láser dirigido a lo largo o a través de un conducto flexible A61B 18/22 ); Dispositivos de iluminación al efecto (para los ojos A61B 3/00))
  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE > DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de... > A61B17/00 (Instrumentos, dispositivos o procedimientos quirúrgicos, p. ej. torniquetes (A61B 18/00 tiene prioridad; dispositivos anticonceptivos, pesarios, dispositivos para su introducción A61F 6/00; cirugía ocular A61F 9/007; cirugía otorrina A61F 11/00))
  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE > DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de... > Instrumentos, dispositivos o procedimientos quirúrgicos,... > A61B17/06 (Agujas; Soportes o envases para agujas o materiales de sutura (agujas de punción A61B 17/34; agujas hipodérmicas A61M 5/32))
  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE > DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de... > Instrumentos, dispositivos o procedimientos quirúrgicos,... > A61B17/04 (para la sutura de heridas; Soportes o envases para agujas o materiales de sutura)
  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE > DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de... > Instrumentos, dispositivos o procedimientos quirúrgicos,... > A61B17/28 (Pinzas quirúrgicas (pinzas de biopsia A61B 10/06; forceps obstétricos A61B 17/44))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION DE IMAGENES, p. ej. TELEVISION > Sistemas de televisión (detalles H04N 3/00, H04N... > H04N7/18 (Sistemas de televisión en circuito cerrado, es decir, sistemas en los cuales la señal no es difundida)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS... > F28F27/00 (Disposiciones de control o dispositivos de seguridad especialmente adaptados para los aparatos de intercambio o transferencia de calor)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > F28C1/00 (Enfriadores mediante contacto directo por chorreo, p. ej. torres de refrigeración (estructura de los edificios E04H 5/12; espacios cerrados enfriados por chorreo continuo F25; partes constitutivas de los enfriadores por chorreo continuo F28F 25/00))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS... > F28F25/00 (Partes constitutivas de los enfriadores por chorreo (dispositivos para aumentar la transferencia de calor F28F 13/00; dispositivos de control F28F 27/00))

PDF original: ES-2503542_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Descripción Sistema de accionamiento de un ventilador integrado para una torre de enfriamiento y método de operación de torre de enfriamiento húmedo Referencia cruzada a las solicitudes relacionadas:

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de los Estados Unidos núm. 60/978, 916, presentada el 10 de octubre de 2007.

Campo técnico:

La presente invención generalmente se refiere a una torre de enfriamiento húmedo.

Técnica anterior:

Las torres de enfriamiento húmedo se conocen bien en la materia y se usan en una variedad de industrias para enfriar fluidos tales como agua. El uso principal de grandes sistemas industriales de torres de enfriamiento es eliminar el calor absorbido en los sistemas de circulación de agua de enfriamiento usados en centrales eléctricas, refinerías de petróleo, plantas químicas y petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales. El calor absorbido se expulsa a la atmósfera mediante la evaporación de parte del agua de enfriamiento en torres de tiro forzado mecánico o tiro inducido.

La US 5, 628, 201 se refiere a un sistema de control para regular el flujo del refrigerante en un sistema que tiene una capacidad variable o un compresor de velocidad variable.

La US 4, 955, 585 describe un sistema de ventilación de torre de enfriamiento que tiene un ventilador giratorio y un motor hidráulico.

Las torres de enfriamiento se utilizan ampliamente en la industria de refinación del petróleo. La refinación del petróleo no puede realizarse sin las torres de enfriamiento. Las refinerías procesan hidrocarburos a altas temperaturas y presiones. El agua de enfriamiento se usa para controlar las temperaturas y presiones de operación. La pérdida de circulación del agua de enfriamiento en una refinería puede llevar a condiciones inestables y peligrosas de operación provocando un cierre inmediato de las unidades de procesamiento. Las torres de enfriamiento se han convertido en "activos de misión crítica" para la producción de la refinería de petróleo. Como la demanda de productos de gama alta, tales como combustible para la industria automovilística y la aviación ha aumentado y la capacidad de refinación se ha reducido, las refinerías han incorporado muchos procesos nuevos que extraen hidrógeno de subproductos de valor inferior y los recombinan en combustibles de mayor valor, lo que mejora el rendimiento. Muchos de estos procesos dependen del enfriamiento para optimizar el rendimiento y la calidad del producto. Durante la última década, muchas refinerías han añadido procesos que convierten productos derivados del petróleo de baja calidad en productos de mejor calidad y productos más rentables tales como la gasolina para industria automovilística y para la aviación. Estos procesos dependen altamente de las torres de enfriamiento para controlar las temperaturas y presiones del proceso que afectan la calidad del producto, el rendimiento del producto y la seguridad del proceso. Adicionalmente, estos procesos han aprovechado una gran parte de la reserva de la capacidad de enfriamiento en las torres dejando algunas refinerías en "enfriamiento limitado" en días calurosos e incluso cuando hay embotellamiento. Con la mayoría de las refinerías de los Estados Unidos operando muy por encima de la capacidad del 90% con atractivos márgenes de ganancias, la operación de la refinería es fundamental para obtener ganancias operativas y para costear las actualizaciones del proceso implementadas durante la última década.

