El ambiente térmico durante la extinción de incendios forestales: papel del traje de protección y riesgo de quemaduras

La extinción de incendios forestales implica la exposición al flujo de calor procedente de las llamas y a altas temperaturas ambientales. Estos factores incrementan el riego de sufrir quemaduras, por lo que el Equipo de Protección Individual (EPI) resulta de uso obligatorio para proteger al personal especialista en extinción de incendios forestales (PEEIF). A pesar del uso del EPI, las quemaduras siguen siendo uno de los daños más frecuentemente derivados de las labores de extinción de incendios forestales. Por otro lado, llevar el EPI en condiciones ambientales elevadas incrementa el riesgo de estrés térmico, que puede limitar la capacidad de trabajo disminuir la seguridad. Objetivos: (i) caracterizar en situaciones reales el ambiente térmico en el que trabajan los bomberos forestales (ii) analizar el factor de atenuación del flujo de calor que supone el traje de protección en situaciones de trabajo real y (iii) estimar la dosis de radiación térmica recibida y la probabilidad de sufrir quemaduras durante la extinción de incendios reales. Para ello se colocaron 4 sensores de flujo de calor y 1 sonda de temperatura, en 5 trajes de protección, que los sujetos se ponían junto con el resto d elementos del EPI, para acudir a la extinción de incendios reales. El nivel de exposición térmica analizado supone una ganancia neta de calor que incrementa el estrés térmico del PEEIF. El comportamiento del EPI en situaciones reales fue muy efectivo, ya que logró atenuar el flujo de calor exterior en un ~70%. Sin embargo, la exposición térmica puede ser elevada en momentos puntuales lo que acentuaría la respuesta termofisiológica de los bomberos y pueden llegar a producir quemaduras
Tema secundario: 
Main Author: 
Ana Belén
Carballo Leyenda
Universidad de León
España
Co-authors: 
Jose Antonio
Rodríguez Marroyo
Universidad de León
España
Jorge
López Satué
Empresa de Transformación Agraria SA (TRAGSA)
España
José Gerardo
Villa Vicente
Universidad de León
España
Introducción: 

La extinción de incendios forestales supone realizar trabajo físico intenso (Cuddy et al. 2015) en condiciones ambientales que implican la exposición al flujo de calor de las llamas (Budd et al., 1997; Butler y Cohen, 1998) y a altas temperaturas ambientales (Rodríguez-Marroyo et al. 2012). Dependiendo de la localización y posición del bombero respecto al frente de llamas y de las propiedades de la ropa de protección, los factores ambientales pueden producir una ganancia o pérdida de calor (Raj 2008). Generalmente cuando la exposición conlleva presencia directa de llamas, los factores ambientales suponen una ganancia neta de calor externo (Budd et al., 1997; Rossi, 2003; Raimundo y Figueiredo, 2009). Estas condiciones contribuyen a aumentar de manera considerable el estrés fisiológico por calor (Budd et al., 1997; Cuddy et al., 2015). Un incremento excesivo de la respuesta termofisiológica de los sujetos ante estas circunstancias podría conllevar un impaired physical performance, heat exhaustion, or even heat stroke (Cuddy and Ruby 2011).

