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DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES
REOLOGICAS
1. OBJETIVO
La presente práctica tiene por objetivo determinar las propiedades reológicas de
un lodo de perforación mediante el uso de un viscosímetro rotativo o Rheómetro.
2. FUNDAMENTO TEORICO
La Reología es el estudio de la viscosidad y las deformaciones en el flujo de un fluido de
perforación cuando este se encuentra en movimiento. Las propiedades
reológicas están definidas por el esfuerzo de corte τ y la velocidad de corte
D que son los factores que originan la composición de la viscosidad. La
reología de los fluidos es estudiada principalmente a través de la medida de
su viscosidad o su inverso la fluidez.
La viscosidad esta compuesta de dos variables que son! la viscosidad plástica "# y el
punto cedente o yield point $#.
La "iscosidad #lástica VP es la resistencia al flujo de un fluido de perforación causada
principalmente por la fricción entre las partículas suspendidas y la
viscosidad de la fase líquida continua. #ara propósitos prácticos la
viscosidad plástica depende de la concentración de sólidos presentes y del
tama%o y forma de las partículas que conforman estos sólidos.
&l #unto cedente YP $ield #oint #unto de fluencia es la resistencia al flujo causado
por la atracción molecular que es el resultado de la atracción de cargas
eléctricas positivas y negativas situadas en o cerca de la superficie de las
partículas bajo condiciones de flujo que dependen de!
- La viscosidad de la fase líquida continua
- 'el volumen de los sólidos en el fluido de perforación
- 'el volumen de fluidos dispersados (fluidos emulsionados)
- 'el n*mero de partículas por unidad de volumen del fluido de perforación
- 'e la forma de las partículas sólidas
- 'e la atracción o repulsión a) entre partículas sólidas b) entre sólidos y las fases
del fluido
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La viscosidad se define como la resistencia interna al flujo de un fluido. +ambién la
podemos definir como la relación del esfuerzo de corte a la velocidad de corte de un
fluido.
,iendo el esfuerzo de corte igual a!
A
F =τ
'onde - es la fuerza que act*a sobre el área .
La velocidad de corte!
dZ
dV D =
que es el deslizamiento en dirección de la fuerza -.
&ntonces la viscosidad es!
D
dZ
dV A
F
τ µ ==
/ndice de consistencia ( )n
++
=YP VP
VP 2YP ln4427 .1n
ó para lecturas en un viscosímetro rotatorio
=
300
600ln4427 .1n
τ
τ
/ndice de comportamiento de flujo ( )k
n511
YP VP k +=
ó para lecturas en un viscosímetro rotatorio
n
300
511k
τ =
#ara hallar la "# y el $# además de la viscosidad aparente seg*n las lecturas de un
viscosímetro rotatorio se tienen las siguientes fórmulas!
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"iscosidad #lástica 300600VP τ τ −= en [ ]cp
#unto 0edente VP YP 300 −=τ en
⋅ 2 ft 100
lbs
"iscosidad #lástica2
VAP 600τ
= en [ ]cp
Las condiciones reales de flujo no se conocen a profundidad en todo el circuito de fluidos
de perforación y tampoco pueden ser reproducidas estas condiciones con un simple
instrumento de uso en el campo consecuentemente por conveniencia las mediciones de la
reología son efectuadas bajo condiciones estrictamente arbitrarias.
Los fluidos pueden ser clasificados en 1e2tonianos y 1o 1e2tonianos. Los primeros son
aquellos que se comportan como fluidos ideales esto es sus componentes no tienen
cualquier interacción entre sí en cuanto a los 1o 1e2tonianos serían los fluidos reales.
1o e3isten naturalmente fluidos ideales más son solamente fluidos cuyo comportamiento
se apro3ima al ideal como es el caso de líquidos soluciones verdaderas diluidas y pocos
sistemas coloidales.
