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DESCRIPCION DE ACTIVIDADES

El fluido de perforación debe mantenerse dentro de los parámetros adecuados para

el éxito de la perforación. Estos parámetros son determinados bajo análisis y estudios de las

formaciones. El trabajo del ingeniero químico es mantener estos parámetros, esto lo logra

mediante algunas pruebas. Debe llevarse una bitácora de las propiedades, para

posteriormente realizar un reporte y mandarlo a los superiores.

Todas estas pruebas son llevadas a cabo en un pequeño laboratorio sobre las presas.

Pruebas constantes

Densidad del lodo

Las presiones de formación son contenidas por la presión hidrostática del lodo. La presión

hidrostática está en función de la profundidad y de la densidad del lodo. Este es el peso por

unidad de volumen y puede expresarse de diversas maneras: libras por galón (ppg), libras

por pie cúbico (pcf), peso específico (sg), kilogramos por metro cúbico (kg/m3), etc. En el

pozo de mi estadía se manejaba en gramos sobre cm cúbico (gr/cm3).

La densidad (comúnmente llamada peso del lodo) se mide con un instrumento llamado

balanza de lodos, la cual trabaja con una exactitud de ± 0.1lb/gal (ó 0.5 lb/pie3, 0.01g/cm

3,

10 Kg/m3). La balanza de lodos está diseñada de tal forma que la taza de lodo, en un

extremo del brazo, es balanceada por un contrapeso fijado en el otro extremo y un peso

montado deslizante libre para moverse a lo largo de una escala graduada. Un nivel de

burbuja está colocado en el brazo para permitir un balance preciso (M-I. 2001).

Calibración

1. Retirar la tapa del vaso y llenar completamente el vaso con agua pura o destilada.

2. Volver a colocar la tapa y secar con una tela.

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3. Colocar de nuevo el brazo de la balanza sobre la base, con el cuchillo descansando sobre

el punto de apoyo.

4. La burbuja de nivel debería estar centrada cuando el caballero está en 1 gr /cm3. Si no,

ajustar usando el tornillo de calibración en el extremo del brazo de la balanza. Algunas

balanzas no tienen tornillos de calibración y se requiere añadir o remover granallas de

plomo a través de la tapa de calibración.

Procedimiento

1. Quitar la tapa del vaso y llenar completamente el vaso con el lodo a probar.

2. Volver a poner la tapa y girar hasta que esté firmemente asentada, asegurándose que

parte del lodo sea expulsado a través del agujero de la tapa.

3. Limpiar el lodo que está fuera del vaso y secar el vaso.

4. Colocar el brazo de la balanza sobre la base, con el cuchillo descansando sobre el punto

de apoyo.

5. Desplazar el caballero hasta que el nivel de burbuja de aire indique que el brazo

graduado está nivelado.

6. En el borde del caballero más cercano al vaso, leer la densidad o el peso del lodo.

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Figura 27. Balanza de lodos.

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Viscosidad March o viscosidad de embudo

Esta viscosidad es utilizada como parámetro referencial para detectar los cambios relativos

en las propiedades del fluido. Carece de base científica y no proporciona suficiente

información para determinar la reología o las características de flujo de un fluido, pero si

permite detectar hasta cierto punto el grado de contaminación de los fluidos dispersos no

inhibidos., tipo lignosulfonato. Estos fluidos se caracterizan por presentar un estado de

floculación al ser afectados por cualquier tipo de contaminante y cuando esto sucede

aumenta considerablemente su viscosidad embudo.

Para las mediciones simples de viscosidad se emplea el embudo de March. Éste mide la

velocidad de flujo en un tiempo medido. La viscosidad del embudo es el número de

segundos requeridos para que 1000 ml de lodo pasen a través de un tubo de 3/16 de pulgada

de diámetro, colocado a continuación de un embudo de 12 pulgadas de largo con capacidad

de 1500 ml. El valor resultante es un indicador cualitativo de la viscosidad del lodo (M-I.

2001).

