Seguimiento medidor de blancura Pulpa blanca a maquinas BT 5300.

Teoría

Brillo se refiere a la reflectancia de la componente azul de la luz en porcentaje, medida a una longitud de onda en torno a 457nm. La elección de la longitud de onda que se basa en la sensibilidad del ojo humano a la percepción de azules y amarillos. El brillo fue originalmente una prueba en la fabricación de papel para medir la efectividad del proceso de blanqueo en la eliminación de la pulpa de color amarillento. Cuando el papel se blanquea, la curva de reflectancia espectral aumenta más en la gama de azules y violetas, casi al punto de los 457nm. Esto también ha llevado a que se emplee la medición de brillo en ensayos de envejecimiento del papel, por la aparición de tonos amarillos conforme el papel es sometido al paso del tiempo y la luz.  

La mayoría de los papeles llamados “blancos” están en el rango de brillo 60 a 90%.

Descripción general

El BT 5300, está diseñado para el control y supervisión del blanqueo de la pulpa, con la ayuda de un método único para medir el brillo mediante un algoritmo programable por el usuario, el medidor de brillo puede calcular una señal de brillo compensando variables de proceso para poder ser usado en una variedad de procesos relacionados con el brillo de la pulpa.

El brillo de la pulpa es medido por cuatro leds de longitud de onda discreta (azul, verde, rojo e infrarroja). La luz de los leds es proyectada al proceso pasando a través de una ventana que en nuestro caso es de zafiro y se difunde en la pulpa, la luz dispersada se devuelve y es conducida por medio de fibra óptica a un foto detector, el cual retransmite esta información junto con señales de compensación a un circuito electrónico donde con ayuda de un algoritmo realiza los cálculos para así conocer la medición de blancura los cuales son transmitidos.

Análisis realizado

Verificaciones de laboratorio suministrados por el departamento técnico durante las revisiones realizadas al medidor de brillo de pulpa que va hacia maquinas Btg modelo BT 5300, nos han demostrado que el equipo responde de una manera correcta cuando se trabaja con una pulpa blanqueada con valores por encima de 84,9 ISO, y por debajo de 85,8 ISO, cuando nuestro proceso se encuentra por debajo o por encima de esos valores, la respuesta del equipo no es la mejor presentando desviaciones de hasta 1,5 ISO dato que se torna considerable teniendo en cuenta que la desviación máxima debe ser de 0,3 ISO.

Durante temporadas de invierno, se han observado constantes desviaciones con respecto a los valores arrojados por el laboratorio. Factores como la lluvia, la calidad del bagazo, o el proceso de lavado, la dosificación de químicos afectan considerablemente el brillo de la pulpa y el equipo tiene que estar en la capacidad de observar dichos cambios.

Diagnóstico

El primer paso que se realizó, fue verificaciones en conjunto con el departamento técnico, dichas pruebas fueron realizadas en temporada de lluvia durante 3 días y estos fueron los valores obtenidos.

Fecha Equipo de Medición % Laboratorio %14-may-

13 85 84,814-may-

13 85,5 84,614-may-

13 85,4 84,615-may-

13 84,9 83,515-may-

13 84,9 8415-may-

13 84,8 84,516-may-

13 85,1 84,716-may-

13 85,2 84,2           

promedio 85,1925 84,3625desviación 0,74

Verificando detalladamente los parámetros del instrumento, se evidencia que la salida numero 1 la cual va para pulpa y la salida número 2 que va para máquinas están configurados para que dicho resultado sea una mezcla de valores arrojados por el led azul, led verde, led rojo y led infrarrojo, o lo que se llama calibración MIX. Dicha configuración es seteada para que la medición de brillo sea lo más acertada al valor arrojada por el laboratorio.

Medidas a tomar

La calibración mix es considerada por el fabricante como método 2 de calibración, la mezcla de los colores azul y verde compensan variaciones en el color, por ejemplo el color amarillo teniendo en cuenta que el color se ve afectado por factores como la variación en la calidad del agua, se incluye también leds infrarrojos (NIR) para la compensación de variaciones en el flujo, floculaciones y consistencia, a su vez puede ser usado para la medición de partículas de tinta e impurezas en el medio. Para compensación de alta variación en la consistencia cuando se habla de valores por fuera de +/- 0.5 %, Btg recomienda el uso de un transmisor de consistencia externo y para la compensación se utilizada una entrada análoga disponible. La compensación se lleva a cabo por la siguiente fórmula matemática:

MIX (ISO) = Offset + ganancia x [mix factor x Blue (ISO) + mix factor x Green (ISO) + mix factor x NIR]

Donde:

MIX (ISO)= Resultado del brillo de la pulpa Offset = desviación de cero (valor de la variable de salida cuando la

variable de entrada es nula) Ganancia = constante de amplificación Mix factor = factor de mezcla obtenido de los valores arrojados de la

regresión matemática Blue, Green (ISO) = Medición de brillo para el led azul y para el led verde,

esta medición no contiene ningún factor que altere su dato, no confundir con señal virgen.

