Diseño en Atmósferas Explosivas

Atmósferas Explosivas · Clasificación de áreas

Clasificar un área peligrosa significa cuantificar cuánto, con qué frecuencia y por cuánto tiempo una sustancia inflamable puede formar una mezcla explosiva con el aire — y traducir esa probabilidad en una zona normativa (Zona 0/20, Zona 1/21, Zona 2/22) o división (Div 1, Div 2). Este artículo cubre los dos sistemas dominantes —IEC 60079-10 / ATEX y NEC 500–505 / API RP 500-505— con sus fórmulas, factores correctivos, figuras de aplicación y métodos avanzados de dispersión (CFD, ALOHA, PHAST).

Norma IEC 60079-10-1:2020 · 60079-10-2:2015 Norma NEC NFPA 70 Art. 500 / 505 Referencias API RP 500:2023 · API RP 505:2018 · NFPA 497:2024 ATEX Directiva 2014/34/UE
Contenido
  1. TL;DR — Resumen ejecutivo
  2. Marco normativo
  3. Método IEC — Zonas 0/1/2
  4. Grados de escape y ventilación
  5. Fórmulas IEC 60079-10-1
  6. Método NEC/API — Divisiones
  7. Grupos NEC vs ATEX
  8. Figuras API 500 y NFPA 497
  9. Factores de corrección por presión
  10. API 500 vs API 505
  11. Estudios de dispersión (CFD/ALOHA/PHAST)
  12. Polvos combustibles (Zonas 20/21/22)
  13. Certificación de personal
  14. Conclusión y referencias

01TL;DR — Resumen ejecutivo

Resumen ejecutivo

¿Qué requiere clasificar correctamente un área peligrosa?

La clasificación no es decorativa: define qué equipos eléctricos son legalmente instalables, qué métodos de protección Ex son válidos y qué nivel de pericia debe acreditar el responsable del estudio. Tres elementos rigen toda decisión: (a) identificación y caracterización de fuentes de escape; (b) evaluación cuantitativa de ventilación y dispersión; (c) selección de la metodología normativa apropiada al cliente, jurisdicción e industria.

  • Sistema IEC/ATEX — analítico: zonas 0/1/2 por frecuencia (h/año), método probabilístico (IEC 60079-10-1:2020).
  • Sistema NEC/API — prescriptivo: Div 1/2 mediante figuras y tablas preestablecidas (API RP 500:2023, NFPA 497:2024).
  • Dispersión computacional — CFD, ALOHA, PHAST cuando geometría compleja o consecuencias críticas justifican el modelado avanzado.
  • Certificación obligatoria — IECEx OD 504:2022 (sistema IEC) o NICET / sello PE (sistema NEC). Ambas son específicas de su sistema normativo y no son intercambiables.
  • Polvos combustibles — zonas 20/21/22 (IEC 60079-10-2) o Clase II Div 1/2 (NEC). Requieren parámetros adicionales: Kst, Pmax, MIE, MIT cloud/layer.

02Marco normativo

2.1Sistema internacional IEC / IECEx / ATEX

El sistema IEC es la referencia técnica global. Constituye la base de la normativa europea (ATEX), latinoamericana, asiática y de la mayoría de la industria offshore. Su característica distintiva es el enfoque probabilístico cuantitativo: se calculan caudales de escape, factores de ventilación y radios de zona en lugar de aplicar figuras preestablecidas.

DocumentoTítulo / alcanceEdición vigente
IEC 60079-10-1Clasificación de emplazamientos — Atmósferas explosivas de gasEd. 3:2020
IEC 60079-10-2Clasificación de emplazamientos — Atmósferas explosivas de polvoEd. 2:2015
IEC 60079-0Requisitos generales para equipos ExEd. 7:2017 (+AMD1:2021)
IEC 60079-14Diseño, selección y ejecución de instalaciones eléctricas ExEd. 6:2024
IEC 60079-17Inspección y mantenimiento de instalaciones ExEd. 6:2023
Directiva 2014/34/UEEquipos y sistemas de protección para atmósferas potencialmente explosivas (ATEX «equipos»)Vigente desde 20-abr-2016
Directiva 1999/92/CEProtección de trabajadores expuestos a atmósferas explosivas (ATEX «social»)Vigente
IECEx OD 504Esquema de certificación de competencia de personalEd. 2022
EN 1127-1Prevención y protección contra explosiones — conceptos básicosEd. 2019
⚠️
Atención: Directiva ATEX 94/9/CE está derogada La Directiva 94/9/CE (referenciada como «ATEX 95» en documentos antiguos y traspuesta al ordenamiento español por R.D. 400/1996) fue sustituida por la Directiva 2014/34/UE con aplicación obligatoria desde el 20 de abril de 2016 (R.D. 144/2016 en España). Cualquier especificación, expediente técnico o memoria que cite 94/9/CE como referencia vigente debe actualizarse.