No se han encontrado en la literatura estudios que analicen la exposición térmica ambiental durante la extinción de incendios reales. En entornos experimentales, Foster y Roberts, (1994) analizaron la temperatura y el flujo de calor durante la realización de entrenamientos de bomberos de estructuras, mediante la colocación de sensores que los sujetos llevaban sobre la ropa de protección. En este estudio, las condiciones más frecuentes, calificadas como "rutinarias" supusieron un flujo de calor ~1000 W·m-2 con valores promedio de temperatura ambiental de 50 ºC, mientras que las condiciones referenciadas como peligrosas supusieron flujos de calor de entre 1 kW·m-2 y 7 kW·m-2. En este nivel de exposición, se registraron temperaturas ambientales de entre 100 y 160 ºC. Las condiciones extremas o críticas se situarían en valores de flujo de radiación superiores a 10 kW·m-2 alcanzando temperaturas ambientales de hasta 235 ºC, que permitirían una tolerancia a las mismas de tan solo un minuto antes de que el equipo de protección comenzase a sufrir serios daños. Willi et al. (2016) analizaron el ambiente térmico al que se exponen los bomberos de estructura durante la realización de simulaciones de entrenamiento, mediante sensores de flujo de calor y temperatura colocados en el casco de los bomberos. Para caracterizar la exposición dividieron las condiciones ambientales en 4 clases de exposición (Clase I flujo de calor ≤ 1000 W·m-2 y temperatura ≤ 100 ºC; Clase II 1000 < flujo de calor ≤ 2000 W·m-2 y temperatura ≤ 160 ºC ; Clase III  2000 < flujo de calor ≤ 10000 W·m-2 y temperatura ≤ 260 ºC y Clase IV flujo de calor > 10000 W·m-2 y temperatura > 260 ºC). Estos autores reportaron flujos de calor radiante entre 3000 y 6000 W·m-2 con temperaturas entre 150 y 200 ºC (Clase de exposición III) considerados niveles de exposición severos, mientras que en las exposiciones moderadas el flujo de calor fue menor a 1000 W·m-2 con temperaturas en torno a 50 ºC. Otros estudios (Krasny et al. 1988; Rossi 2003) analizaron las exposiciones térmicas de los bomberos de estructura con temperaturas que van desde 100 ºC hasta 300 ºC y máximo Flujos de calor entre 5 kW·m-2 y 12 kW·m-2. Puntualmente se sobrepasaron exposiciones por encima de los 20 kW·m-2 con un pico máximo de 42 kW·m-2 en el estudio de Rossi (2003). Las mediciones en estos estudios no se enfocaron específicamente en el ambiente próximo al bombero, si no que se realizaron mediante la colocación en posiciones fijas de los sensores de registro que se ha demostrado que no reflejan las condiciones reales en la zona de exposición del trabajador (Willi et al., 2016).

En incendios forestales King et al (1962) registraron la temperatura y flujo de calor radiante durante la extinción de incendios forestales simulados, en función de la altura de llama y la distancia al frente. El flujo de calor radiante osciló entre 0.4 y 4.6 kW·m-2 y supuso un incremento de la temperatura ambiental de entre 3 y 25 ºC. Budd et al. (1997) describieron las condiciones ambientales durante extinción realizada en quemas experimentales en Australia y lo relacionaron con su efecto sobre el balance térmico de los sujetos. La temperatura ambiental en promedio fue de 29 ºC (19–35 ºC), con una temperatura radiante media de 66 ºC (33–96 ºC). La carga de calor radiante alcanzó valores que oscilaron entre 0.7 kW·m-2 y 8.6 kW·m-2 siendo el valor de exposición más frecuente 1.6 kW·m-2. En conjunto la temperatura ambiental y el flujo de calor radiante supusieron una carga térmica neta de 200 W que supuso un incremento de la evaporación del sudor necesaria (Ereq) para compensar el balance térmico del 29%.

Trabajar cerca del fuego incrementa el riesgo de sufrir quemaduras debido a la exposición directa a la radiación térmica y a los gases de convección emitidos por las llamas (Hockey y Rew, 1996; Rossi, 2003; Nayak et al., 2014). En este sentido la ropa de protección que forma parte del EPI, está confeccionada con tejidos que poseen una alta resistencia al calor y al contacto directo con la llama (i.e., Nomex, Kevlar) (Song et al., 2011) y sus prestaciones se certifican en ensayos de laboratorio (ISO 15384, 2003). A pesar de ello, se ha informado en bomberos forestales estadounidense que el 66% de las lesiones producidas durante la extinción de incendios forestales entre los años 2003 y 2007 se debieron a quemaduras producidas durante la extinción de incendios (Britton et al. 2013). Esto sugiere que la protección ofrecida por los tejidos y testada en laboratorio, no se correspondería con el comportamiento observado en condiciones reales (Song et al. 2011). Esto lleva a pensar que otros factores como la magnitud y el tiempo de exposición al flujo de calor de las llamas, la composición y el número de capas de la ropa de protección, el ajuste de las prendas (i.e., capa de aire entre el tejido y la piel) o el contenido de humedad del tejido, pueden estar influyendo en la cantidad de calor transmitido al interior de la ropa, resultando determinantes en la aparición de quemaduras, incluso con exposiciones a flujos de calor consideradas moderadas (Raimundo and Figueiredo 2009; Song et al. 2011).

