Clasificación de zonas peligrosas

Por qué es importante la clasificación

La clasificación de zonas peligrosas es el primer paso y el más importante en la protección contra explosiones. Todas las decisiones posteriores (selección de equipos, método de instalación, frecuencia de inspección, procedimientos operativos) dependen de que la clasificación sea correcta.

Si la clasificación es demasiado conservadora, se gastará más de lo necesario en equipos que no son necesarios. Si la clasificación es demasiado laxa, se corre el riesgo de que se produzca una ignición en zonas donde se han instalado equipos inadecuados.

La clasificación se rige por:

• IEC 60079-10-1: Clasificación de zonas con atmósferas explosivas gaseosas
• IEC 60079-10-2: Clasificación de zonas con atmósferas de polvo combustible
• Directiva 1999/92/CE (ATEX 137): requisitos de la UE para lugares de trabajo con atmósferas explosivas

El sistema de zonas

Las áreas peligrosas se clasifican en zonas en función de la frecuencia y la duración de la presencia de una atmósfera explosiva:

Zonas de gas/vapor

Zonas de polvo

Las áreas no peligrosas (a veces denominadas «áreas seguras» o «sin clasificar») son lugares en los que no se espera que se produzcan atmósferas explosivas.

El proceso de clasificación

La norma IEC 60079-10-1 define un proceso sistemático para la clasificación de gases y vapores. La misma metodología se aplica al polvo (IEC 60079-10-2) con ajustes para el comportamiento del polvo.

Paso 1: Identificar las fuentes de liberación

Una fuente de liberación es cualquier punto por el que pueden escapar a la atmósfera gases, vapores o líquidos inflamables. Las fuentes se clasifican según su frecuencia:

Para cada fuente, documente:

• Ubicación (coordenadas X, Y, Z o P&ID; referencia).
• Sustancia liberada (gas, vapor, niebla); véanse los grupos de gases.
• Tasa de liberación (kg/s o caudal volumétrico)
• Velocidad y dirección de liberación
• Propiedades de la sustancia (densidad relativa al aire, LEL, punto de ebullición, punto de inflamación) y temperatura de autoignición

Paso 2: Evaluar la ventilación

La ventilación determina la rapidez con la que se dispersa un gas liberado. La norma IEC 60079-10-1 evalúa la ventilación en función de dos factores:

Grado de ventilación

• Alto: ventilación continua y eficaz que reduce la concentración muy por debajo del LEL (grandes áreas abiertas, vientos naturales fuertes, ventilación mecánica potente)
• Media: ventilación controlada que diluye de forma fiable las emisiones durante el funcionamiento normal, pero que puede no evitar concentraciones transitorias por encima del LEL (sistemas típicos de ventilación interior).
• Baja: ventilación insuficiente para controlar la concentración de forma eficaz (espacios cerrados, zonas muertas, sumideros).

Disponibilidad de ventilación

• Buena: la ventilación es prácticamente continua (ventilación natural exterior, sistemas mecánicos redundantes).
• Aceptable: se espera ventilación durante el funcionamiento normal, pero son posibles interrupciones intermitentes (sistema mecánico único, ventilación natural dependiente del viento).
• Deficiente: no se puede confiar en la ventilación (movimiento de aire poco frecuente, sin respaldo mecánico).

La combinación del grado y la disponibilidad determina cómo se traduce el grado de liberación en el tipo y el alcance de la zona.

Paso 3: Determinar el tipo de zona

El anexo B de la norma IEC 60079-10-1 proporciona una matriz:

NE (alcance insignificante): si la ventilación es tan eficaz que el volumen peligroso es insignificante, la zona puede clasificarse como no peligrosa. Esto requiere una demostración cuantitativa y no es una suposición por defecto.

