Instrumentos Activos - Pasivos.
Instrumento Activo
Un
ejemplo es un indicador de nivel de un tanque como se muestra en la figura.
El
cambio de nivel en el tanque mueve el brazo de un potenciómetro y la señal de
salida consiste en una proporción de la fuente de voltaje externo aplicado en
las terminales del potenciómetro.
Instrumento Pasivo
En
este ejemplo es un dispositivo de medición de presión, la presión del fluido
se traduce en movimiento de un apuntador contra una escala. La energía gastada
moviendo el apuntador es derivada del cambio de presión medida, no hay otras
entradas de energía al sistema.
Exactitud y Presión.
Exactitud
Exactitud
es la extensión en la cual la lectura puede ser incorrecta y generalmente se
representa como un porcentaje de la escala completa de lectura de un
instrumento.
Precisión
Precisión
es un termino que describe el grado de libertad de un instrumento de alta
precisión, entonces la dispersión de las lecturas será muy pequeña.
ACCION DE CONTROL DIRECTA E INVERSA
Directa
La
acción directa se considera cuando a punto de ajuste constante, si la variable
aumenta, la salida aumenta.
Inversa
Se
considera cuando a punto de ajuste constante si la variable aumenta la salida
disminuye.
Alcance (SPAN)
Diferencia
algebraica entre los 2 valores alto y bajo de rango.
Autorregulación
Característica
inherente del proceso la cual lleva a una condición de equilibrio sin la
intervención de un control automático.
Banda Proporcional
La
gama de valores a través de los cuales la variable controlada debe cambiar para
causar que el elemento final de control se mueve de un extremo a otro.
Cavitación
Las
cavidades de vapor no pueden existir con una presión aumentada y son forzadas a
un colapso o implosión que produce ruido, vibración, daño físico.
Circuito de Control
Es
un sistema dentro del cual un cierto valor en magnitud debe ser mantenido dentro
de limites, preestablecidos. Un circuito de control automático (LOOP) puede ser
manual o automático.
Constante de Tiempo
Tiempo
transcurrido para alcanzar el 63.2% de un cambio cuando tenemos la estabilidad
en la medición.
Controlador Automático
En
un mecanismo que mide el valor de una cantidad o condición variable y opera
para mantenerla dentro de sus limites.
Posiciones
Acción
del controlador en el cual el elemento final de control es movido de una de las
posiciones fijas a la otra a valores determinadas de la variable controlada.
Efecto Peltier
Cuando
una corriente eléctrica es pasada por a través de dos metales diferentes, en
un sentido el calor es absorbido y la unión enfriada y en el sentido opuesto el
calor es liberado este efecto es reversible, es decir, si la unión se calienta
o enfría se genera una fem. en uno u otro sentido.
Efecto Thompson
En
un metal homogéneo se absorbe calor cuando una corriente eléctrica fluye en un
sentido y se libera calor cuando fluye en sentido contrario. Este efecto es
reversible de modo que se genera una fem. en uno u otro sentido si hay un
gradiente de temperatura en un metal homogéneo.
Elemento Final de Control
Es
la parte del circuito de control tal como una válvula de diafragma, motor de
palanca o calentador eléctrico, los cuales directamente varían al agente de
control; dispositivo que directamente cambia el valor de la variable manipulada
de un circuito de control.
Elemento Primario
La
parte de un circuito de control o instrumento que detecta primero el valor de
una variable de proceso, que asume una condición predeterminada y una salida.
El elemento primario puede ser separado o integrado con otro elemento funcional
del circuito de control. El elemento primario es también conocido como un
detector o sensor.
Instrumentos Analógicos y Digitales
Un
instrumento analógico proporciona una salida que varia continuamente conforme
cambia la cantidad que se esta midiendo.
La
salida puede tener un numero infinito de valores dentro del rango de medición
para el cual el instrumento fue diseñado, por ejemplo en un manométro de carátula,
conforme el valor de entrada, cambia el apuntador se mueve con un movimiento
continuo suave. Mientras que el apuntador puede estar en un numero infinito de
posiciones dentro de su rango de movimiento el numero de diferentes posiciones
que el ojo humano puede discriminar es muy limitado depende de las dimensiones
de la escala y de sus divisiones.