A pesar de la importancia que supone el ambiente térmico en la respuesta termofisiológica (Carballo-Leyenda et al. 2017, 2018) y en el riesgo de sufrir quemaduras (Song et al., 2011), la escasez de estudios que analicen la exposición ambiental durante la extinción de incendios es un hecho, por lo que el conocimiento del ambiente térmico al que se exponen los bomberos forestales, puede ayudar a conocer y comprender el estrés térmico al que se ven sometidos, así como el riesgo que tienen de sufrir quemaduras (Horn et al. 2018; Willi et al. 2016). Por ello, el objetivo principal de este estudio fue describir el ambiente térmico de trabajo y establecer el riesgo de sufrir quemaduras, durante la extinción de incendios forestales reales. Secundariamente se analizó el factor de atenuación del flujo de calor que supone el traje de protección.

Metodología: 

2.1. Participantes

Cinco bomberos forestales pertenecientes a las bases de Tabuyo del Monte y Sahechores (León) se ofrecieron voluntarios para participar en el estudio (edad: 28 ± 1 años; masa corporal: 76.2 ± 0.9 kg, altura: 175.5 ± 0.5 cm). Los sujetos fueron seleccionados de modo que tuvieran una experiencia mínima de 2 años en extinción de incendios y formaran parte de cuadrillas diferentes para cubrir todos los turnos de trabajo y maximizar la probabilidad de asistir a un incendio. Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de los sujetos antes de comenzar el estudio. El protocolo experimental fue aprobado por el Comité de Ética de la Universidad de León, España.

2.2. Diseño experimental

El estudio se llevó a cabo a largo de cuatro campañas de extinción de incendios (i.e., junio – octubre). Para caracterizar la exposición térmica local de un bombero durante, se realizaron mediciones individuales de la temperatura del aire y el flujo de calor en cada uno de los incendios a los que acudía el sujeto voluntario. Por lo tanto, el sistema de adquisición de datos se seleccionó para ser utilizado con EPI de modo que permitiera la portabilidad con un impacto mínimo en la movilidad. Para cumplir con estos requisitos, 10 trajes de protección fueron personalizados directamente por el fabricante (Confecciones Oroel, La Muela, Zaragoza). El sistema portátil de adquisición de datos se colocó utilizando los orificios, conductos y bolsillos personalizados para que la ubicación de los sensores y los registradores de datos fuera sólida (Figura 1).

Figura 1. A: sensores de flujo de calor y sonda de temperatura en la superficie exterior del traje. B: colocación interior de sensores y dataloggers. C: detalle del sensor de flujo de calor externo y la sonda de temperatura en el pecho. D: detalle del sensor de flujo de calor exterior en el muslo.

 

 

Cuando se recibía aviso de salida a incendio, los participantes se vistieron el equipo de protección personal (i.e., casco, guantes, botas de cuero y protector de cuello) que incluía el traje de protección (65% de viscosa ignífuga, 30% de Nomex® y 5% Kevlar®) donde se integró el sistema de adquisición de datos. El flujo de calor y la temperatura ambiente se midieron continuamente desde la salida hasta el retorno a la base. El tiempo de extinción efectivo se calculó sin tener en cuenta los desplazamientos hacia o desde el incendio forestal.