2.2Sistema americano NEC / NFPA / API

El sistema NEC es prescriptivo: en lugar de calcular, el ingeniero selecciona una figura tipo del equipo y aplica las extensiones tabuladas. Las figuras provienen de pruebas empíricas acumuladas durante décadas en la industria petrolera estadounidense. Predomina en EE.UU., Canadá y la industria del oil & gas global.

DocumentoAlcanceEdición vigente
NFPA 70 (NEC) Art. 500Ubicaciones Clase I — sistema de DivisionesNEC 2023
NFPA 70 (NEC) Art. 505Ubicaciones Clase I — sistema de Zonas (alineado con IEC)NEC 2023
NFPA 70 (NEC) Art. 506Ubicaciones Clase II/III — Zonas 20/21/22 (polvos y fibras)NEC 2023
API RP 500Clasificación por Divisiones para instalaciones petrolerasEd. 4:2023
API RP 505Clasificación por Zonas para instalaciones petrolerasEd. 3:2018 (R2023)
NFPA 497Clasificación de líquidos, gases y vapores en plantas químicasEd. 2024
NFPA 499Clasificación de polvos combustiblesEd. 2024
NFPA 30Código de líquidos inflamables y combustiblesEd. 2024
NFPA 496Equipos eléctricos presurizados y purgadosEd. 2024
NFPA 33 / 34Aplicación de revestimientos por pulverización (inflamable/combustible)Ed. 2024
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Elección del sistema en proyectos internacionales En proyectos multinacionales suele predominar IEC como base con adaptaciones locales. En Latinoamérica el Código Nacional de Electricidad de cada país adopta NEC con modificaciones (Perú CNE 2011, Colombia RETIE, Brasil NBR adopta IEC). El sistema americano sigue dominando contratos con operadoras petroleras estadounidenses (ExxonMobil, Chevron, ConocoPhillips) aun fuera de EE.UU.

03Método IEC — Clasificación por zonas

IEC 60079-10-1:2020 clasifica los emplazamientos peligrosos en tres zonas según la probabilidad temporal de existencia de atmósfera explosiva de gas. La equivalencia con el equipo (EPL) y los métodos de protección Ex es directa.

Zona 0 · EPL Ga

Atmósfera continua

Atmósfera explosiva presente continuamente, durante largos períodos o frecuentemente. Orientativo: >1 000 h/año (>10 % del tiempo).

Ejemplo: interior de tanques de almacenamiento de hidrocarburos sobre el espejo líquido.
Zona 1 · EPL Gb

Atmósfera probable

Atmósfera explosiva probable durante funcionamiento normal. Orientativo: 10–1 000 h/año.

Ejemplo: salidas de respiraderos, válvulas de alivio, alrededor de sellos mecánicos de bombas.
Zona 2 · EPL Gc

Atmósfera improbable

Atmósfera explosiva improbable en funcionamiento normal y, si ocurre, solo por breve duración. Orientativo: <10 h/año.

Ejemplo: áreas circundantes donde solo por falla de un elemento de contención ocurre escape.
📊
Las cifras h/año son orientativas, no prescriptivas IEC 60079-10-1:2020 no fija umbrales horarios estrictos en sus cláusulas (las cifras 1 000 h y 10 h aparecen en la guía EI 15 «Energy Institute Model Code Part 15» y en API RP 505 §3.1.13, no como números obligatorios). El criterio normativo es cualitativo: «continua/probable/improbable durante funcionamiento normal». Los umbrales horarios son herramienta de consenso industrial.

04Grados de escape y ventilación

El método IEC parte de identificar fuentes de escape (release sources) en el proceso. Cada fuente se clasifica por su grado, lo que determina la zona generada antes de aplicar el factor de ventilación.

Grado Continuo → Genera Zona 0
Escape continuo o por períodos prolongados. Ejemplo: superficie de líquido inflamable en tanque abierto/atmosférico.
Grado Primario → Genera Zona 1
Escape periódico u ocasional durante operación normal. Ejemplo: drenajes operados manualmente, sellos de bombas con desgaste esperado.
Grado Secundario → Genera Zona 2
Escape infrecuente, solo por falla de un elemento de contención. Ejemplo: bridas, conexiones, sellos estáticos.