Un
instrumento digital tiene una salida que varia en pasos discretos y por lo tanto
solo puede tener un numero finito de valores. Un contador de revoluciones es un
ejemplo de un instrumento digital. En este caso se coloca una leva al cuerpo
cuyo movimiento esta siento medido por cada revolución que cumple, la leva abre
o cierra un interruptor, las operaciones de cerrado son contadas por medio de un
contador electrónico. El sistema solo puede contar revoluciones completas y por
lo tanto no registra cualquier movimiento que no complete una revolución.
Un
instrumento digital es ventajoso por que puede interfasarse directamente a una
computadora de control.
Elementos Primarios de Medición
Es
aquel que detecta el valor de salida o sea es la porción de los medios de
medición que primero utiliza o transforma la energía del medio controlado.
Los
elementos primarios de medición mas comunes son:
|
Temperatura
|
Termómetros bimétalicos.
Termómetros de vástago de vidrio.
Pirómetros de radiación ópticos.
Pirómetros de radiación infrarrojos.
Indicadores pirometricos.
Termómetros de cristal de cuarzo.
Sistemas termales.
Termopares.
Resistencias eléctricas
|
|
Presión
|
Tubo Bourdon.
Columnas.
Sensores electrónicos.
Diafragmas.
Fuelles.
Cápsulas.
Campanas
|
|
Flujo
|
Tubo pifot.
Magnético.
Turbina.
Bomba dosificadora.
Tubo venturi.
Derramadores
Tubo de Dali.
Tubo de Gentile.
Rotámetro.
Annubar.
Placa de orificio.
Tarjet
Remolino
Vortex, Etc
|
ACCION DE UN SISTEMA DE CONTROL
Directa
Cuando
al aumentar la variable la válvula debe cerrar.
Inversa
Cuando
al aumentar la variable la válvula debe abrir.
Sistemas Abiertos
Son
aquellos que no verifican o rectifican la salida del proceso, esto se refiere a
que en estos tipos de sistemas únicamente van a controlar las diferentes
variables antes del proceso o durante si.
Sistemas Cerrados
Son
aquellos sistemas en donde el aparato de control verifican la salida del
proceso. Para este tipo de sistemas se tiene mas control sobre el proceso.
Los
sistemas cerrados se clasifican en 2 tipos:
Sistemas Cerrados de Prealimentación.- Son aquellos sistemas donde el elemento primario de
medición ( este puede ser un termómetro o algún otro aparato) se encuentra
instalado antes de entrar al proceso y el medio que estamos controlando.
Sistemas Cerrados de Retroalimentación.- Son aquellos sistemas en donde el elemento primario
de medición, se encuentra en la salida del proceso y el medio que se esta
controlando.
Una
combinación de ambos se conoce como mixto.
La
figura 2 es un sistema de control cerrado de prealimentación; por que mide la
variable antes de entrar al proceso y modifica al agente de control para que la
variable controlada adquiera el valor deseado. La figura 3, sistema cerrado de
retroalimentación. Con la variable controlada (temperatura) medida en la salida
del proceso.
- Proceso
/ Punto de ajuste.
- Variable
controlada
- Elementos
primarios de medición.
- Medio
de medición.
- Transmisor.
- Señal
de medición.
- Controlador.
|
· Punto de
ajuste.
· Señal
controlada.
· Elemento
final de control.
· Agente de
control.
· Variable
manipulada
|
Proceso
El
o los equipos en los cuales la variable controlada va a ser contenida dentro de
ciertos valores predeterminados.
Variable de Proceso
Una
cantidad o condición física o química se varia en función del tiempo.
Variable Controlada
Es
una variable de proceso que es medida y/o controlada por un sistema de control.
Fluido de Medición
Un
fluido o energía que lleva la señal producida en el elemento primario o un
receptor, que puede ser un indicador, un registrador, un transmisor, etc.
Transmisor
Un
dispositivo que detecta la variable controlada a través de un elemento de
estado estable varia como una función predeterminada de la variable controlada.
Señal de Medición.