Tiene aberturas de 1/16 plg. (1.6 mm) y está fijada a un nivel de ¾ de plg. (19 mm) abajo

de la parte superior del embudo.

a) Jarra graduada: 1/4 de galón.

b) Cronómetro.

c) Termómetro.

Calibración

Llenar el embudo hasta la parte inferior de la malla (1500 ml) con agua dulce a 70 ±5°F. El

tiempo requerido para descargar 1 qt (946 ml) debería ser 26 ±0.5 segundos.

Procedimiento

1. Manteniendo el embudo en posición vertical, tapar el orificio con un dedo y verter la

muestra de lodo recién obtenida a través de la malla dentro de un embudo limpio, hasta

que el nivel del fluido llegue a la parte inferior de la malla (1500 ml).

2. Retirar inmediatamente el dedo del orificio y medir el tiempo requerido para que el lodo

llene el vaso receptor hasta el nivel de 1 qt (946 ml), indicado en el vaso.

3. Ajustar el resultado al segundo entero más próximo como indicación de viscosidad

March. Registrar la temperatura del fluido en grados Fahrenheit o Celsius.

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Tabla 4. Especificaciones del Cono del embudo

Longitud 12.0 plg. (305 mm)

Diámetro 6.0 plg. (152 mm)

Capacidad del fondo a la

malla

1500 cm3

Fuente: M-I. (2001)

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Tabla 5. Especificaciones del Orificio del embudo

Longitud 2.0 plg. (50.8 mm)

Diámetro interior 3/16 plg. (4.7 mm)

Tamiz Malla 12

Fuente: M-I. (2001)

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Figura 28. Embudo de March.

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Volumen

Es uno de los parámetros primordiales en el proceso de perforación. Con el podemos

aumentar la seguridad en el pozo ya que nos brinda información esencial en caso de algún

posible brote.

Si los niveles de lodo aumentan, significa que existe un brote de los fluidos de yacimiento,

los cuales se introducen en la perforación empujando al lodo, haciendo que aumenten los

niveles de volumen en las presas.

Otro indicador de infiltración de fluidos de yacimiento en los fluidos de perforación es en el

cambio de densidad.

Si los niveles de volumen disminuyen, se concluye que existe pérdida de lodo, el cual

penetra en la formación, disminuyendo así el nivel de lodo en las presas.

Para evitar estos problemas es necesario monitorear constantemente los volúmenes de las 3

presas por medio de una varilla graduada (M-I. 2001).

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Figura 29. Varilla de volumen

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Procedimiento

1- Apagar los agitadores de la presa.

2- Esperar unos segundos mientras el lodo se estabiliza

3- Introducir la varilla hasta tocar el fondo, colocándola de manera vertical.

4- Sacarla y medir el punto hasta donde llega el lodo adherido a la varilla. Esta medida está

dada en centímetros.

5- Multiplicar esta cantidad por 0.27 y se obtiene el resultado en m3. El producto de las

dimensiones del tanque es 27 m2, y ya que la altura está dada en cm sabemos que un

metro contiene 100 cm, por lo tanto el factor de conversión es de 0.27 y se obtiene un

resultado en m3.

6- Realizar el mismo procedimiento para las otras 2 presas.

7- Sumar los volúmenes de las tres presas para obtener el volumen total.

Todos estos parámetros mencionados anteriormente (densidad, viscosidad march y

volúmenes) deben ser registrados y medidos constantemente, aproximadamente cada 20

minutos o menos según convenga.

Pruebas diarias

Viscosidad Aparente

Para la viscosidad plástica se utiliza el centipoise. Éste es la resistencia al flujo del lodo

causado principalmente por la fricción de las partículas suspendidas, y también por la

viscosidad de la fase fluida. La viscosidad plástica es afectada por la concentración, tamaño

y forma de las partículas sólidas suspendidas en el lodo. Se relaciona con la máxima

concentración de sólidos arcillosos que acepta una mezcla de agua y bentonita sin alcanzar

el estado de floculación. Es utilizada en el campo para determinar el rendimiento de una

arcilla. En un fluido newtoniano la viscosidad aparente es numéricamente igual a la

viscosidad plástica (M-I. 2001).

