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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