4.1Factor de efectividad de ventilación (f)

La ventilación reduce la concentración y extensión de la atmósfera explosiva. IEC 60079-10-1:2020 introduce el factor f (1 ≤ f ≤ 5) que ajusta el caudal volumétrico característico de la fuente para reflejar la eficacia real del aire disponible:

Tipo de ventilaciónFactor fDescripción
Local — extracción directa1,0Captación en la fuente; flujo perfectamente dirigido. Muy efectiva.
General mecánica2,0Renovación uniforme del aire del recinto. Patrón estándar industrial.
Natural5,0Aberturas, ventanas, vientos. Efectividad muy variable, modelo conservador.

Adicionalmente, IEC 60079-10-1 clasifica la disponibilidad de la ventilación en tres niveles:

  • Buena (Good): ventilación presente prácticamente continua. Reduce o degrada zonas.
  • Adecuada (Fair): ventilación presente durante operación normal; admite interrupciones cortas.
  • Pobre (Poor): no cumple ni «buena» ni «adecuada». No reduce zonas; puede inducir zonas más severas.

05Fórmulas de cálculo IEC 60079-10-1

IEC 60079-10-1:2020 (Anexo B y C) provee fórmulas para estimar el caudal másico de escape, el caudal volumétrico equivalente y la extensión de zona. Las ecuaciones siguientes son las formas simplificadas más usadas en clasificación industrial:

5.1Caudal másico de gas en régimen sónico

Régimen sónico (P_interna > 2 × P_ext, típ. P > 1,9 bar abs.)
G = 0,52 · Cd · A · P · √(M / T)
G = caudal másico (kg/s)  ·  Cd = coef. descarga (0,6–0,8)  ·  A = área orificio (m²)
P = presión absoluta gas (Pa)  ·  M = masa molecular (kg/kmol)  ·  T = temperatura abs. (K)

5.2Caudal volumétrico a condiciones normales

Q = (G · R · T) / (P0 · M)
Q = caudal volumétrico (m³/s)  ·  R = 8 314 J/(kmol·K)  ·  P0 = 101 325 Pa (atm)

5.3Radio de la zona peligrosa (método simplificado)

dz = 0,203 · √( Q / (LIE · k) )
dz = distancia hasta la concentración crítica (m)
Q = caudal volumétrico de escape (m³/s)
LIE = límite inferior de explosividad (fracción decimal de volumen)
k = factor de seguridad respecto al LIE (típico 0,25 → 25 % del LIE como umbral de Zona 2)
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Sobre las fórmulas y la edición 2020 La expresión dz = 0,203·√(Q/(LIE·k)) corresponde al modelo simplificado de difusión turbulenta. IEC 60079-10-1:2020 introdujo gráficas (Figuras C.1 y C.2) y la noción de release characteristic que sustituyen el cálculo directo del radio por consulta gráfica. Las fórmulas anteriores siguen siendo válidas como herramienta de screening y predominan en la práctica industrial; para diseño formal de instalaciones críticas debe seguirse el procedimiento gráfico de la edición vigente.

06Método NEC / API — Clasificación por divisiones

NEC Art. 500 (NFPA 70) define dos niveles de peligro y los detalla con figuras de aplicación en API RP 500 y NFPA 497. El enfoque es prescriptivo: en lugar de calcular extensión, el ingeniero identifica la figura aplicable y aplica las dimensiones tabuladas.

NEC 500.5(B)(1)

División 1

Atmósferas explosivas presentes en operación normal continua o intermitente, o donde fugas frecuentes pueden ocurrir, o donde fallas de equipos pueden liberar la mezcla simultáneamente con falla del equipo eléctrico.

Equivalencia IEC aproximada: Zona 0 + Zona 1 (más conservador)
NEC 500.5(B)(2)

División 2

Líquidos/gases inflamables manejados, procesados o usados en recipientes cerrados de los que solo escapan por rotura accidental o mal funcionamiento. Atmósfera improbable en operación normal.

Equivalencia IEC aproximada: Zona 2
↔️
La equivalencia Div ↔ Zona no es legalmente vinculante Aunque la traducción aproximada Div 1 ≈ Z0+Z1 / Div 2 ≈ Z2 es ampliamente aceptada como referencia técnica, ningún cuerpo normativo formaliza la equivalencia. NEC Art. 505 incorpora explícitamente el sistema de Zonas IEC dentro del NEC pero no permite mezclar clasificaciones de Art. 500 y Art. 505 en el mismo proyecto sin documentación explícita.

07Grupos de materiales — NEC vs. ATEX/IEC

NEC y IEC clasifican gases y vapores por su agresividad mediante dos parámetros: MESG (Maximum Experimental Safe Gap — máxima distancia entre superficies metálicas que no propaga la deflagración) y MIC (Minimum Igniting Current ratio respecto al metano). La correspondencia entre ambos sistemas no es uno-a-uno.