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Viscosímetro de FANN

Los viscosímetros de indicación directa son instrumentos de tipo rotativo accionados por un

motor eléctrico o una manivela. El fluido de perforación está contenido dentro del espacio

anular entre dos cilindros concéntricos. El cilindro exterior o manguito de rotor es

accionado a una velocidad rotacional (RPM – revoluciones por minuto) constante. La

rotación del manguito de rotor en el fluido impone un torque sobre el balancín o cilindro

interior. Un resorte de torsión limita el movimiento del balancín y su desplazamiento es

indicado por un cuadrante acoplado al balancín.

Con el viscosímetro de velocidad variable FANN VG se pueden tomar 6 lecturas a

diferentes revoluciones por minuto (rpm) de la muestra de fluido que se desea determinar.

Básicamente consta de dos velocidades ALTA (HIGH) y BAJA (LOW), las cuales

accionando un embrague (CLUTCH) y por medio de un mecanismo de engranes permiten

seleccionar la velocidad de lectura que se requiere, como se indica en la tabla siguiente:

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Tabla 6. Velocidades del Viscosímetro FANN

ALTA (rpm) BAJA (rpm)

600 300

200 100

6 3

Fuente: M-I. (2001)

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Procedimiento.

a) Tomar una muestra del fluido de control del sistema de circulación (presa de

asentamiento o descarga del pozo en la línea de flujo). Anotar el origen de la

muestra.

b) Vaciarlo a través de la malla del embudo, para eliminar los sólidos indeseables.

c) Tomar y anotar la temperatura.

d) Sin tardar más de cinco minutos vaciar el fluido en el recipiente adecuado.

e) Colocar el recipiente en la base del viscosímetro de velocidad variable FANN VG

debajo de la camisa giratoria y sumergir la manga en la muestra del fluido hasta la

marca indicadora.

f) Se coloca la perilla en la velocidad de 600 rpm y se pone en marcha el instrumento.

g) Esperar a que el dial se estabilice y anotar la lectura que señale.

h) Para calcular la Viscosidad Aparente, dividir el valor de la lectura tomada entre 2 y

anotar su resultado en centipoises (cp)

Ecuación: µa = L600 / 2

Viscosidad plástica

Esta viscosidad forma parte de la reología de un fluido y es una medida de la resistencia

interna al flujo de fluido, atribuible a la cantidad, tipo y tamaño de los sólidos presentes en

un fluido. Esta actividad es una continuación de la práctica anterior (M-I. 2001).

Procedimiento.

a) A través de la prueba anterior se obtuvo la lectura a 600 rpm.

b) Sin parar el motor del viscosímetro, cambiar con la perilla la velocidad de rotación a

300 rpm.

c) Esperar a que el dial se estabilice y anotar la lectura. La viscosidad plástica se obtiene

restando a la lectura a 600 rpm el valor de la lectura a 300 rpm.

Ecuación: µp = L600 – L300

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Punto cedente

Propiedad reológica originada por las fuerzas de atracción entre partículas bajo condiciones

dinámicas o de flujo. Constituye la fuerza requerida para iniciar el flujo de un fluido no

Newtoniano. Es independiente del tiempo y generalmente está asociado con el modelo de

Bingham.

En esta práctica se utiliza el resultado de la práctica anterior, donde se determinó en

centipoises el valor de la viscosidad plástica (µp) (M-I. 2001).

Procedimiento.

1- Se anota el valor de la lectura a 300 rpm.

2- Se resta el valor de la viscosidad plástica.

3- El valor del punto de cedencia será dado en libras por cien pies cuadrados.