Nir (ISO) = Medición de compensación flujo y consistencia.

Para realizar el cálculo manual de las constantes como el offset y el mixfactor, se debe realizar una regresión lineal con una serie de datos que tienen que ser recolectados, tal y como lo muestra la siguiente tabla.

El análisis de regresión lineal utiliza las variables independientes (X), para estimar la variable dependiente (Y).Como (Y) depende de (X), será la variable que se va a estimar, explicar, predecir en función de la variable conocida (X).(X) es considera el valor que supuestamente ya se conoce, se le denomina variable explicativa porque se utiliza para explicar (Y).

RECOLECCION DE DATOS MEDIDOR DE BRILLO BTG BT 5300 PULPA HACIA TK´S 100 Y 200 TON

  VERIFICACIONES MEDICION INDEPENDIENTE BT 5300 SEÑAL VIRGEN BT 5300MUESTRA FECHA TECNICO VALOR LAB MIX DESVIACION CONSIST TEMP P TEMP L BLUE GREEN NIR BLUE GREEN NIR

# (DD/MM/AA) NOMBREY FICHA (ISO) (ISO) (ISO) % °C °C (ISO) (ISO) % (RAW RAW RAW

1                            2                            3                            4                            5                            6                            7                            8                            9                            10                            11                            12                            13                            14                            15                            16                            17                            18                            19                            20                            21                            22                            23                            24                            25                            26                            27                            28                            29                            30                            

Como se puede apreciar la recolección de datos es muy completa y contiene información como el valor de laboratorio, incluye también el valor mix (ISO), la consistencia del proceso, la temperatura del proceso proporcionada por el transmisor, la temperatura proporcionada por el laboratorio, la medición de brillo con el led azul y verde, la compensación de flujo y consistencia (NIR), y por último la señal virgen del instrumento, esta señal virgen es proporcional a la medición de brillo, tener en cuenta que para cada led hay un valor distinto.

La temperatura que mide el instrumento contra la temperatura que me suministra el laboratorio es un dato importante, pues el equipo presenta una dependencia de -0.05 ISO por cada grado Celsius.Esto significa que si tenemos una desviación en la temperatura de 20 °C, el equipo me proporcionara una desviación en la medición de brillo de -1 ISO.

Para el cálculo de regresión lineal se necesitan los siguientes datos:

En el eje de las ordenadas o eje Y vamos a ubicar el valor del laboratorio. En el eje de las abscisas o eje X vamos a ubicar los valores de brillo suministrados por

el led azul, verde e infrarrojo. El siguiente paso será realizar el cálculo ya sea manual usando la formula Y=bx+a, o

realizándola automáticamente por medio de Excel, donde vamos a habilitar el macro para realizar el cálculo, a continuación un ejemplo.

LABORATORIO (Y) BLUE (ISO) GREEN (ISO)

84,2 85,1 84,2

84,5 85,2 85,1

84,3 85 84,7

84,1 85,2 84,5

84,7 84,9 85,6

Después de los cálculos realizados en Excel donde se encontraran datos tales como promedios de (Y), promedios de (X), promedios de (X²), promedios de (Y²), errores típicos, probabilidades entre otros valores, para los cuales solo nos servirán los siguientes datos:

  CoeficientesIntercepción 73,13138587BLUE (ISO) -0,251358696GREEN (ISO) 0,38451087

En el cuadro anterior se puede encontrar los datos necesarios para realizar el ajuste a nuestro equipo donde la intercepción será el offset que debemos configurar en nuestro equipo 73,13, blue (ISO) será el mix factor blue, y Green (ISO) será mix factor Green, estos datos deben ser ingresados en el equipo para que este asuma la compensación.