-L4/'5 1&6+51/15 $ 15 1&6+51/15
&n el fluido 1e2toniano solamente ocurren efectos de atracción mecánica y el nivel
energético de esas interacciones se apro3iman al nivel energético para ruptura y
formación de puentes de hidrógeno en un líquido. &n estos fluidos la gradiente D de
deformación es directamente proporcional a la fuerza o tensión aplicada τ siendo la
proporcionalidad dada intrínsecamente dependiente de la naturaleza del fluido. ,i la
viscosidad de un fluido es constante a temperatura y presión constantes e independiente
de la velocidad de corte el fluido es llamado ne2toniano por ejemplo el agua la glicerina
el alcohol.
&sa constante es el coeficiente de viscosidad h que representa el atributo mecánico
entre las capas hD=τ como el atributo por definición es independiente de la variación
de τ y de la gradiente D . 0uando estas interacciones entre los componentes dependen
de la velocidad de deformación causada por fuerzas e3ternas este fluido es llamado 1o
1e2toniano. esta categoría pertenecen la gran mayoría de los coloides hidrofílicos.
#ara estos sistemas el efecto de las temperaturas sobre la viscosidad varía con la
naturaleza más o menos hidrofílicas de los dispersiones.
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&l coeficiente de viscosidad h es llamado viscosidad aparente. &n los fluidos ne2tonianos
un valor de h caracteriza el fluido en cuanto para el 1o 1e2toniano el valor de h
varía con la fuerza aplicada produciendo diferentes tipos de comportamiento en función
de τ . ,i la viscosidad además de ser función de la temperatura y también de su presión
varía también con el esfuerzo de corte aplicada y en algunos casos con el trabajo previo
ejecutado sobre el líquido en este caso el fluido es llamado no ne2toniano por ejemplo
las suspensiones de arcilla lodos o fluidos de perforación. 0uando la fuerza aplicada
aumenta la fluidez del sistema o cesa baja su viscosidad independientemente del tiempo
de aparición de la fuerza tenemos un tipo de fluido que es llamado #seudoplástico y al
cesar la causa deformante el fluido vuelve a tener el valor de la viscosidad aparente
inicial .ho &n el caso opuesto cuando la fuerza disminuye la viscosidad aparente
aumenta por efecto de una fuerza uniforme aplicada al fluido. &n este caso el fluido al
ser sometido a la agitación aumenta su resistencia al movimiento volviendo a oh al cesar
la fuerza aplicada independiente del tiempo de aplicación de la fuerza es llamado
'ilatante.
#ara los fluidos #seudoplásticos y 'ilatantes las curvas pueden ser descritas por una
ecuación diferencial!nkD=τ
0uando ,hk ,1n == tenemos el fluido 1e2toniano cuando 1n > el fluido es dilatante y
será #seudoplástico cuando .1n < &l fluido dilatante es formado habitualmente por una
alta concentración de sólidos bien dispersados que e3hibe una curva de consistencia no
lineal y pasando por el origen. Los fluidos que presentan un flujo pseudo plástico son
líquidos espesos como el shampoo o también el diesel oil con bastante asfalto disuelto.
&n otros dos casos en que los efectos descritos y producidos por la aplicación de fuerza
e3terna de deformación perduran parcialmente cuando cesa la fuerza aplicada. &sto es el
fluido demora un tiempo mayor de aquel que fue aplicada la fuerza para volver al estado
inicial de oh tales fluidos son denominados +i3otrópicos y Reopécticos.
Los fluidos +i3otrópicos y Reopécticos e3hiben 7/,+&R&,/, esto es la viscosidad de los
sistemas sujetos a una fuerza t . &ntre los alimentos que presentan comportamientos
ti3otrópicos ésos son geles de pectina con bajo tenor de grupos 8e5 geles de alginatos y
ciertos tipos de miel. &l ti3otropismo puede ser atribuido a ligaciones de hidrógenos entre
las micelas coloidales rompidas por la agitación y que vuelven a formarse en el sistema enreposo.