Ecuación: τo = L300 - µp (lb / 100 pie2)

Esfuerzo de gel

Propiedad reológica que mide las fuerzas de atracción entre partículas bajo condiciones

estáticas. Se relaciona con la capacidad de suspensión que adquiere el fluido cuando se

detiene la circulación a la vez, dicha capacidad depende también de la viscosidad a baja

tasa de corte y de la tixotropía del fluido (M-I. 2001).

Procedimiento

Para determinar la fuerza de gelatinosidad es necesario medirla en dos tiempos de reposo

diferentes ya que, generalmente varía según el tiempo en reposo que permanece el fluido.

El procedimiento es semejante en los dos momentos (A y B), previamente se deberá tomar

la temperatura en grados centígrados (°C).

Consiste en estos dos momentos:

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MOMENTO A:

1. A alta velocidad (600 rpm) agitar durante dos minutos.

2. Cambiar la velocidad a tres revoluciones por minuto (3 rpm).

3. Girar rotor lentamente en sentido opuesto a las manecillas del reloj (lectura a 3 rpm).

4. Se producirá una lectura del dial positiva, la deflexión máxima antes de romper la

gelatinosidad representará la resistencia de gel a CERO SEGUNDOS en lb/100 pie2.

MOMENTO B:

1. Perilla en neutral diez minutos en reposo.

2. Girar rotor lentamente en sentido opuesto a las manecillas del reloj (lectura a 3 rpm).

3. Se producirá una lectura del dial positiva, la deflexión máxima antes de romper la

gelatinosidad representará la resistencia de gel a DIEZ MINUTOS en lb/100 pie2.

Comentarios derivados de los momentos anteriores:

Reportar gel 0’ / 10’ en lb/100 pie2

Dónde:

Gel 0’ = gel a 0 minutos

Gel 10’ = gel a 10 minutos

Ejemplo

Gel 0’ / 10’ = 8 / 12 lb/100 pie2

Gel = 0. 667 lb/100 pie2

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Figura 30.Viscosímetro de FANN.

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Filtrado APAT

Para evitar daños a la formación en el manejo de los fluidos de control, es necesario estar

completamente seguros de la capacidad de filtrado y la capacidad para producir un buen

enjarre por parte del fluido de control con el que estemos trabajando.

El comportamiento de un fluido en relación al filtrado y enjarre varía según la temperatura

y presión a la que se encuentre sometido. La temperatura influye en la viscosidad y ésta

afecta la capacidad de enjarre del fluido. La presión es un factor importante para el filtrado,

ya que a mayor presión existe un mayor filtrado y posibles daños a la formación si no existe

un buen enjarre.

Por estas razones es necesario determinar la capacidad de filtrado y capacidad del enjarre a

alta presión y alta temperatura, con el fin de tener una idea clara de su comportamiento y

poder así controlar sus efectos en la formación.

Esta prueba se efectúa con el Filtrado APAT el cual es un filtro prensa de alta presión (500

lb/plg2 de diferencial de presión) y alta temperatura (149 °C = 300 °F) y consta de los

siguientes elementos:

Camisa de calentamiento accionada por corriente alterna y montada en su base.

Una cámara para la muestra diseñada para soportar presiones de trabajo de 1000

lb/plg2 con un área de filtración de 3.5 plg

2.

Un termómetro para lecturas de hasta 260 °C ( 500 °F)

Un regulador con manómetro para el conjunto superior con capacidad para regular

hasta 1000 lb/plg2

Una cámara presurizada donde se aloja el conjunto inferior, diseñada para soportar

contrapresiones de por lo menos 500 lb/plg2

.

Una probeta graduada para la recolección del filtrado.