Señal
producida en un transmisor 5 elementos primarios y que es medida en forma de
presión, corriente, voltaje o energía electromagnética.
Controlador Automático
Un
dispositivo que mide el valor de una cantidad o condición variable y opera para
mantenerla dentro de sus limites.
Punto de Ajuste
Es
el valor de la variable controlada que se desea mantener y es ajustado mecánicamente
o por otro medio.
Señal Controlada
También
llamada salida del controlador, es una magnitud en presión, corriente o
voltaje, obtenida como resultado de una operación en el controlador.
Elemento final de control.
Es
la parte del circuito de control que directamente varia al agente de control.
Agente de Control.
Material
o energía del proceso que afecta el valor de la variable controlada y su
cantidad es regulada por el elemento final de control.
Variable Manipulada
Variable
del agente de control que se opera por el elemento final de control y
directamente cambia la energía del proceso.
Transductor
Es
un dispositivo que convierte un tipo de energía a otra o una carga o
movimiento.
En
la figura 4 se muestra el circuito para controlar el flujo de una solución química
(mezcla) el sistema cuenta con un controlador de flujo magnético.
Lo
que se quiere mantener constante y puede ser la alcalinidad o acidez de la
solución medidas por su PH, al variar el potencial de la solución el
transmisor de flujo magnético que posee mecanismos de control, a su vez, por
medio de una señal neumática acciona una válvula que puede regular o cerrar
el paso de la solución a la tubería de la alimentación.
Se
muestra un circuito de control sencillo; su funcionamiento es el siguiente, al
llegar el fluido al nivel preestablecido, el flotador sube y envía una señal
mecánica al controlador neumático que envía una señal neumática a la válvula
de entrada al tanque que cierra la alimentación.
El
circuito de control se utilizado para controlar la temperatura de un fluido que
es calentado por medio de un flujo de vapor, cuando la temperatura varia con
relación a un valor ya fijado, un elemento sensor de temperatura envía una señal
al controlador del sector, que a su vez por medio de una señal neumática
cierra la llave o válvula de alimentación de vapor.
Error
Es
la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento
y el valor real de variable medida.
Error Angular o de Linealidad
Aparece
en el centro de la gama cuando las lecturas son ciertas al principio y al final
de la escala.
Error Dinámico
Diferencia
entre el valor instantáneo de la variable y el valor leído por el instrumento
y es afectado por las condiciones dinámicas del proceso.
Error de Multiplicación
Se
presenta cuando incrementa o disminuye a lo largo de la escala.
Error Estático
Error
obtenido cuando el proceso esta en régimen permanente y la variable medida no
cambia su valor.
Error Lineal o de Cero
Es
constante a lo largo de la escala.
Errores de Medición
Se
tienen 2 familias de errores
1.
Propios del sistema.
2.
Por patrones falsos
2.
Los instrumentos de medición generalmente garantizan el 1% de precisión,
cuando se requiere mayor precisión implica mayor costo, hay cuidar que el patrón
cumpla con los requerimientos.
Hay
2 o 3 tipos de fuentes
Ruidos de Medición Interno.
Se
pueden meter a nivel de elemento primario (termopar), en la transmisión es
donde se introduce ruido ya que por ejemplo, el termopar mide bien pero en la
transmisión se introducen ruidos que afectan la medición.
-
- En
elementos primarios.
-
- En
todo lazo de comunicación.
-
- EN
elementos receptores (es donde existen mas errores)
Los
errores mas comunes son de interpretación y observación que son: paralaje,
interpolación, conocimientos del operador
Ruidos
Exteriores
Se
deben a perturbaciones del medio ambiente (ondas de radio, efectos electromagnéticos).
Todos los cables de instrumentación son blindados y torcidos para reducir la
influencia externa al mínimo en las cajas de conexión se tienen problemas de
mala conexión a tierra.
Tiempo
de Respuesta
La
mayoría de los instrumentos de medición están calibrados para que trabajen
como sistemas de 2° orden critico (sistema electromecánico), la constante de
tiempo del sistema, la mayoría de las variables físicas se calibran para
tiempo critico pero aun así tienen atraso.