Paso 4: Determinar la extensión de la zona

La extensión de la zona es el volumen físico alrededor de una fuente de liberación donde podría existir una concentración inflamable. Depende de:

• Tasa de liberación: las tasas más altas crean volúmenes peligrosos más grandes
• Densidad del gas: los gases más pesados que el aire (propano, butano) se acumulan en niveles bajos; los gases más ligeros que el aire (hidrógeno, metano) se elevan y se dispersan
• Ventilación: una mejor ventilación reduce la extensión.
• Obstrucciones: las paredes, los suelos y los equipos pueden atrapar o canalizar los gases liberados.

La norma IEC 60079-10-1 proporciona un método de cálculo simplificado basado en el volumen hipotético (V_z):

Vz = f × (dG/dt) / (k × C × LEL)

Donde:

• f = factor de eficiencia basado en las características de ventilación
• dG/dt = tasa de liberación
• k = factor de seguridad (normalmente 0,25 para el umbral LEL)
• C = número de renovaciones de aire por unidad de tiempo

Para instalaciones complejas, se puede utilizar el modelado de dinámica de fluidos computacional (CFD) o el modelado de dispersión.

Clasificación para polvo (IEC 60079-10-2)

La clasificación del polvo sigue la misma metodología general, pero con consideraciones adicionales:

Nube de polvo frente a capa de polvo

• Nube de polvo: polvo combustible en suspensión en el aire en concentraciones superiores a la concentración mínima explosiva (MEC). Crea riesgo de explosión.
• Capa de polvo: polvo sedimentado que puede convertirse en una nube (por el viento, las vibraciones o el funcionamiento de los equipos) o inflamarse directamente por una superficie caliente.

Ambos deben evaluarse. Una zona 22 por riesgo de nube de polvo puede tener una zona 21 o incluso una zona 20 dentro de los equipos donde se procesa el polvo de forma intencionada.

Diferencias clave con respecto a la clasificación de gases

• Se debe tener en cuenta la temperatura de ignición de la capa (a menudo inferior a la temperatura de ignición de la nube).
• La limpieza es un factor crítico: la acumulación de polvo de más de 5 mm de profundidad suele requerir una reclasificación.
• El tamaño de las partículas afecta a la explosividad: las partículas más finas (< 500 µm) son más peligrosas.
• El contenido de humedad puede reducir la explosividad del polvo, pero no se debe confiar en él a menos que se controle.

Documentación: el plano de clasificación de áreas

El resultado del proceso de clasificación es un conjunto de planos de clasificación de áreas que muestran:

• Vistas en planta y alzados de la instalación.
• Ubicación y grado de cada fuente de liberación
• Tipo de zona (0, 1, 2 o 20, 21, 22) para cada área
• Extensión de la zona (límites horizontales y verticales)
• Grupo de gases y clase de temperatura de la atmósfera
• Detalles de ventilación (natural, mecánica, tasa)

Documento de protección contra explosiones (EPD)

En virtud de la Directiva 1999/92/CE, los empresarios deben elaborar un documento de protección contra explosiones que incluya:

• Identificación y evaluación de los riesgos de explosión
• Planos de clasificación de zonas
• Descripción de las medidas de protección (técnicas y organizativas)
• Justificación de la selección de equipos (adecuación de la categoría a la zona)
• Programas de mantenimiento e inspección
• Requisitos de formación del personal

El EPD debe mantenerse y actualizarse cada vez que se produzcan cambios en el proceso, el equipo o la disposición.

Ejemplos específicos del sector

Petróleo y gas: plataforma marítima

• Zona 0: Interior de separadores, depuradores, tambores de separación de antorchas (espacios de vapor)
• Zona 1: Áreas de cubierta abierta alrededor de cabezas de pozo, equipos de proceso, lanzadores/receptores de pigs, perímetro de refugio temporal
• Zona 2: Áreas adyacentes a los límites de la Zona 1, bastidores de tuberías con conexiones embridadas, bandejas de cables cerca de las áreas de proceso
• No peligrosas: Alojamientos (con presurización positiva), cubierta para helicópteros (excepto durante el repostaje)

Planta química: Almacenamiento de disolventes

• Zona 0: Interior de tanques de almacenamiento (espacio libre), áreas de contención con líquido estancado
• Zona 1: A menos de 3 m de las ventilaciones de los tanques, conexiones de llenado, juntas de bombas; dentro de las zonas con diques de contención
• Zona 2: entre 3 y 8 m de los límites de la zona 1 (varía según la ventilación), alrededor de las bridas y los vástagos de las válvulas.