Los fluidos plásticos que e3hiben un comportamiento semi sólido no
autodeformables y deformables por la aplicación de una fuerza superior a la fuerza
mínima son los llamados -luidos 9ingham. "irtualmente todos los fluidos de perforación
de base agua que contienen arcillas fluyen de una manera similar al 9inghan #lástico
como se indica en la figura. Los lodos de aceite tienden a presentar un flujo
pseudoplástico y tienen que ser formulados especialmente para impartir una conducta de
flujo plásticos. &n lodos con alto contenido volumétrico de sólidos la fricción entre
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partículas es incrementada debido a su roce continuo de una con otra. 9ajo esas
condiciones la viscosidad plástica siendo una medida de la fricción es incrementada
acompa%ada de un incremento en la viscosidad aparente. La disminución del diámetro
de las partículas también incrementa el valor de la viscosidad plástica debido a que se
incrementa el área de superficie y consecuentemente la fricción. &n todos los fluidos de
perforación e3iste un incremento en la superficie de las partículas debido a la acción
triturante del trépano durante la perforación.
&3isten varios métodos para disminuir la concentración de sólidos de un fluido de
perforación los cuales sirven para bajar las viscosidades plástica y aparente!
• &n muchos casos se a%ade agua para diluir los sólidos y así disminuir la fricción
entre partículas.
• 7acer correr el lodo por la zaranda remueve las partículas de gran tama%o
reduciendo la concentración de sólidos.
• &stas máquinas hacen una separación mecánica de las partículas de alta y baja
gravedad específica desechando las partículas de baja gravedad y disminuyendo la
concentración de sólidos.
• &sta máquina remueve mecánicamente la arena del lodo lo cual reduce la
concentración de sólidos.
3. MATERIALES Y EQUIPO
• 8uestra de lodo.
• Licuadora para agitar el lodo.
• Rheómetro completo.
&l equipo que se utilizó en laboratorio es el Rheometro que es un equipo que permite
obtener lecturas directas opera en forma rotacional por medio de un cilindro e3terno
(959) que es accionado por un operador haciendo girar un manubrio en forma circular
para obtener una velocidad angular que a través de un sistema de engranajes internos
produce velocidades de :;; y <;; revoluciones por minuto las cuales pueden ser
seleccionadas alternativamente por una palanca de cambios. &n laboratorio y en el pozo
se usan viscosímetros rotativos ("iscosímetro -ann Rheómetro etc.) como un medio de
evaluar cuantitativamente las propiedades reológicas "# y $# del lodo para tener un
control contínuo en la perforación.
4. PROCEDIMIENTO
• 0oloque el instrumento sobre una superficie bien nivelada y verifique que su
plataforma se encuentre bien asentada.
• 0olocar una muestra de lodo recientemente agitado en el recipiente de prueba y
colóquelo en la plataforma e3actamente debajo del cilindro rotatorio (959).
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• segure el peso en el interior del cilindro rotatorio.
• 0uando el cilindro rotatorio e3terior y la pesa interior están firmemente
aseguradas baje el conjunto hasta que esté sumergido en la muestra e3actamente
hasta la línea marcada en el cilindro rotor. #ara sostenerlo en esta posición
apriete la cerradura del tornillo (vuelta de tuerca) en la pata izquierda del
instrumento.
• 0oloque la palanca de cambios en baja velocidad (:;; R#8) subiendo esta hacia
arriba hasta que esta encaje dentro de su retenedor.
• 'é vueltas al manubrio (en sentido horario) de forma enérgica y constante por
un minuto o el tiempo necesario para que l lectura en el dial se estabilice y sea
constante (el tiempo requerido depende de la características de la muestra).
• 0uando la lectura sea constante registre ésta como el esfuerzo de corte a :;;
revoluciones por minuto ( ).300τ .
• Repetir el mismo procedimiento pro colocando l manubrio de la palanca de
cambios hacia abajo hasta que éste encaje dentro del retenedor esto significaráque esté a alta velocidad de <;; R#8.
• 0uando la lectura sea constante registre esta como el esfuerzo de corte a <;;
revoluciones por minuto como ( ).600τ Las mangas y el 959 del Rheómetro serán
lavadas después de cada operación.
5. DATOS EXPERIMENTALES
Lodo ! D"ns#d$d [ ] LP% 300τ 600τ
1 &,6 11 1'
2 &,57 25,5 35,5
Lodo ! [ ]cpVP
2 ft 100lbYP [ ]cpVAP
1 & 3 ',5
2 10 15,5 17,75
Lodo ! n k (
)#n ft
Vc
)#n *$l
+c
1 0,7&& 0,0&1 50',1& 171,16 162,432 0,477 1,302 7672,05 355,4' 337,35
0álculos.