Termistores
Los
resistores térmicos son dispositivos que se diseñan usualmente de manera que
su resistencia disminuya cuando aumenta la temperatura, se fabrican compuestos
llamados óxidos los cuales son combinaciones de oxigeno y metales, como magnético,
níquel, cobalto. Los termistores se presentan en varias formas:
Puesto
que la resistencia de un termistor cambia con la temperatura, funciona como un
resistor controlado por el calor y por ellos mismo puede emplearse como un
sensor de calor, este es un dispositivo que convierte los cambio de temperatura
en cambios correspondientes del valor de la corriente en un circuito.
Un
ejemplo de un circuito tal que se utiliza para mediciones de temperatura, se
muestra a continuación.
El
termistor, se conecta en serie con una pila seca ordinaria y con un ampérmetro,
cuando cambia la temperatura alrededor del termistor, cambia también el valor
de la corriente, la escala del medidor puede calibrarse o dividirse en grados de
manera que pueda realizarse una lectura de temperatura.
Transductor
Es
un dispositivo que convierte un tipo de energía a otra o una carga o
movimiento.
En
la figura 4 se muestra el circuito para controlar el flujo de una solución química
(mezcla) el sistema cuenta con un controlador de flujo magnético.
Lo
que se quiere mantener constante y puede ser la alcalinidad o acidez de la
solución medidas por su PH, al variar el potencial de la solución el
transmisor de flujo magnético que posee mecanismos de control, a su vez, por
medio de una señal neumática acciona una válvula que puede regular o cerrar
el paso de la solución a la tubería de la alimentación.
Se
muestra un circuito de control sencillo; su funcionamiento es el siguiente, al
llegar el fluido al nivel preestablecido, el flotador sube y envía una señal
mecánica al controlador neumático que envía una señal neumática a la válvula
de entrada al tanque que cierra la alimentación.
El
circuito de control se utilizado para controlar la temperatura de un fluido que
es calentado por medio de un flujo de vapor, cuando la temperatura varia con
relación a un valor ya fijado, un elemento sensor de temperatura envía una señal
al controlador del sector, que a su vez por medio de una señal neumática
cierra la llave o válvula de alimentación de vapor.
Error
Es
la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento
y el valor real de variable medida.
Error
Angular o de Linealidad
Aparece
en el centro de la gama cuando las lecturas son ciertas al principio y al final
de la escala.
Error
Dinámico
Diferencia
entre el valor instantáneo de la variable y el valor leído por el instrumento
y es afectado por las condiciones dinámicas del proceso.
Error
de Multiplicación
Se
presenta cuando incrementa o disminuye a lo largo de la escala.
Error
Estático
Error
obtenido cuando el proceso esta en régimen permanente y la variable medida no
cambia su valor.
Error
Lineal o de Cero
Es
constante a lo largo de la escala.
Errores
de Medición
Se
tienen 2 familias de errores
1.
Propios del sistema.
2.
Por patrones falsos
2.
Los instrumentos de medición generalmente garantizan el 1% de precisión,
cuando se requiere mayor precisión implica mayor costo, hay cuidar que el patrón
cumpla con los requerimientos.
Hay
2 o 3 tipos de fuentes
Ruidos
de Medición Interno.
Se
pueden meter a nivel de elemento primario (termopar), en la transmisión es
donde se introduce ruido ya que por ejemplo, el termopar mide bien pero en la
transmisión se introducen ruidos que afectan la medición.
-
- En
elementos primarios.
-
- En
todo lazo de comunicación.
-
- EN
elementos receptores (es donde existen mas errores)
Los
errores mas comunes son de interpretación y observación que son: paralaje,
interpolación, conocimientos del operador
Ruidos
Exteriores
Se
deben a perturbaciones del medio ambiente (ondas de radio, efectos electromagnéticos).
Todos los cables de instrumentación son blindados y torcidos para reducir la
influencia externa al mínimo en las cajas de conexión se tienen problemas de
mala conexión a tierra.
Tiempo
de Respuesta
La
mayoría de los instrumentos de medición están calibrados para que trabajen
como sistemas de 2° orden critico (sistema electromecánico), la constante de
tiempo del sistema, la mayoría de las variables físicas se calibran para
tiempo critico pero aun así tienen atraso.