Manipulación de cereales: Complejo de silos

• Zona 20: Dentro de silos, elevadores de cangilones, transportadores cerrados, ciclones
• Zona 21: Alrededor de los puntos de llenado de silos, fosos de recepción de camiones, estaciones de ensacado
• Zona 22: Áreas donde pueden acumularse capas de polvo (> 5 mm) y que podrían alterarse y formar una nube

Farmacéutica: recubrimiento de comprimidos

• Zona 1: Interior de las bandejas de recubrimiento cuando se utilizan recubrimientos a base de disolventes (IPA, etanol)
• Zona 2: Alrededor de los conductos de extracción, a menos de 1 m de las aberturas de las bandejas de recubrimiento
• Zona 21: Interior de granuladores, secadores de lecho fluido (nube de polvo durante el procesamiento).
• Zona 22: Áreas generales de procesamiento donde se manipula polvo fino.

Cabina de pintura

• Zona 1: Interior de la cabina de pulverización durante el funcionamiento (vapor de disolvente de la pintura)
• Zona 2: Área circundante dentro de un radio de 1-3 m de las aberturas de la cabina; conductos que transportan el aire extraído
• No peligroso: Áreas fuera del alcance de la extracción con ventilación general adecuada

Enfoque norteamericano: divisiones frente a zonas

Estados Unidos y Canadá utilizan dos sistemas paralelos en virtud del Código Eléctrico Nacional (NEC) y el Código Eléctrico Canadiense (CEC):

Sistema de divisiones (artículo 500 del NEC)

Sistema de zonas (artículo 505/506 del NEC)

NEC también admite el sistema de zonas IEC (0, 1, 2 y 20, 21, 22), utilizado principalmente en instalaciones que también operan bajo normas internacionales. Los equipos certificados según las normas IECEx pueden ser aceptados en instalaciones de zonas NEC.

Diferencia clave: el sistema de división solo tiene dos niveles (división 1 y 2), lo que lo hace menos granular que el sistema de zonas de tres niveles. La división 1 abarca lo que serían la zona 0 y la zona 1 en el sistema IEC, lo que requiere el nivel más alto de protección para un área más amplia.

Errores comunes de clasificación

1. Clasificar por tipo de equipo en lugar de por fuente de liberación

Enfoque correcto: empezar por la fuente de liberación (¿por dónde puede escapar el gas/polvo?), no por el equipo. Una bomba no es automáticamente Zona 1, sino que depende del tipo de junta, el historial de mantenimiento, la sustancia manipulada y la ventilación.

2. Ignorar las fuentes secundarias

Las conexiones con bridas, los vástagos de válvulas y las conexiones de instrumentos son fuentes secundarias. En una planta con cientos de bridas, ignorarlas puede dejar grandes áreas sin clasificar donde debería aplicarse la Zona 2.

3. Clasificar en exceso las áreas interiores

Las áreas interiores con buena ventilación mecánica pueden tener una extensión de zona reducida o incluso una clasificación no peligrosa. La norma permite tener en cuenta la ventilación, pero debe documentarse y mantenerse. Si el sistema de ventilación falla, la clasificación vuelve a ser la anterior.

4. Descuidar el comportamiento de los gases más pesados que el aire

El propano (densidad 1,52× aire), el butano (2,01× aire) y muchos disolventes se acumulan en zonas bajas: fosas, zanjas, sótanos, sumideros. La clasificación debe tener en cuenta el movimiento del gas, no solo la proximidad a la fuente.