• 0alcular las viscosidades plásticas y puntos cedentes para cada lodo.
LODO 1
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[ ]
[ ]cp &VP
cp 111'- VP
VP 300600
=
−=
−= τ τ
=
−=
−=
2
2
300
100ft lb 3YP
100ft lb &11- YP
VP YP τ
[ ]
[ ]cp 5 ,'VAP
cp 2
1'VAP
2VAP 600
=
=
=τ
LODO 2
[ ]
[ ]cp 10VP
cp 5 ,255 ,35- VP
VP 300600
=
−=
−= τ τ
=
−=
−=
2
2
300
100ft lb 5 ,15YP
100ft lb 105 ,25- YP
VP YP τ
[ ]
[ ]cp 75 ,17 VAP
cp 2
5 ,35VAP
2VAP 600
=
=
=τ
• 0alcular los índices de consistencia y de comportamiento de flujo para cada lodo.
LODO 1
7&& ,0n
11
1'.ln4427 ,1n
.ln4427 ,1YP VP
VP 2YP .ln4427 ,1n
300
600
=
=
=
+
+
= τ
τ
0&1 ,0k
511
11k
511511VP YP k
7&& ,0
n300
n
=
=
=+= τ
LODO 2
7&& ,0n
5 ,25
5 ,35.ln4427 ,1n
.ln4427 ,1YP VP
VP 2YP .ln4427 ,1n
300
600
=
=
=
++
=τ
τ
302 ,1k
511
5 ,25k
511511
VP YP k
477 ,0
n
300
n
=
=
=+
= τ
• 0alcular la velocidad crítica y el caudal crítico con cada lodo para un pozo con!
Diámetro del pozo DH = 8,5 plg
Diámetro de la tubería DP = 7,0 plg
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Para el lodo 1:
( )
( )
[ ] pie/min 16,171
18,509
18,509
60,8·)75,8(
788,0·081,0·81600
·)(
··81600
788,02
1
2
1
788,0
387,0
387,0
=
=
=
=
−
=
−
=
−
−
Vc
Vc
/ Vc
/
/
D D
nk /
n
L
n
P ϕ
( )
[ ]gal/min 43,162
5,24
75,8·16,171
5,24·
22
22
=
−=
−=
+c
+c
D DVc+c
P
Para el lodo 2:
( )
( )[ ] pie/min 49,355
18,509
05,7672
57,8·)75,8(
477,0·302,1·81600
·)(
··81600
477,02
1
2
1
477,0
387,0
387,0
=
=
=
=
−
=
−
=
−
−
VcVc
/ Vc
/
/
D D
nk /
n
L
n
P ϕ
( )
[ ]gal/min 35,337
5,24
75,8·49,355
5,24·
22
22
=
−=
−=
+c
+c
D DVc+c P
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2. Observaciones.
Se debe mover el maubrio a ua velo!idad !o"tate para #ue el dial idi#ue ua le!tura!o"tate$
De"pu%" de &a!er la medi!i' el dial "e de"plazaba detrá" del valor de !ero ( &abía #uemover el maubrio e "etido ati&orario para poerlo e !ero de uevo$
) la velo!idad de *00 +P el maubrio "e poe ma" duro ( "e debe u"ar ma(or -uerza
para &a!erlo girar$
3. Conclusiones.
Pudimo" determiar la" propiedade" reol'gi!a" de do" -luido" de per-ora!i' di-erete"
mediate el u"o de u +&e'metro ( lo" re"ultado" de vi"!o"idad plá"ti!a ( puto !edetepara !ada uo de ello" "o lo" "iguiete":
Lodo Nº VP [cp] YP [lb/100!2
]1 8 .
2 10 15,5
". Cues!ionario.