Termistores
Los
resistores térmicos son dispositivos que se diseñan usualmente de manera que
su resistencia disminuya cuando aumenta la temperatura, se fabrican compuestos
llamados óxidos los cuales son combinaciones de oxigeno y metales, como magnético,
níquel, cobalto. Los termistores se presentan en varias formas:
Puesto
que la resistencia de un termistor cambia con la temperatura, funciona como un
resistor controlado por el calor y por ellos mismo puede emplearse como un
sensor de calor, este es un dispositivo que convierte los cambio de temperatura
en cambios correspondientes del valor de la corriente en un circuito.
Un
ejemplo de un circuito tal que se utiliza para mediciones de temperatura, se
muestra a continuación.
El
termistor, se conecta en serie con una pila seca ordinaria y con un ampérmetro,
cuando cambia la temperatura alrededor del termistor, cambia también el valor
de la corriente, la escala del medidor puede calibrarse o dividirse en grados de
manera que pueda realizarse una lectura de temperatura.
La
razón de estandardizar las gamas de las señales de salida de los transmisores
es poder interconectar instrumentos de diversas marcas y uniformizar los
receptores, esto permite a los receptores recibir señales de cualquier
variable, sin importar la gama de esas variables puesto que todos los
transmisores tienen salidas comunes.
Los
transmisores neumáticos constituidos de 3 partes principales
- Elemento
de medición.
- Amplificador
(RELIGHT).
- Fuelle
de retroalimentación.
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|
1° Letra
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|
2° Letra
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Variable medida(3)
|
Letra de Modificación
|
Función de lectura pasiva
|
Función de Salida
|
Letra de Modificación
|
|
A. Análisis (4)
|
|
Alarma
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|
|
B. Llama (quemador)
|
|
Libre (1)
|
Libre (1)
|
Libre (1)
|
|
C. Conductividad
|
|
|
Control
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|
|
D. Densidad o Peso especifico
|
Diferencial (3)
|
|
|
|
|
E. Tensión (Fem.)
|
|
Elemento Primario
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|
|
|
F. Caudal
|
Relación (3)
|
|
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|
|
G. Calibre
|
|
Vidrio (8)
|
|
|
|
H. Manual
|
|
|
|
Alto (6)(13)(14)
|
|
I. Corriente Eléctrica
|
|
Indicación o indicador (9)
|
|
|
|
J. Potencia
|
Exploración (6)
|
|
|
|
|
K. Tiempo
|
|
|
Estación de Control
|
|
|
L. Nivel
|
|
Luz Piloto (10)
|
|
Bajo (6)(13)(14)
|
|
M. Humedad
|
|
|
|
Medio o intermedio (6)(13)
|
|
N. Libre(1)
|
|
Libre
|
Libre
|
Libre
|
|
O. Libre(1)
|
|
Orificio
|
|
|
|
P. Presión o vacío
|
|
Punto de prueba
|
|
|
|
Q. Cantidad
|
Integración (3)
|
|
|
|
|
R. Radiactividad
|
|
Registro
|
|
|
|
S. Velocidad o frecuencia
|
Seguridad (7)
|
|
Interruptor
|
|
|
T. Temperatura
|
|
|
Transmisión o transmisor
|
|
|
U. Multivariable (5)
|
|
Multifunción (11)
|
Multifunción (11)
|
Multifunción (11)
|
|
V. Viscosidad
|
|
|
Válvula
|
|
|
W. Peso o Fuerza
|
|
Vaina
|
|
|
|
X. Sin clasificar (2)
|
|
Sin clasificar
|
Sin clasificar
|
Sin clasificar
|
|
Y. Libre(1)
|
|
|
Relé o compensador (12)
|
Sin clasificar
|
|
Z. Posición
|
|
|
Elemento final de control sin clasificar
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
- Para
cubrir las designaciones no normalizadas que pueden emplearse repetidamente
en un proyecto se han previsto letras libres. Estas letras pueden tener un
significado como primera letra y otro como letra sucesiva. Por ejemplo, la
letra N puede representar como primera letra el modelo de elasticidad y como
sucesiva un osciloscopio.