Grupo NECMESGMIC ratioEquiv. IEC/ATEXEjemplos típicos
A— (especial)IIC (especial)Acetileno (único gas)
B≤ 0,45 mm≤ 0,40IICHidrógeno, disulfuro de carbono, óxido de etileno
C0,45 – 0,75 mm0,40 – 0,80IIBEtileno, éter dietílico, monóxido de carbono
D> 0,75 mm> 0,80IIAPropano, gasolina, metano, butano
🔍
Diferencia técnica IEC vs. NEC en los límites MESG El sistema IEC usa los umbrales 0,55 mm (límite IIB/IIC) y 0,90 mm (límite IIA/IIB) — distintos a los 0,45 mm y 0,75 mm del sistema NEC. La causa son procedimientos de ensayo diferentes (cámara de 20 mL ASTM vs. cámara IEC 60079-1). Un gas en zona gris puede caer en grupos no exactamente equivalentes según el sistema. Para casos límite, verificar el certificado del equipo Ex contra la sustancia real del proceso.

08Figuras API 500 y NFPA 497

API RP 500:2023 contiene más de 100 figuras de clasificación para equipos petroleros típicos: bombas, compresores, intercambiadores, separadores, tanques, sistemas de carga, plataformas offshore. Cada figura muestra extensiones de División 1 y División 2 según geometría, ventilación y presión. NFPA 497:2024 cumple papel análogo para procesos químicos y petroquímicos.

8.1Procedimiento de aplicación

  1. Identificar el equipo o escenario Tanque API 650, bomba centrífuga, compresor reciprocante, separador, etc.
  2. Localizar la figura aplicable Consultar el índice de API RP 500-2023 (Anexo D) o NFPA 497 (capítulo 5).
  3. Determinar presión y aplicar factor Para P ≤ 740 psig las dimensiones son directas; para P mayor aplicar factor multiplicativo (§09 de este artículo).
  4. Trazar extensiones Div 1 y Div 2 Marcar los volúmenes/áreas correspondientes en planos de planta y elevaciones.
  5. Considerar ventilación adecuada vs. inadecuada La figura indica ambos casos; seleccionar según evaluación del recinto.
  6. Documentar en memoria de cálculo Figura aplicada, justificación, factores y dimensiones finales certificadas por profesional.

8.2Galería — Figuras API RP 500

Fig. 6 — Equipos de procesoAPI RP 500
API RP 500 Figura 6 — Equipos de proceso
Bombas, compresores y válvulas en plataformas y áreas de proceso. División 1 (zona interna) y División 2 (envoltura externa).
Fig. 7 — Carga de hidrocarburosAPI RP 500
API RP 500 Figura 7 — Sistemas de carga
Operaciones de carga/descarga de cisternas y recuperación de vapores en terminales.
Fig. 8 — Instalaciones offshoreAPI RP 500
API RP 500 Figura 8 — Instalaciones offshore
Plataformas marinas y espacios confinados; considera dirección de viento marino dominante.
Fig. 9 — Cisternas (cúpula)API RP 500
API RP 500 Figura 9
Carga y descarga de cisternas mediante sistema cerrado de transferencia a través de la cúpula.
Fig. 10 — Cisternas (sistema cerrado)API RP 500
API RP 500 Figura 10
Variante con sistema cerrado de transferencia de productos por la parte superior.
Fig. 11 — Cisternas (transferencia inferior)API RP 500
API RP 500 Figura 11
Carga y descarga mediante sistema cerrado por la parte inferior únicamente.
Fig. 12 — Sistema abiertoAPI RP 500
API RP 500 Figura 12
Sistema abierto de transferencia por parte superior o inferior; mayor extensión por exposición directa.
Fig. 13 — Sistema cerrado inferiorAPI RP 500
API RP 500 Figura 13
Sistema cerrado por parte inferior — configuración común en terminales de combustibles.

8.3Figuras de proceso (gas más pesado / más ligero que el aire)

Fig. 20API RP 500
API RP 500 Figura 20
Proceso ventilado adecuadamente, fuente de gas/vapor más pesado que el aire al nivel del suelo.
Fig. 21API RP 500
API RP 500 Figura 21
Proceso ventilado adecuadamente, fuente más pesada que el aire por encima del nivel del suelo.
Fig. 22API RP 500
API RP 500 Figura 22
Proceso con ventilación inadecuada, fuente más pesada que el aire — extensión incrementada.
Fig. 23API RP 500
API RP 500 Figura 23
Cubierta para compresor, ventilación adecuada, fuente de gas más ligero que el aire.
Fig. 24API RP 500
API RP 500 Figura 24
Proceso ventilado adecuadamente, fuente más ligera que el aire.
Fig. 25API RP 500
API RP 500 Figura 25
Refugio para compresores, ventilación inadecuada, gas más ligero que el aire.
Fig. 26API RP 500
API RP 500 Figura 26
Proceso con ventilación inadecuada, fuente más ligera que el aire — extensión hacia el techo.
Fig. 27API RP 500
API RP 500 Figura 27
Separadores API, DAF (flotación por aire disuelto) y unidades BIOX (oxidación biológica).
Fig. 28API RP 500
API RP 500 Figura 28
Torres de refrigeración con proceso mecánico — clasificación del agua de refrigeración.