1. #Cu$l es la i%por!ancia de las propiedades reol&'icas en la peroraci&n(
/a" propiedade" reol'gi!a" d u -luido de per-ora!i' "o de gra importa!ia (a #ue o" da
idi!io" de !'mo "e !omporta el lodo e "u -luo, e" de!ir o" da la" !ara!terí"ti!a" de -luo de
el lodo$
/a" medida" de la vi"!o"idad plá"ti!a ( del puto !edete "o etremadamete tile" e ladetermia!i' de la !au"a de vi"!o"idade" abormale" e lo" -luido" de per-ora!i'$
2. #)u* es la viscosidad aparen!e(
/a vi"!o"idad aparete el la re"i"te!ia al -luo, debida a el !omportamieto !oloidal #ue tiee
lo" "'lido", e u -luido de per-ora!i'$ /a vi"!o"idad aparete o -luidez de u lodo "e !ompoe
de do" variable", la vi"!o"idad aparete ( el puto !edete$
3. Para +u* sirven los ,ndices de consis!encia - co%por!a%ien!o de luo.
3"to" ídi!e" "e u"a para realizar !ál!ulo" de &idráuli!a de per-ora!i' ( "irve para &allar
valore" de velo!idad !ríti!a ( !audal !ríti!o, e otro", !omo "e vi' e la parte de !ál!ulo"$
". eina lo +ue es sear ra!e relaci&n de cor!e o esuero cor!an!e.
3l "&ear rate o e"-uerzo !ortate e" la -uerza por uidad de área #ue "e e!e"ita para mover u
-luido a ua velo!idad de !orte determiada$
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4. 5iblio'ra,a.
ud 3geeerig 4 ag!obaruía de /boratorio 4 6iv$ mar Sal!edo
Lodo Nº Dendidad 300τ 600τ
1 8.4 [LPG] 36 45
2 1.062 [g/!!] 11.5 16.5
6. CALCULOS
1. "al!#la la$ %i$!&$i'a'e$ pl$i!a$ * p#n&$ !e'ene$ paa !a'a l&'&.
LD 1
( )[ ]cpVP 3645300600 −=−= τ τ [ ]cpVP 9=
( )
⋅
−=−=2100
936300600 ft
lbYP τ τ
⋅
=2
10027
ft
lbYP
[ ]cpVAP 2
45
2
600==
τ [ ]cpVAP 5.22=
LD 2
( )[ ]cpVP 5.115.16300600 −=−= τ τ [ ]cpVP 5=
( )
⋅
−=−=2100
55.11300600 ft
lbYP τ τ
⋅
=2100
5.6 ft
lbYP
[ ]cpVAP 2
5.16
2
600==
τ [ ]cpVAP 25.8=
2. "al!#la l&$ +n'i!e$ 'e !&n$i$en!ia * 'e !&mp&amien& 'e l#& paa !a'a l&'&.
LD 1
=
=
36
45ln4427.1
300
600ln4427.1
τ
τ n 32193.0=n
32193.0511
36
511
300==
nk
τ 83482.4=k
LD 2
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=
=
5.11
5.16ln4427.1
300
600ln4427.1
τ
τ n 52083.0=n
52083.0511
5.11
511
300==
n
k τ
44675.0
=k
3. "al!#la la %el&!i'a' !+i!a * el !a#'al !+i!& !&n !a'a l&'& paa #n p&& !&n
ime& 'el p&& () 8.5 p#lga'a$
ime& 'e la #e+a (P) 7.0 p#lga'a$
e'iane
( )n p D D
nk (
−
⋅⋅=
387.081600
( ) n2 / V −= 2
1
( )5.24
22
P 0 2 2
D DV +
−⋅=
&n'e a!& ('imen$i&nal)
! el&!i'a' !+i!a (pie$ p& min#&)
9! "a#'al !+i!& (gal&ne$ p& min#&)
LD 1
( ) 4.875.8
32193.083482.48160032193.0
387.0
⋅−⋅⋅
= ( 11099.26583= (
32193.02
1
11099.26583 −= V
=min
23449.433 p#"s
V
(5.24
75.823449.433
22 −⋅= +
=min
13069.411 %$l
+
LD 2
( ) 86282.875.8
52083.044675.08160052083.0
387.0
⋅−⋅⋅
= ( 20314.2587= (
52083.02
1
20314.2587 −= V
=min
88994.202 p#"s
V
( )5.24
75.823449.433
22 −⋅= +
=min
53841.192 %$l
+
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7. CUESTIONARIO
1. l "s l$ #)pot$nc#$ d" l$s pop#"d$d"s "ol*#c$s "n l$ p"fo$c#n8
9.: :$ imp&ane !&n&!e la$ p&pie'a'e$ e&l;gi!a$ paa ene #n #en !&n&l en la pe&a!i;n,
*a <#e e$a$ p&pie'a'e$ n&$ a*#'an a !al!#la l&$ pame&$ =i'#li!&$ 'el l&'&, !&m& la
%el&!i'a' 'e l#& 'el l&'&, el n>me& 'e ?e*n&l'$, la %el&!i'a' 'e !a+'a 'e l&$ e!&e$, el !a#'al!+i!&, %el&!i'a' !+i!a, e!.