 

2.3 Mediciones

Las mediciones de flujo de calor (la velocidad de transferencia de energía térmica) se realizaron utilizando cuatro sensores de flujo de calor revestidos de resina epoxy de alta emisividad (Captec Enterprise, Lille, Francia; dimensiones: 20 x 20 mm; espesor: 0,4 mm; rango de flujo de calor: ± 50 kW·m-2; sensibilidad nominal: 3.08-3.82 µV · W-1·m-2) que midieron el flujo de calor combinado de radiación y convección. Siguiendo las instrucciones del fabricante, se colocaron 2 sensores en la superficie exterior del traje de protección en el pecho y el muslo izquierdo, utilizando su superficie posterior adhesiva (Figura 1). Otros dos sensores se colocaron en la superficie interna de la tela en paralelo a los colocados externamente en el pecho y el muslo (Figura 1). Estas ubicaciones fueron elegidas para caracterizar el flujo de calor que un bombero podría recibir al eliminar. Los sensores de flujo de calor se colocaron con la superficie de recepción orientada hacia afuera en la dirección de la mayor radiación incidente esperada (Raj, 2008). Los valores de flujo de calor positivos se consideraron como ganancia de calor, mientras que los valores negativos se consideraron pérdidas de calor. Los sensores se conectaron a un registrador de datos de cuatro canales (QuadVolt ± 100 mV, Madgetech, Warner, NH, EE. UU., Rango nominal: ± 30 kW·m-2; resolución: 1.43 W·m-2). El flujo de calor se registró de forma continua a una tasa de muestreo de 5 s (0.2 Hz) desde la salida hasta el retorno del del incendio. La temperatura del aire se midió con una sonda resistiva Pt100 (ControlTemp, Santa Perpetua de Mogoda, Barcelona; rango nominal: -200 a 650 ºC; precisión: ± [0,30 + 0,005 × t] ºC), que se colocó en la superficie exterior del traje de proteccición en el pecho. La sonda de temperatura se conectó a un registrador de datos específico (LogBox AA IP65; Novus, Porto Alegre, Brasil; rango nominal: -40 a 70 ºC; precisión: 0.2% FS) que se colocó en un bolsillo interior del traje creado para ese propósito (Figura 1). La temperatura del aire se midió continuamente a una velocidad de muestreo de 5 s (0.2 Hz). Se compararon los datos de temperatura ambiental en el área geográfica del incendio emitidos por la Agencia Estatal de Meteorología, con las mediciones de temperatura de trabajo.

El factor de atenuación de la ropa de protección se calculó como el flujo de calor recibido en los sensores externos con respecto al flujo de calor recibido en los sensores internos utilizando la ecuación 1 (Raj, 2008), mientras que el porcentaje de atenuación se calculó utilizando la ecuación 2:

                                 FA = (q ext /qin )                                           [1]

                                FA (%) =  [(q ext / qin) -1]× 100                    [2]

donde FA es el factor de atenuación, qext es el flujo de calor recibido en los sensores exteriores (W·m-2) y qin es el flujo de calor recibido en los sensores interiores (W·m-2).

Para establecer la peligrosidad de la exposición térmica, se establecieron 4 zonas de intensidad en función del flujo de calor registrado en los sensores interiores, siguiendo una metodología similar a la empleada para en bomberos de estructura (Krasny et al., 1988; Foster y Roberts, 1994; Rossi, 2003): Clase 1, flujo de calor ≤1000 W·m-2; Clase 2 1000<flujo de calor≤ 5000 W·m-2; Clase 3, 5000<flujo de calor≤ 7000 W·m-2; Clase 4 flujo de calor >7000 W·m-2. 1000 W·m-2 se corresponden con el flujo de calor recibido un día de verano y se asume que no supone daños para cualquier tiempo de exposición (Raj, 2008; Arnaldos et al., 2004). 5000 W·m-2 producirían dolor tras 15 s y quemaduras de segundo grado tras 30 s de exposición. Este valor es el límite de exposición a radiación térmica para personas sin protección consensuado internacionalmente (Raj, 2008). 7000 W·m-2 es valor máximo tolerable para los bomberos completamente cubiertos con ropa de Nomex de 210 g·m-2 de espesor, que sufrirían quemaduras de segundo grado tras 90 s de exposición (Butler y Cohen, 1998).