8.4Figuras NFPA 497 — Procesos químicos

NFPA 497 Fig. 5.10.6NFPA 497:2024
NFPA 497 Figura 5.10.6
Estación de llenado de bidones en exterior o interior adecuadamente ventilado, material líquido inflamable.
NFPA 497 Fig. 5.10.8cNFPA 497:2024
NFPA 497 Figura 5.10.8c
Almacenamiento de hidrógeno líquido: tanque y vaporizador.
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Cuándo usar NFPA 497 vs. API RP 500
  • NFPA 497 → procesos químicos, petroquímicos, plantas farmacéuticas, laboratorios
  • API RP 500 → upstream/midstream petrolero (E&P, refinación, terminales)
  • Para cabinas de pintura, complementar con NFPA 33; laboratorios con NFPA 45
  • En proyectos petroleros con plantas químicas anexas: ambos documentos son aplicables por zonas distintas

09Factores de corrección por presión (API RP 500:2023)

Las figuras de API RP 500 están dimensionadas para presiones bajas (≤ 740 psig, típica clase ANSI 300). Para presiones mayores, las extensiones de zona se multiplican por el factor correspondiente:

CategoríaServicios típicosRango de presión (psig / kPa)Factor
Baja PresiónSeparación LP, eliminación de agua libre, recuperación de vapores, sistema combustible0 – 740 (0 – 5 102 kPa)
ANSI 300
1,0
Presión MediaSeparación MP, compresión de gas741 – 1 480 (5 109 – 10 204 kPa)
ANSI 600
1,5
Alta PresiónSeparación HP, manifold, líneas de flujo, deshidratación, medición, exportación1 481 – 2 220 (10 211 – 15 306 kPa)
ANSI 900
2,5
Muy Alta PresiónSeparación VHP, compresión, procesamiento submarino2 221 – 3 705 (15 313 – 25 545 kPa)
ANSI 1500
3,5
Ultra-Alta PresiónSeparación UHP, tie-back submarino, exportación3 706 – 6 170 (25 552 – 42 541 kPa)
ANSI 2500
4,0
⚠️
Restricciones de aplicabilidad de los factores Los factores de corrección NO se aplican a: (a) petróleo pesado con < 14° API; (b) sistemas de baja presión y bajo volumen; (c) corrientes con alto contenido de agua, CO₂ o sulfuro de hidrógeno (H₂S). En estos casos debe realizarse análisis específico de la fuente de escape.

10API RP 500 vs. API RP 505

API publica dos documentos paralelos para clasificación: el RP 500 sigue la lógica de Divisiones (NEC Art. 500) y el RP 505 la lógica de Zonas (NEC Art. 505 / IEC 60079-10-1). Cubren los mismos equipos pero con vocabulario y granularidad distintos.

AspectoAPI RP 500 (División)API RP 505 (Zona)
Marco baseNEC Art. 500NEC Art. 505 / IEC 60079-10-1
ClasificaciónDivisión 1, División 2Zona 0, Zona 1, Zona 2
MétodoFiguras prescriptivasFiguras + cálculos opcionales
FlexibilidadMenorMayor (admite ingeniería detallada y CFD)
Uso típicoEE.UU. tradicional, downstreamInternacional, offshore, contratos IEC-compatibles
Edición vigente4ª edición, 20233ª edición, 2018 (reafirmada 2023)

11Estudios de dispersión computacional

Cuando la geometría es compleja (offshore, espacios confinados, plataformas con obstáculos), las fuentes de escape son múltiples o las consecuencias críticas justifican la inversión, los métodos prescriptivos se complementan con modelado computacional. Tres enfoques dominan el mercado:

Software comercial / open

CFD — Computational Fluid Dynamics

Resolución numérica de Navier-Stokes en malla discretizada. Software: ANSYS Fluent, STAR-CCM+, OpenFOAM, FLACS (especializado en explosiones).

Cuándo: geometrías complejas, validación final, casos críticos
EPA / NOAA — gratuito

ALOHA

Modelo gaussiano + DEGADIS (gas denso) para respuesta a emergencias. Forma parte del suite CAMEO. Base de datos de ~1 000 sustancias.