2. +; "s l$ <#scos#d$d $p$"nt"8
9.: La %i$!&$i'a' apaene $e &iene 'e la $#ma 'el p#n& !e'ene * el '&le 'e la %i$!&$i'a'
apaene &'& 'i%i'i'& ene '&$, * !&m& $# n&me in'i!a e$ la %i$!&$i'a' apaene <#e m#e$an
l&$ l#i'&$ 'e pe&a!i;n p& $e #n l#i'& n& ne@&nian&.
3. P$$ =; s#<"n los >nd#c"s d" cons#st"nc#$ ? co)pot$)#"nto d" fl@o.
9.:L&$ +n'i!e$ 'e !&n$i$en!ia * !&mp&amien& 'e l#& e$an liga'&$ a l&$ !l!#l&$ 'e =i'#li!a
'e pe&a!i;n paa en!&na la$ %el&!i'a'e$ 'e l#&, el n#me& 'e ?e*n&l'$, la %el&!i'a' 'e
!a+'a 'e l&$ e!&e$, e!.
4. D"f#n$ lo =" "s sh"$ $t" -"l$c#n d" cot" "sf"Ao d" cot$nt".
9.: Ai !&n$i'eam&$ #n paalelep+pe'& 'e l#i'& '&n'e e$a a!#an'& #na #ea $&e #na 'e la$!aa$, en&n!e$ !&m& a &'a a!!i;n =a* #na ea!!i;n, $e &igina amiBn #na #ea 'e la mi$ma
magni#' * 'ie!!i;n pe& 'e $eni'& !&nai&. :n&n!e$ a la ela!i;n ene la #ea ee!i'a
$&e el ea '&n'e a!>a $e 'en&mina e$#e& !&ane.
8. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
pen'im&$ el mane& 'el ?=e;me&, 'n'&n&$ e$e apaa& le!#a$ 'ie!a$.
"&mp&am&$ <#e e$e mB&'& e$ m#* $en!ill&, * apli!ale en &!a p&&.
C$e%am&$ <#e el pime l&'& #ilia'& (!&n "a&gel) iene %i$!&$i'a' pl$i!a * *iel' p&inma*&e$ en !&mpaa!i;n 'el $eg#n'& l&'& (" P&l+me&),
DamiBn la$ %el&!i'a'e$ !+i!a$ * l&$ !a#'ale$ !+i!&$ $&n ma*&e$ paa el pime l&'& <#e
paa el $eg#n'&.
:n&n!e$ p&'em&$ !&n!l#i pin!ipalmene <#e la el&g+a e$ #na p&pie'a' e$en!ial 'e l&$l#i'&$, <#e 'ee $e !&n&la'&, paa p&'e a$+ ene #n me& !&n&l en la pe&a!i;n * 'e la
=i'#li!a 'el l#i'& pin!ipalmene.
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i$!&$ime& pe$#ia'&, ala empea#a, &'el& 1000
Viscosimetro automatizado de campo. Modelo 900, 115 V
PATENT PENDING - OFI Testing Equipment, In!
Viscosimetro 8 velocidades con caja de acarreo y fuente de poder,Modelo 800, 23011512V, 50!"0#z.
$eometro a manivela de 2 velocidades
FIG. 5 STORMERTY!E
"ISCOMETER
FIG. 6 DIRECTINDICATING
"ISCOMETER
8/12/2019 Propiedades reológicas del petroleo.doc
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%ensiometros de &orte
Viscosimetro de em'udo Mars(, plastico
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