5. Utilizar distancias aproximadas

Los códigos de prácticas de la industria (IP 15, IGEM, API RP 505) proporcionan extensiones de zona típicas como puntos de partida. Estas no son universales, sino que deben adaptarse a la instalación específica. Aplicar ciegamente «3 metros alrededor de una bomba» sin tener en cuenta el escenario real de liberación puede ser demasiado conservador o peligrosamente insuficiente.

6. No actualizar la clasificación después de los cambios

Las modificaciones en los equipos de proceso, las tuberías, los sistemas de ventilación o la distribución de los edificios pueden cambiar la clasificación. El EPD debe revisarse y actualizarse cada vez que se produzcan cambios.

¿Quién realiza la clasificación?

La clasificación debe realizarla un equipo competente que incluya:

• Ingenieros de procesos: conocimiento de las fuentes de emisión, las condiciones del proceso y las propiedades de las sustancias.
• Ingenieros eléctricos: conocimientos sobre la selección de equipos Ex y los requisitos de instalación.
• Ingenieros de seguridad: metodología de evaluación de riesgos y requisitos normativos.
• Personal de operaciones/mantenimiento: conocimientos prácticos sobre el comportamiento real de los equipos en servicio.

El jefe del equipo debe tener competencias específicas en clasificación de áreas (por ejemplo, módulo CompEx, formación IChemE o equivalente). En muchas jurisdicciones, el empleador es legalmente responsable de la clasificación, incluso si se delega en consultores.

Códigos de prácticas y directrices del sector

Varios organismos industriales publican directrices sobre clasificación de áreas con ejemplos prácticos y extensiones típicas de las zonas:

Extensión de la zona: distancias típicas

Estos son puntos de partida indicativos de los códigos de prácticas de la industria. Las extensiones reales deben calcularse o evaluarse para cada instalación específica.

Extensiones típicas de las zonas de gas (exteriores, ventilación adecuada)

Interiores: las extensiones de las zonas suelen ser mayores debido a la ventilación reducida. Si la ventilación es insuficiente, se puede clasificar toda la habitación.

Revisión y mantenimiento

La clasificación de áreas no es una tarea que se realiza una sola vez. Debe revisarse cuando:

• Cambios en los procesos: nuevas sustancias, caudales, presiones o temperaturas.
• Modificaciones en los equipos: sustitución de bombas, adición de bridas, desplazamiento de puntos de ventilación.
• Cambios en la distribución: construcción de paredes, cerramientos o eliminación de vías de ventilación.
• Incidentes: después de un derrame, una explosión o un conato de accidente
• Cambios normativos: actualización de normas o códigos de prácticas.
• Revisión periódica: normalmente cada 3-5 años como parte del sistema de gestión de la seguridad

Cualquier cambio que afecte a la fuente de fuga, la ventilación o la distribución física debe dar lugar a una revisión de la clasificación de la zona.

Resumen: Lista de verificación de la clasificación

1. ☐ Identificar todas las sustancias manipuladas (gas, vapor, polvo)
2. ☐ Determinar las propiedades de las sustancias (LEL, densidad, punto de inflamación, temperatura de autoignición, MEC del polvo, temperatura de ignición de la capa de polvo)
3. ☐ Localizar y clasificar todas las fuentes de emisión (continuas, primarias, secundarias).
4. ☐ Evaluar la ventilación (grado y disponibilidad).
5. ☐ Determinar el tipo de zona para cada área (zona 0/1/2 o 20/21/22).
6. ☐ Calcular o evaluar la extensión de la zona (horizontal y vertical).
7. ☐ Documentar en planos de clasificación de áreas
8. ☐ Identificar el grupo de gases y la clase de temperatura para cada zona
9. ☐ Preparar el documento de protección contra explosiones (EPD)
10. ☐ Seleccionar las categorías de equipos que se ajustan a cada zona
11. ☐ Establecer un calendario de revisión

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