Cuándo: screening rápido, planes de emergencia, análisis preliminar
DNV — comercial

PHAST

Suite QRA completa: dispersión + explosión + incendio + efectos tóxicos. Modelo UDM (Unified Dispersion Model) cubre todos los regímenes.

Cuándo: QRA industrial, dossier RAGAGEP, diseño detallado

11.1CFD — etapas del estudio

  1. Preprocesamiento Geometría 3D de la instalación; malla con refinamiento en zonas críticas (skewness < 0,85, aspect ratio < 5:1). Condiciones de contorno: inlet, outlet, paredes no-slip, simetrías.
  2. Configuración del solver Modelos de turbulencia: k-ε (la mayoría de aplicaciones industriales), k-ω SST cerca de paredes. Propiedades del gas: densidad, viscosidad, difusividad. Residuales objetivo < 10⁻⁴.
  3. Simulación Cálculo iterativo. Duración horas/días según tamaño de malla (típico 500 000 – 5 000 000 celdas). Monitoreo de convergencia: residuales + balance de masa.
  4. Postprocesamiento Contornos 2D e isosuperficies 3D de concentración. Identificación de envolventes al 25 % LIE (límite Zona 2) y 50 % LIE (Zona 1).
  5. Validación Comparación con datos experimentales (Thorney Island, Burro, Maplin Sands) o con cálculo IEC como verificación cruzada. Análisis de sensibilidad.
Fig. CFD-1 — Malla tetraédricaDiscretización numérica
Malla CFD tetraédrica para instalación offshore
Malla tetraédrica de una plataforma offshore con refinamiento cerca de fuentes de escape. El refinamiento apropiado captura gradientes de concentración cerca de la fuga.
Fig. CFD-2 — Contornos de concentración% LIE
Resultado CFD — contornos de concentración
Contornos de propano en planta offshore. Rojo > 100 % LIE, naranja 50–100 %, verde 25–50 %, azul < 25 %. Isosuperficie negra: límite Zona 2 (25 % LIE). Nótese la extensión hacia sotavento.

11.2ALOHA — datos requeridos

CategoríaParámetros
Sustancia químicaNombre o CAS number; el software carga PM, punto de ebullición y presión de vapor automáticamente
Escenario de liberaciónTipo (fuga directa, evaporación, charco); tasa (kg/s) o volumen total; duración; T y P del material
MeteorologíaVelocidad y dirección de viento; clase de estabilidad atmosférica Pasquill-Gifford (A muy inestable → F muy estable, D = neutra típica); temperatura y humedad
TopografíaTipo: urbano (rugoso) / rural (campo abierto) / agua; obstáculos mayores
Fig. ALOHA — Threat zoneEPA/NOAA
ALOHA threat zone — liberación de cloro
Zona de amenaza para liberación de cloro. Tres niveles AEGL: rojo (AEGL-3, > 20 ppm), naranja (AEGL-2, 2–20 ppm), amarillo (AEGL-1, 0,5–2 ppm). Forma elíptica = dirección del viento dominante.

11.3PHAST — capacidades

  • Modelado de fuente Fugas de gases comprimidos, líquidos presurizados, fugas bifásicas, evaporación de charcos, despresurizaciones súbitas, flashing.
  • Dispersión atmosférica Modelo Gaussiano para gases ligeros + UDM (Unified Dispersion Model) con transiciones automáticas para gas denso.
  • Efectos de explosión TNT equivalente (simple) y Multi-Energy Method (preciso). Curvas de sobrepresión vs. distancia.
  • Efectos térmicos Pool fire, jet fire, flash fire, BLEVE. Cálculo de radiación térmica recibida (kW/m²).
  • Efectos tóxicos Dosis acumulada por ecuaciones probit; curvas de letalidad según exposición.

11.4Comparativa CFD vs. ALOHA vs. PHAST

CaracterísticaALOHAPHASTCFD
CostoGratuitoUSD ~15–30k/año (licencia)USD ~30–100k+/año + cómputo
Curva de aprendizajeFácil (horas)Moderada (días–semanas)Difícil (semanas–meses)
Tiempo de cálculoSegundos–minutosMinutosHoras–días
Geometrías complejasNoLimitadoSí (completo)
Base de datos~1 000 químicos~3 000 químicosDefinido por usuario
Uso típicoRespuesta a emergencias, screeningQRA industrial, diseño detalladoOptimización, casos críticos
🎯
Selección práctica de método
  • Diseño preliminar / brownfield: método de áreas (IEC 60079-10-1 o API RP 500/505)
  • Plan de respuesta a emergencia: ALOHA (gratuito, rápido)
  • QRA industrial completo: PHAST (estándar del mercado)
  • Validación de instalación compleja: CFD (precisión máxima)
  • Offshore crítico: CFD + PHAST en paralelo

12Polvos combustibles — Zonas 20/21/22

Los polvos combustibles —harina, azúcar, carbón, aluminio, plásticos, biomasa— forman atmósferas explosivas cuando se dispersan en aire. La clasificación según IEC 60079-10-2:2015 usa Zonas 20/21/22 análogas a las de gas (presencia continua, probable, improbable). En sistema americano: NEC Art. 500 Clase II / Art. 506 Zonas 20-22 / NFPA 499:2024.