- La
letra sin clasificar X, puede emplearse en las designaciones no indicadas
que se utilizan solo una vez o un numero limitado de veces. Se recomienda
que su significado figura en el exterior del circulo de identificación del
instrumento. Ejemplo XR-3 Registrador de Vibración.
- Cualquier
letra primera se utiliza con las letras de modificación D (diferencial), F
(relación) o Q (interpretación) o cualquier combinación de las mismas
cambia su significado para representar una nueva variable medida. Por
ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dos variables distintas, la
temperatura diferencial y la temperatura, respectivamente.
- La
letra A para análisis, abarca todos los análisis no indicados en la tabla
anterior que no están cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir
el tipo de análisis al lado del símbolo en el diagrama de proceso.
- El
empleo de la letra U como multivariable en lugar de una combinación de
primera letra, es opcional.
- El
empleo de los términos de modificaciones alto, medio, bajo, medio o
intermedio y exploración, es preferible pero opcional.
- El
termino seguridad, debe aplicarse solo a elementos primarios y a elementos
finales de control que protejan contra condiciones de emergencia (peligrosas
para el equipo o el personal). Por este motivo, una válvula autorreguladora
de presión que regula la presión de salida de un sistema mediante el
alivio o escape de fluido al exterior, debe se PCV, pero si esta misma válvula
se emplea contra condiciones de emergencia, se designa PSV. La designación
PSV se aplica a todas las válvulas proyectadas para proteger contra
condiciones de emergencia de presión sin tener en cuenta las características
de la válvula y la forma de trabajo la colocan en la categoría de válvula
de seguridad, válvula de alivio o válvula de seguridad de alivio.
- La
letra de función pasiva vidrio, se aplica a los instrumentos que
proporciona una visión directa no calibrada del proceso.
- La
letra indicación se refiere a la lectura de una medida real de proceso, No
se aplica a la escala de ajuste manual de la variable si no hay indicación
de ésta.
- Una
luz piloto que es parte de un bucle de control debe designarse por una
primera letra seguida de la letra sucesiva I. Por ejemplo, una luz piloto
que indica un periodo de tiempo terminado se designara KI. Sin embargo, si
se desea identificar una luz piloto fuera del bucle de control, la luz
piloto puede designarse en la misma forma o bien alternativamente por una
letra única I. Por ejemplo, una luz piloto de marcha de un motor eléctrico
puede identificarse. EL, suponiendo que la variable medida adecuada es la
tensión, o bien XL. Suponiendo que la luz es excitada por los contactos eléctricos
auxiliares del arrancador del motor, o bien simplemente L.
- El
empleo de la letra U como multifunción en lugar de una combinación de
otras letras es opcional.
- Se
supone que las funciones asociadas con el uso de la letra sucesiva Y se
definirán en el exterior del símbolo del instrumento cuando sea
conveniente hacerlo así.
- Los
términos alto, bajo y medio o intermedio deben corresponder a valores de la
variable medida, no a los de la señal a menos que se indique de otro modo.
Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una señal de un
transmisor de nivel de acción inversa debe designarse LAH incluso aunque la
alarma sea actuada cuando la señal cae a un valor bajo.
- Los
términos alto y bajo, cuando se aplican a válvulas, o a otros dispositivos
de cierre apertura, se definen como sigue:
Alto:
indica que la válvula esta, o se aproxima a la posición de apertura completa.
Bajo:
Denota que se acerca o esta en la posición completamente cerrada.
Figuran
a continuación los símbolos a emplear en los planos y dibujos de representación
de instrumentos en los procesos industriales.
*Se
sugieren las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentación
(o bien purga de fluidos)
AS
Alimentación de aire.
ES
Alimentación Eléctrica.
GS
Alimentación de gas.
HS
Alimentación hidráulica.
NS
Alimentación de nitrógeno.
SS
Alimentación de vapor.
WS
Alimentación de agua.
**El
símbolo también se aplica también a cualquier señal que emplee gas como
medio de transmisión. Si se emplea un gas distinto del aire debe identificarse
con una nota al lado del símbolo o bien de otro modo.
***
Los fenómenos electromagnéticos incluyen calor, ondas de radio, radiación
nuclear y luz.