Típicamente, un sistema de torre de enfriamiento húmedo comprende un depósito el cual contiene agua de enfriamiento la cual se enruta a través de los enfriadores y condensadores del proceso en una instalación industrial. El agua fría absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan enfriarse o condensarse, y el calor absorbido calienta el agua de circulación. El agua caliente de circulación se entrega a la parte superior de la torre de enfriamiento y corre hacia abajo sobre el material de relleno dentro de la torre. El material de relleno se configura para proporcionar una superficie de contacto máximo y un tiempo de contacto máximo entre el agua y el aire. Mientras el agua corre hacia abajo sobre el material de relleno, esta entra en contacto con aire ambiental subiendo a través de la torre por tiro natural o por tiro forzado usando grandes ventiladores en la torre. Muchas torres de enfriamiento húmedo comprenden una pluralidad de celdas en las cuales el enfriamiento de agua se realiza en cada celda de acuerdo con la técnica anterior. Las torres de enfriamiento se describen extensamente en el tratado titulado "Cooling Tower Fundamentals", segunda edición, 2006, editado por John C. Hensley, publicado por SPX Cooling Technologies, Inc.

Muchas torres de enfriamiento usadas en la actualidad utilizan grandes ventiladores, como se describió en la discusión anterior, para proporcionar el aire ambiental. Los ventiladores están encerrados dentro de un cilindro del ventilador que se localiza en la plataforma del ventilador de la torre de enfriamiento. Los sistemas de accionamiento se usan para accionar y rotar los ventiladores. La tasa de eficiencia y producción de una torre de enfriamiento depende altamente de la eficiencia del sistema de accionamiento del ventilador. El ciclo de trabajo requerido del sistema de accionamiento del ventilador en un ambiente de torre de enfriamiento es extremo debido a una intensa humedad, condiciones de congelación, fuerzas de cizalla del viento, químicos corrosivos para el tratamiento de agua, y requisitos exigentes de accionamiento mecánico.

Un sistema de accionamiento de la técnica anterior comúnmente usado es un sistema complejo de accionamiento mecánico del ventilador que es similar al tipo usado en aplicaciones agrícolas. Este tipo de sistema de accionamiento del ventilador de la técnica anterior utiliza un motor que acciona un tren de accionamiento. El tren de accionamiento se acopla a una caja de velocidades, reductor de engranajes o reductor de velocidades que se acopla a, y acciona el ventilador. Este sistema de accionamiento del ventilador de la técnica anterior se somete a paradas frecuentes, un MTBF (Tiempo Promedio Entre Fallos) menor que el deseable, y requiere un mantenimiento diligente, tal como cambios regulares de aceite, con el fin de que opere efectivamente. Además, las cajas de velocidades de la técnica anterior típicamente requieren un engranaje separado para invertir la dirección de rotación. Un tipo común de sistema de accionamiento mecánico usado en el accionamiento tipo caja de velocidades del ventilador de la técnica anterior utiliza cinco ejes de rotación, ocho cojinetes, tres juntas de eje (dos a alta velocidad) , y cuatro engranajes (dos mallas) . Este tren de accionamiento absorbe aproximadamente el 3% de la potencia total. Aunque este sistema de accionamiento del ventilador de la técnica anterior en particular puede tener un costo inicial atractivo, los usuarios finales de torres de enfriamiento encontraron necesaria la adquisición de componentes adicionales tales como acoplamientos y ejes compuestos de la caja de velocidades con el fin de prevenir roturas de los componentes de accionamiento del ventilador. Muchos usuarios finales de torres de enfriamiento también añadieron otras opciones tales como el apagado por bajo nivel de aceite, embragues contra la inversión y calentadores de baño de aceite. Así, el costo del ciclo de vida del sistema de accionamiento mecánico del ventilador de la técnica anterior comparado con su precio inicial de compra no es equitativo.

En una torre de enfriamiento de múltiples celdas, tal como la del tipo comúnmente usada en la industria del petróleo, hay un ventilador... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

Reivindicaciones

1. Una torre de enfriamiento húmedo para enfriar fluidos usados en un proceso industrial, en donde la torre de enfriamiento húmedo tiene un ventilador (27) que provoca un flujo de aire que enfría los fluidos, un sistema de accionamiento del ventilador para provocar la rotación del ventilador (27) y un depósito para recoger los fluidos fríos, caracterizada porque el sistema de accionamiento del ventilador es un sistema de accionamiento directo que comprende:

un motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) que tiene un eje giratorio (56) conectado al ventilador (27) y una pluralidad de cojinetes sellados (90, 92) , en donde el motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (50) se configura para tener un intervalo de velocidad de 0-250 RPM y potencia máxima de aproximadamente 133HP/100KW; un dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) para generar señales eléctricas que efectúa la rotación del eje giratorio (56) del motor (52) para hacer rotar el ventilador (27) , en donde el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) se configura para recibir las señales de control que representan una velocidad de rotación del motor deseada, y en respuesta, generar señales eléctricas para su entrada en el motor (52) para provocar que el motor (52) opere a una velocidad de rotación que es sustancialmente la misma que la velocidad de rotación deseada; y sensores de vibración (200, 202) en proximidad a los cojinetes para medir las vibraciones de los cojinetes y generar señales de salida que representan las vibraciones medidas; sensores de temperatura (200, 202, 204) para medir el calor del estator (94) y de los cojinetes (90, 92) y generar señales de salida que representan el calor medido; al menos un sensor de temperatura (208) localizado en el depósito para generar una señal de salida que representa la temperatura del fluido en el depósito; al menos un sensor de flujo de aire (206) posicionado aguas abajo del ventilador de la torre de enfriamiento para medir el flujo de aire y generar señales de salida que representan el flujo de aire; y una computadora (300) en comunicación electrónica de señales con el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) , en donde la computadora (300) procesa las señales que representan (i) el calor medido del estator del motor y de los cojinetes, (ii) las vibraciones medidas de los cojinetes del motor, (iii) la temperatura medida del fluido en el depósito y (iv) el flujo de aire medido, en donde la computadora, el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable y todos los sensores forman un circuito de retroalimentación, en donde la computadora genera las señales de control para su entrada en el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable para ajustar la velocidad del motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) en respuesta a las señales procesadas.

2. La torre de enfriamiento húmedo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la eficiencia del motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) está entre 85% y 95% cuando la velocidad del motor está entre aproximadamente 60 RPM y 200 RPM.

3. La torre de enfriamiento húmedo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el ventilador (27) comprende un buje del ventilador (28) y una pluralidad de aletas del ventilador (30) y el eje giratorio (56) del motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) se conecta al buje del ventilador (28) .

4. La torre de enfriamiento húmedo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la computadora (300) se configura para generar señales de control de salida al dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) para provocar la rotación en reversa del motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) .

5. La torre de enfriamiento húmedo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la computadora (300) comprende además un dispositivo de pantalla de visualización (302) que permite a un usuario u operador monitorear visualmente las señales de salida generadas por los sensores de calor, temperatura, vibración y flujo de aire.

6. La torre de enfriamiento húmedo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la computadora (300) se programa para generar señales de control que reducen la velocidad de rotación del motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) si la computadora (300) determina, como resultado del procesamiento de las vibraciones medidas, que existe una situación pendiente con una aleta del ventilador.

7. La torre de enfriamiento húmedo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la computadora (300) se programa para llevar a cabo un algoritmo de confiabilidad en las señales de salida generadas por los sensores de calor, temperatura, vibración y flujo de aire.

8. Un método de operación de una torre de enfriamiento húmedo para enfriar fluidos usados en un proceso industrial, en donde la torre de enfriamiento húmedo tiene un ventilador (27) para provocar un flujo de aire que enfría el fluido, un depósito para recoger el fluido frío, y un sistema de accionamiento del ventilador para provocar la rotación del ventilador, caracterizado porque el sistema de accionamiento del ventilador es un sistema de accionamiento directo que comprende un motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (52) que comprende un eje giratorio (56) conectado al ventilador (27) en donde el motor de imán permanente de baja velocidad variable y torque alto (50) se configura para tener un intervalo de velocidad de 0-250 RPM y potencia máxima de aproximadamente 133HP/100KW, un estator (94) y cojinetes (90, 92) , y un dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) para generar señales eléctricas que efectúa la rotación del eje giratorio (56) del motor (52) para hacer rotar el ventilador (27) , en donde el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) se configura para recibir señales de control que representan una velocidad de rotación del motor deseada, y en respuesta, generar señales eléctricas para su entrada en el motor (52) para provocar que el motor (52) opere a una velocidad de rotación que es sustancialmente la misma que la velocidad de rotación deseada, en donde el método de operación de la torre de enfriamiento húmedo comprende las etapas de:

medir las vibraciones de los cojinetes (90, 92) y proporcionar señales que representan las vibraciones medidas; medir calor del estator (94) y los cojinetes (90, 92) y proporcionar señales que representan el calor medido; medir el flujo de aire producido por el ventilador (27) y proporcionar señales que representan el flujo de aire medido; medir la temperatura de los fluidos en el depósito;

utilizar una computadora (300) para procesar las señales que representan (i) el calor medido del estator del motor (94) y de los cojinetes (90, 92) , (ii) las vibraciones medidas del cojinetes del motor (90, 92) , (iii) el flujo de aire medido, y (iv) la temperatura medida de los fluidos en el depósito; y generar señales de control para su entrada en el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) para ajustar la velocidad del motor (52) en respuesta a las señales procesadas.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8 que comprende además la etapa de generar señales de control para su entrada en el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable (50) para provocar la rotación en reversa del motor (52) .