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Pentágono de explosión vs. triángulo Los gases requieren tres elementos para explosión: combustible + oxidante + ignición. Los polvos requieren cinco: combustible + oxidante + ignición + dispersión (nube en suspensión) + confinamiento. Una capa estática de polvo combustible no es directamente explosiva — debe ser dispersada y confinada para producir sobrepresión destructiva.

12.1Clasificación Kst (severidad de explosión)

Clase StKst (bar·m/s)SeveridadEjemplosGrupo ATEX
St 00No explosivoSílice, carbonato de calcio, yeso
St 10 – 200Explosión débilCarbón, azúcar, leche en polvo, cacaoIIIA / IIIB según naturaleza
St 2200 – 300Explosión fuerteCelulosa, madera, resinas fenólicasIIIA / IIIB
St 3> 300Explosión muy fuerteAluminio, magnesio, licopodioIIIC (polvos conductores metálicos)

12.2Parámetros críticos para clasificación con polvos

Ignición

Parámetros de ignición

  • MIE (energía mín. ignición): 1–1 000 mJ típ.; < 1 mJ = muy sensible
  • MIT cloud: 300–700 °C (ignición nube de polvo)
  • MIT layer: típ. 50–200 °C menor que MIT cloud
  • AIT: autoignición de capa depositada
Explosión

Parámetros de explosión

  • MEC (concentración explosiva mín.): 10–500 g/m³ (análogo al LIE de gases)
  • Pmax: 5–12 bar típico (presión máxima)
  • Kst: velocidad de incremento de presión (bar·m/s)
  • Tamaño partícula: < 500 μm explosivo; 10–75 μm más peligroso
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Base de datos GESTIS-DUST-EX (DGUV-IFA, Alemania) Referencia técnica gratuita más completa para propiedades de explosividad de polvos: > 7 100 muestras caracterizadas con Kst, Pmax, MIE, MIT, MEC. Acceso: staubex.ifa.dguv.de

13Certificación de personal competente

El diseño y clasificación debe ser realizado y certificado por personal competente según el sistema normativo aplicable. La certificación garantiza conocimiento técnico, experiencia práctica y responsabilidad legal del diseño.

13.1Sistema IEC — IECEx OD 504:2022

El esquema IECEx OD 504:2022 certifica competencia de personal bajo el marco IEC 60079. Define 12 unidades de competencia (módulos Ex 000 a Ex 011) que cubren desde conceptos básicos hasta inspección, reparación, clasificación de áreas y gestión de instalaciones. La certificación es internacional, otorgada por organismos acreditados ISO/IEC 17024.

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IECEx OD 504 es específico de IEC — no es universal Esta certificación aplica ÚNICAMENTE para diseño bajo normativa IEC 60079 (ATEX/IECEx). NO habilita para trabajo bajo NEC/NFPA. Un profesional con IECEx CoPC que firme una memoria de clasificación bajo NEC Art. 500 puede ser inadmisible ante una autoridad regulatoria estadounidense o ante la propiedad si el contrato exige sistema americano.

13.2Sistema NEC — NICET y Professional Engineer (PE)

En EE.UU. no existe un esquema único equivalente a IECEx para personal de clasificación. Las acreditaciones reconocidas son:

  • NICET (National Institute for Certification in Engineering Technologies) — niveles I a IV en Hazardous Locations
  • Professional Engineer (PE) licencia estatal con sello — único habilitado legalmente para firmar planos y memorias
  • CompEx (Reino Unido) — esquema dominante offshore Mar del Norte; unidades EX 01 a EX 15. No tiene reconocimiento mutuo formal con IECEx CoPC, pero suele aceptarse en proyectos UK/Noruega/Australia

13.3Sistemas nacionales latinoamericanos

Brasil

INMETRO + ABNT

Certificación obligatoria de productos vía INMETRO bajo Portaria 179/2010 + Portaria 96/2024. Independiente de ATEX/IECEx. Personal: certificación complementaria por organismos acreditados.

México

NOM-001-SEDE

Adopta NEC con adaptaciones. Personal: ingeniero titulado con cédula profesional + capacitación específica del cliente.

Perú / Colombia

CNE / RETIE

Adoptan NEC con adaptaciones (Perú CNE 2011 + COES; Colombia RETIE). Personal: ingeniero electricista colegiado + experiencia específica.