La duración efectiva de la exposición al calor se contabilizó cuando se registró un flujo de calor positivo. El peso de la exposición al calor se calculó como la relación entre el tiempo de exposición y el tiempo total de trabajo en el área de supresión de incendios, sin incluir los desplazamientos hacia o desde el fuego. Para evaluar el daño potencial de quemaduras para cada sensor a lo largo del tiempo, la dosis térmica para cada clase de exposición se calculó utilizando el flujo de calor y el tiempo de exposición registrado dentro de la ropa protectora utilizando la ecuación 3 (Kinsman, 1991):

                                                      TDU = (qin) 4/3× t                   [3]

donde TDU son Thermal Dosage Units (i.e., Unidades de Dosis Térmica) expresadas como ([kW·m-2]4/3·s), qin es el flujo de calor incidente (kW·m-2) y t es la duración de la exposición (s). Se utilizaron cuatro umbrales de dosis de radiación térmica los cuales se han correlacionado con la ocurrencia de con dolor y quemaduras en la piel expuesta media (rango): 92 (86-103) TDU indica inicio del dolor TDU representa el umbral de inicio de quemaduras de primer grado, un valor de  290 (240-730) TDU se corresponde conl a ocurrencia de quemaduras de segundo grado mientras que 1000 (870-2600) TDU corresponde a quemaduras de tercer grado (Wieczorek and Dembsey, 2001; O’Sullivan and Jagger, 2004).

2.4. Análisis estadístico

Primero se realizó un control de calidad de los datos de flujo de calor, eliminando del análisis los datos en los que se observó que la señal no era válida, revelando el fallo del sistema de adquisición de datos, un patrón de circuito abierto o directamente la pérdida del sensor. En los registros restantes, los outlayers fueron reemplazados por el valor promedio del valor adyacente anterior y posterior. Para reducir el ruido aún presente en la señal, se ejecutó el Wavelet Shrinkage Denoising Method (Donoho y Johnstone 1994) para cada una de las 4 señales de los sensores de flujo de calor. Este método ha demostrado ser más efectivo para reducir el ruido que otros métodos tradicionales de procesamiento de señales (e.g., Transformadas de Fourier, filtro de media móvil, filtro de Savitzky-Golay, etc.), ya que conserva las características de forma original de la señal mientras mejora la relación señal–ruido de la señal (Yang et al., 2009). Los parámetros necesarios para el algoritmo de eliminación de ruido wavelet, son el tipo de wavelet, el nivel de descomposición, las reglas de selección de umbral y la opción de escalado de umbral (Donoho y Johnstone 1994). Siguiendo la metodología propuesta por Gradolewski y Redlarski (2014), los parámetros de eliminación de ruido se seleccionaron como: familia wavelet Coiflets, con 5 niveles de descomposición, un algoritmo de selección de umbral minimax y un umbral suave con una función de escalado múltiple. El proceso de eliminación de ruido se realizó con la función wden de MATLAB R18b V.9.5.0 (MathWorks Inc., Natick, Massachusetts, EE. UU.).

Se comprobó la normalidad de los datos de flujo de calor y temperatura la prueba de Shapiro-Wilk. Cuando no se cumplió la normalidad, se realizó una transformación logarítmica de los datos. El flujo de calor medio y máximo, el tiempo de exposición y el porcentaje de exposición se compararon según su posición (i.e., pecho vs. muslo) y su ubicación (i.e., exterior vs. interior) utilizando un ANOVA de dos vías de medidas repetidas. La suposición de esfericidad se verificó mediante la prueba de Mauchly; si no se verificaba esta suposición, se realizó el ajuste de Greenhouse-Geisser del nivel de significación. Cuando se encontró un valor F significativo, se usó la prueba de Bonferroni para establecer diferencias significativas entre las medias. La comparación de la temperatura ambiental en el área del incendio con la temperatura en el entorno de trabajo se realizó mediante una prueba t de Student independiente. Los resultados se expresan como media ± desviación estándar (SD), salvo que se indique lo contrario. Los valores de p < 0.05 se consideraron estadísticamente significativos. Se utilizó el software estadístico SPSS V.22.0 (SPSS Inc., Chicago, Illinois, EE. UU.).