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Procedimiento.

a) Conectar la camisa de calentamiento a la red de corriente con el voltaje adecuado,

asegurando el termómetro en el orificio correspondiente en la parte exterior de la

camisa.

b) Se calienta la camisa a 10 °F, por encima de la temperatura de prueba y se mantiene

ajustando el termómetro.

c) Tomar una muestra del fluido, agitar vigorosamente durante 10 minutos.

d) Vaciarla al interior de la cámara llenando únicamente hasta un centímetro del borde

superior.

e) Asegurar que la válvula inferior esté cerrada.

f) Colocar el papel filtro (Whatman no. 50 o su equivalente) sobre la pestaña del borde

superior.

g) Asentar la tapa de la cámara apropiadamente y asegurar los tornillos Allen.

h) Revisar que ambas válvulas se encuentren cerradas y colocar la cámara en la camisa

de calentamiento insertándolo con un movimiento giratorio.

i) Cambiar el termómetro de la camisa e insertarlo en el receptáculo correspondiente

en la cámara.

j) Colocar la unidad de presión sobre la válvula superior y asegurar con su perno.

k) Colocar la unidad receptora de baja presión sobre la válvula inferior y asegurar con

su perno.

l) Colocar debajo de la cámara de recolección la probeta graduada.

m) Aplicar 100 lb/plg2

de presión a ambas unidades.

n) Al alcanzar la temperatura de prueba abrir la válvula de presión girando ¼ de vuelta

en sentido opuesto al giro de las manecillas del reloj. CON ESTO SE INICIA LA

FILTRACIÓN. Ajustar la unidad de presión superior a 600 lb/plg2

o) La prueba debe durar 30 minutos y durante ese tiempo la temperatura debe

mantenerse en un rango de 146 a 151 °C (294.8 a 303.8 °F). EL FILTRADO SE

DRENARÁ DE LA CÁMARA RECEPTORA A LA PROBETA CUANDO LA

CONTRAPRESIÓN EXCEDA 100 lb/pg2

p) Una vez transcurridos los 30 minutos:

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Cerrar ambas válvulas.

Alojar el tornillo T del regulador de presión.

Recolectar todo el filtrado.

Descargar toda la presión de la unidad inferior y, posteriormente, la de la

unidad superior.

Remover la cámara de la camisa de calentamiento y enfriar a temperatura

ambiente y en posición vertical.

q) Mientras se enfría la cámara, medir la cantidad del filtrado multiplicando su valor

por dos, si es que la prueba se realizó en 7.5 minutos, reportar este resultado en

centímetros cúbicos y el valor de la temperatura a la cual se efectuó la prueba.

r) Una vez que la cámara se encuentre fría, descargar la presión con cuidado a través de

la válvula opuesta al papel filtro, y después abrirla del extremo opuesto eliminando

así cualquier presión existente.

s) Desarmar la cámara y eliminar el sobrante del fluido utilizado, lavar ligeramente el

papel filtro con enjarre, usando un líquido apropiado.

t) Medir su espesor y reportarlo en milímetros.

u) Lavar los componentes del equipo y guardarlos en un lugar seguro (M-I. 2001).

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Figura 31. Filtrado APAT

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Contenido de sólidos y líquidos

Debemos de tener en cuenta que la fase sólida se refiere a sólidos deseables que son

propiamente los que tiene nuestro fluido de perforación para obtener ciertas propiedades en

el mismo y son los que marcan normalmente las tablas que se aplican para su control. Por

lo tanto, todos los sólidos ajenos a éstos, llamados sólidos indeseables, se deben de

eliminar.

El análisis físico que nos proporciona dicha información para tomar una decisión, es por

medio de la “retorta”.

El funcionamiento de una retorta se basa en un proceso de destilación que consiste en

calentar la muestra de lodo hasta que se evaporen los componentes líquidos para luego

pasar a través de un condensador. El líquido es recogido y medido en un cilindro graduado

y el porcentaje de sólido, suspendido y disuelto, se obtienen por diferencia, es decir

restándole a 100% el porcentaje líquido.

PROCEDIMIENTO: RETORTA

1. Tomar el recipiente de la muestra del F. P. y confirmar que se encuentre limpio y seco.

2. Colocar lana de acero en el fondo del cilindro, en donde se enrosca el recipiente de la

muestra, suficiente para proporcionar un filtro de los vapores que pasan al condensador.

3. Llenar el recipiente de la muestra con el F. P., colocar la tapa y dejar que salga el exceso

de F. P. por el orificio central de la tapa.