13.4Comparativa sintética

SistemaAlcanceReconocimientoValidez
IECEx CoPCIEC 60079 (clasificación, instalación, inspección, reparación)Internacional (~25 países activos)5 años, renovable
CompExEspecífico UK; alineado con IEC 60079UK, offshore Mar del Norte, Australia, parte de Asia-Pacífico5 años, renovable
NICET HazLocNEC Art. 500-506EE.UU., Canadá3 años, renovable
PE LicenseSello obligatorio para diseño NEC en EE.UU.Estatal (PE multi-state via NCEES)2 años, renovable
API RP 500Sin certificación formal — práctica recomendadaIndustria petrolera global (referencia)

14Conclusión y referencias

Conclusión

La clasificación de áreas peligrosas es la primera etapa irreducible de cualquier ingeniería en atmósferas explosivas: define qué métodos de protección Ex son válidos, qué equipos pueden instalarse y qué responsabilidad legal asume el firmante. Sintetizamos:

  • Dos sistemas dominantes coexisten: IEC/ATEX (analítico, zonas 0/1/2) y NEC/API (prescriptivo, divisiones 1/2). La elección depende de jurisdicción, cliente e industria, no de preferencia técnica.
  • Las fórmulas IEC son herramienta de screening: la edición 2020 introdujo gráficas (Figuras C.1/C.2) y el concepto de release characteristic que constituyen el procedimiento normativo. Las fórmulas analíticas siguen siendo válidas como apoyo.
  • API RP 500:2023 y NFPA 497:2024 son las referencias prescriptivas vigentes. La directiva ATEX equipos vigente es 2014/34/UE; la 94/9/CE está derogada desde 2016.
  • Dispersión computacional (CFD/PHAST/ALOHA) no sustituye al método de áreas: lo complementa cuando la geometría o las consecuencias lo justifican.
  • Polvos combustibles requieren parámetros adicionales (Kst, MIE, MIT, MEC) que los gases no necesitan. Una capa estática de polvo no es directamente explosiva — debe dispersarse y confinarse.
  • Certificación de personal es específica del sistema normativo: IECEx OD 504 para IEC, NICET + PE para NEC. No son intercambiables; mezclar acreditaciones puede invalidar el dossier.

Normativa internacional IEC / ATEX

  1. IEC 60079-10-1:2020 — Explosive atmospheres — Part 10-1: Classification of areas — Explosive gas atmospheres
  2. IEC 60079-10-2:2015 — Explosive atmospheres — Part 10-2: Classification of areas — Explosive dust atmospheres
  3. IEC 60079-0:2017 +AMD1:2021 — Equipment — General requirements
  4. IEC 60079-14:2024 — Electrical installations design, selection and erection
  5. IEC 60079-17:2023 — Electrical installations inspection and maintenance
  6. Directiva 2014/34/UE — ATEX «equipos» (vigente desde 20-abr-2016)
  7. Directiva 1999/92/CE — ATEX «social» (protección de trabajadores)
  8. IECEx OD 504:2022 — Certification of Personnel Competencies
  9. EN 1127-1:2019 — Explosive atmospheres — Explosion prevention and protection — Basic concepts
  10. EI Model Code Part 15 — Energy Institute Area Classification (referencia para umbrales horarios)

Normativa americana NEC / NFPA / API

  1. NFPA 70 (NEC) 2023 — Articles 500, 505, 506
  2. NFPA 497:2024 — Classification of Flammable Liquids, Gases, or Vapors in Chemical Process Areas
  3. NFPA 499:2024 — Classification of Combustible Dusts and Hazardous (Classified) Locations
  4. API RP 500:2023 (4th ed.) — Classification of Locations — Division Method
  5. API RP 505:2018 R2023 (3rd ed.) — Classification of Locations — Zone Method
  6. NFPA 30:2024 — Flammable and Combustible Liquids Code
  7. NFPA 496:2024 — Purged and Pressurized Enclosures for Electrical Equipment
  8. NFPA 33:2024 — Spray Application Using Flammable or Combustible Materials
  9. NFPA 45 — Fire Protection for Laboratories Using Chemicals

Bases de datos y herramientas

  • GESTIS-DUST-EX (DGUV-IFA, Alemania) — staubex.ifa.dguv.de
  • NIST Chemistry WebBook — webbook.nist.gov
  • DIPPR Database — propiedades termofísicas (AIChE)
  • ALOHA / CAMEO — EPA/NOAA (gratuito)
  • PHAST — DNV (comercial)
  • FLACS-CFD — Gexcon (especializado en explosiones)
  • ANSYS Fluent, STAR-CCM+, OpenFOAM — CFD generalista
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