Resultados: 

El número de incendios analizados fue de 23 ya que de los 38 incendios registrados 15 fueron descartados debido a problemas con la señal (i.e., pérdida de conexión con el registrador o conexión en abierto) o porque alguno de los sensores se dañó y/o se perdió durante los trabajos de extinción. El tiempo medio de extinción en los incendios analizados fue de 186.9 ± 119.3 min. Globalmente el flujo de calor medio analizado fue de 464.1 ± 316.9 W·m-2, con un flujo de calor máximo de 3928.2 ± 3275.2 W·m-2 (Tabla 1). La temperatura ambiental de la zona del incendio resultó significativamente menor (p < 0.05) que la temperatura del ambiente de trabajo (32.6 ± 8.9 ºC vs. 24.6 ± 8.9 ºC), que alcanzó valores de temperatura máxima en promedio de 78.0 ± 8.9 ºC. Los valores globales de flujo de calor medio y máximo, así como los analizados en la zona del pecho y del muslo, fueron significativamente mayores (p < 0.001) en el exterior respecto a los valores obtenidos en los sensores interiores, alcanzándose valores promedio de 651.5 ± 434.3 W·m-2 en el exterior y 276.7 ± 316.9 W·m-2 en el interior del traje, mientras que los valores de flujo máximo promedio fueron de 5302.9 ± 4229.0 W·m-2 y de 2553 ± 2640.2 W·m-2 en el exterior e interior, respectivamente (Tabla1). El factor de atenuación del flujo de calor incidente ofrecido por la ropa de protección fue de 69.9 ± 316.9 %, observándose un comportamiento homogéneo del factor de atenuación en el pecho y en el muslo. El tiempo medio de exposición fue de 62.5 ± 60.7 min, lo que supuso una ratio de exposición respecto al tiempo total de extinción del 36.6 ± 21.0 % (Tabla 1). El tiempo de exposición de exterior (muslo: 81.9 ± 71.0 min, pecho: 64.3 ± 62.9 min) fue significativamente mayor (p < 0.05) al analizado en el interior (muslo: 55.2 ± 61.4 min, pecho: 48.8 ± 57.5 min). Además, se constató que exteriormente el tiempo de exposición en el muslo (68.5 ± 68.3 min) fue significativamente más largo (p < 0.05) que el observado en la zona del pecho (56.4 ± 59.1 min).

 

Tabla 1. Flujo de calor promedio, flujo de calor máximo, tiempo de exposición y factor de atenuación ofrecido por el traje protector durante la extinción de incendios forestales (media ± SD [rango]).

El comportamiento de las variables analizadas en función de las clases de exposición se muestra en la Tabla 2. No se encontraron diferencias en el flujo de calor ni la dosis de radiación térmica recibida entre el muslo y el pecho, situándose los valores de flujo de calor en cada clase de exposición, en la parte baja del intervalo de clase. Sin embargo, en la clase de exposición 1 el tiempo de exposición fue significativamente mayor en el muslo (p <0.05) respecto al tiempo de exposición del pecho.

 

Tabla 2. Valores promedio de flujo de calor, tiempo de exposición y dosis de radiación térmica, para sensores internos según los umbrales de exposición (media ± SD [rango]).

Tabla 2. Valores promedio de flujo de calor, tiempo de exposición y dosis de radiación térmica, para sensores internos según los umbrales de exposición (media ± SD [rango]).

 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
q, flujo de calor

 