4. Limpiar el recipiente por su parte externa y agregar grasa metálica en la rosca.

5. Enroscar el recipiente en el cilindro metálico.

6. Colocar el cilindro metálico en la cámara de calentamiento.

7. Colocar la probeta en la parte inferior del condensador.

8. Conectar la retorta.

9. Al terminar la destilación, retirar la probeta del condensador.

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10. Tomar las lecturas de los cm3 de líquidos (agua y aceite) y multiplicar cada uno por 10

para convertirlo a por ciento y la diferencia de la suma de estas dos cantidades con el

100%, es el resultado del por ciento de sólidos.

11. Dejar enfriar la retorta, desarmar el conjunto y limpiar cada una de sus partes, para tener

la retorta disponible.

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Figura 32. Retorta

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Potencial Hidrógeno

El instrumento se compone de un electrodo de vidrio de pared delgada, construido de un

vidrio especial, en el cual un electrolito y un electrodo están sellados por un electrodo de

referencias, que es una celda de Calomel saturado.

La conexión eléctrica con el fluido de control, se establece a través de una solución

saturada de cloruro de potasio contenida en el tubo que rodea la celda de Calomel.

El medidor de pH consta también de un amplificador electrónico.

El potencial eléctrico generado en el sistema, es ampliado operando la aguja del medidor

digital, que indica el valor del pH.

Procedimiento.

a) Se efectuarán los ajustes necesarios para poner el amplificador en funcionamiento y

se calibrará el medidor con las soluciones apropiadas.

b) Se lavaran y secaran los extremos de los electrodos.

c) Se vaciará una muestra de fluido de control recién agitada a un vaso de precipitados

introduciendo los electrodos.

d) Se Agitara el fluido alrededor de los electrodos, girando el recipiente.

¡PRECAUCIÓN! LOS ELECTRODOS JAMAS DEBEN FRICCIONAR LAS

PAREDES DEL RECIPIENTE.

e) Al estabilizarse el indicador, se tomará la lectura que indica el valor del pH,

conforme a las instrucciones previstas en el instrumento.

f) Al terminar la prueba, deben lavarse los extremos de los electrodos, vaciar la

muestra del fluido y lavar el recipiente.

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Figura 33. Medidor de pH

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Medidor de Emulsión Electrónico

Se usa un medidor de estabilidad eléctrica para medir la estabilidad relativa de una

emulsión de agua en aceite. Esta medición es realizada mediante el uso de un par de

electrodos de placa separados precisa y permanentemente, sumergidos en una muestra de

fluido. Se usa una fuente de alimentación de corriente continua (CC) para proporcionar un

voltaje de corriente alterna (CA) que es aplicado al electrodo según un régimen constante

de aumento del voltaje.

Procedimiento

1. Colocar en un contenedor una muestra filtrada a través de una malla de malla 12 (Malla

del Viscosímetro de March), verificando que el fluido haya sido bien agitado.

2. Calentar o enfriar la muestra a 120±5ºF (50±2ºC). Registrar la temperatura a la cual se

tomó la indicación de estabilidad eléctrica.

3. Después de verificar la limpieza del electrodo, sumergir el electrodo dentro del lodo.

Agitar manualmente la muestra con él, durante aproximadamente 10 segundos.

Mantener el electrodo inmóvil y evitar que el electrodo toque los lados o el fondo del

contenedor al leer la indicación.

4. Pulsar y mantener pulsado el botón hasta que el valor desplegado se estabilice. Registrar

el valor desplegado como estabilidad eléctrica (voltios).

5. Limpiar la sonda eléctrica y repetir la prueba. Las dos indicaciones no deberían diferir en

más de 5%. Si las indicaciones difieren en más de 5%, verificar el medidor y la sonda

eléctrica para detectar cualquier falla.

6. Registrar el promedio de las dos medidas como estabilidad eléctrica.

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Figura 34. Medidor Emulsión electrónica