A su vez en el documento de Excel podemos visualizar la curva de regresión, a continuación veremos la curva para el led azul:

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

f(x) = NaN x + NaNBLUE (ISO) Curva de regresión ajustada

LABORATORIO (Y)Pronóstico LABORATORIO (Y)Linear (Pronóstico LABORATORIO (Y))

BLUE (ISO)

LABO

RATO

RIO

(Y)

También con el cálculo obtendremos la ecuación de la recta que en el caso para el led azul es:

Y = - 1,0882 x + 176,95 Donde:

-1,0882 = pendiente 176,95 = es el valor de (Y) cuando (X) sea cero. X = valor a calcular

Ejemplo:

Cuál es el valor del laboratorio cuando el medidor de brillo me indica 85,4 ISO.

Y=-1,0882 x 85,4 ISO + 176,95 Y= 84,01 ISOEl valor de laboratorio será 84.01 ISO.

Al mismo tiempo si se desea, con Excel podemos ejecutar otra macro llamada correlación con los mismos datos, el cual nos determinara que led utilizar y que prioridad darle. Recordemos que el coeficiente de correlación es la intensidad de la relación lineal entre dos variables, en pocas palabras que tan fuerte es la relación entre estas (laboratorio vs instrumento) donde este coeficiente será un valor entre -1 y 1, se dice que se encuentra perfectamente correlacionado cuando está en esos valores cuando los valores están cerca de 0 se dice que la correlación es débil; los valores negativos indican que la relación es inversa y valores positivos que la relación es directa.

Ejemplo:

LABORATORIO (Y) BLUE (ISO) GREEN (ISO)84,2 85,1 84,284,5 85,2 85,184,3 85 84,784,1 85,2 84,584,7 84,9 85,6

Correlación:

  LABORATORIO (Y) BLUE (ISO) GREEN (ISO)LABORATORIO (Y) 1BLUE (ISO) -0,589160024 1GREEN (ISO) 0,940967744 -0,52071374 1

Representación en la gráfica de la correlación para el led azul:

84 84.1 84.2 84.3 84.4 84.5 84.6 84.7 84.884.75

84.8

84.85

84.9

84.95

85

85.05

85.1

85.15

85.2

85.25

R² = 0.347109533468547

BLUE (ISO)

Representación en la gráfica de la correlación para el led verde:

84 84.1 84.2 84.3 84.4 84.5 84.6 84.7 84.883.5

84

84.5

85

85.5

86

R² = 0.885420294903045

GREEN (ISO)

Con los resultados de las gráficas anteriores podemos deducir que el color de led que mejor respuesta va a proporcionar será el led verde pues su valor de correlación 0,940906 se aproxima más a 1 el cual es el valor ideal, a su vez el led azul tiene un factor de correlación de -0,58916 el cual es un dato un tanto alejado del punto -1.

Consideraciones a tener en cuenta

Antes de ejecutar el método número 2 de calibración, se debe realizar un procedimiento de referencia. Para el procedimiento de referencia se necesita un equipo patrón suministrado por BTG, el patrón de referencia es un equipo de forma cilíndrica el cual por una de sus caras me proporciona una medición de un valor bajo y por la otra cara un valor alto, cada uno de estos puntos se debe anexar a la curva de calibración, donde el punto numero 1 va a ser el valor bajo, y el punto numero 2 el punto de valor alto, los puntos desde el 3 hasta el 9, son puntos que se deben anexar con la pulpa de proceso, teniendo en cuenta que se debe realizar en compañía del departamento técnico.

Tabla con puntos de calibración medidor brillo pulpa a maquinas

N° Signal probe Valor %

Estado On/Off

1 0,3148 83,2 ON OFF2 0,3048 83,1 ON OFF3 0,3245 85,4 ON OFF4 0,3344 85,7 ON OFF5 0,3093 83,8 ON OFF6 0,3099 82,8 ON OFF7 0,3101 83,7 ON OFF8 0,3455 87,6 ON OFF9 0,3137 85,1 ON OFF

Como se puede observar en la tabla anterior, el equipo en sus primero 2 puntos no contiene los valores correspondientes a los patrones de referencia, por lo cual por este lado se empiezan a notar anomalías.

También recomiendo realizar un chequeo interno al sensor de blancura, chequeando que no exista presencia de humedad, verificando cableado interno, y midiendo test point en los puntos recomendados.

Por ultimo recomiendo tomar la mayor cantidad de datos del proceso para que sean anexados a la curva de calibración.

Para terminar, se debe realizar en conjunto al personal de control de procesos una nueva estrategia de regresión matemática con la fórmula matemática tratada anteriormente.