La Figura 3 muestra el comportamiento del flujo de calor en cada uno de los cuatro sensores y la temperatura del ambiente térmico en el pecho, durante la extinción de uno de los incendios más intensos registrados. El sujeto que portó el sistema de adquisición de datos realizó labores de vigilancia y ataque directo empleando mochila extintora y batefuegos sobre matorral (i.e., modelo de combustible 5 en la escala de Rothermel). El flujo de calor siguió un comportamiento similar en cada uno de los cuatro sensores, mostrando una gran variabilidad con rápidas oscilaciones temporales con pulsos sucesivos de incremento del flujo de calor y temperatura seguidos de fases de enfriamiento. A pesar de que la temperatura ambiental siguió la misma tendencia que el flujo de calor, su comportamiento mostró un retraso de ~1 min respecto al del flujo de calor. Al comienzo del ataque directo se registró el pico máximo de flujo de calor en los cuatro sensores. Durante el ataque directo se registraron dos pulsos más de exposición a flujo de calor seguidos de los respectivos incrementos de la temperatura ambiental. Mientras que en los sensores exteriores se observa un comportamiento intenso y con una gran variabilidad en los valores de flujo de calor, los registros de los sensores interiores muestran un comportamiento más estable sólo modificado por los pulsos de calor durante el ataque directo, siendo la magnitud del flujo de calor menor comparada con los obtenidos en el exterior. De todos los incendios analizados, este supuso la mayor dosis de radiación térmica recibida con un valor de 110 (kW·m-2)4/3·s en el pecho.

 

 

Figura 3. Flujo de calor y perfil de temperatura durante un incendio forestal intenso (Lena, Asturias, 21/08/2015). Clase l: flujo de calor ≤ 1000 W·m-2; Clase 2 1000 <flujo de calor ≤5000 W·m-2; Clase 3: 5000 <flujo de calor ≤7000 W·m-2; Clase 4: flujo de calor> 7000 W·m-2.

Figura 3. Flujo de calor y perfil de temperatura durante un incendio forestal intenso (Lena, Asturias, 21/08/2015). Clase l: flujo de calor ≤ 1000 W·m-2; Clase 2 1000 <flujo de calor ≤5000 W·m-2; Clase 3: 5000 <flujo de calor ≤7000 W·m-2; Clase 4: flujo de calor> 7000 W·m-2.

 

 

 

 

Discusión de resultados: 

Estos datos proporcionan la primera imagen resuelta en el tiempo de la típica exposición térmica de los bomberos silvestres, mientras que suprimen los incendios reales. Nuestros resultados señalan que, en ciertos momentos, el flujo de calor puede alcanzar intensidades capaces de causar quemaduras (Figura 3). Sin embargo, debido a la duración de los incendios forestales y la variabilidad de la exposición, la carga térmica disminuye (flujo de calor, 464 ± 316.9 W·m-2; temperatura ambiente, 32.6 ± 8.9 ºC) y puede clasificarse como ligero (Budd et al. 1997; Rossi 2003; Willi et al. 2016). Sin embargo, esta carga térmica ambiental supone una ganancia neta de calor que puede aumentar significativamente la tensión de calor fisiológica de los bomberos forestales (McLellan et al. 2013).

En términos globales, los valores obtenidos de flujo de calor medio de 464 ± 316.9 W·m-2 y de temperatura ambiental de 32.6 ± 8.9 ºC suponen una carga térmica similar a la de un día cálido de verano (Budd et al., 1997; Rossi, 2003). Mientras que la temperatura promedio es ligeramente superior a los 29 ºC descritos durante la extinción de incendios forestales experimentales en Australia, los valores de flujo de calor obtenidos resultan claramente inferiores a los 1600 W·m-2 reportados por Budd et al., (1997) como valor más frecuente de flujo de calor. Además, en nuestro estudio el rango de exposición registrado fue mucho más amplio al reportado por Budd et al (1997) tanto para flujo de calor (i.e., 54 – 9200 vs. 700 – 8600 W·m-2), como para la temperatura del ambiente de trabajo (i.e., 22. – 66 vs. 19 – 35 ºC), lo que indica que nuestros datos describen una exposición ambiental menos intensa y más variable. Esto podría deberse a las diferencias metodológicas entre estudios lo que dificulta la comparación de los resultados. Los incendios forestales son un fenómeno altamente variable (Zárate et al. 2008) por lo que cambios en el tipo de combustible, la topografía o las condiciones meteorológicas suponen un comportamiento del fuego y por lo tanto una tasa de emisión de calor diferente. En el trabajo de Budd et al., (1997) los quemas experimentales se llevaron a cabo en bosques de eucaliptos, mientras que nuestros datos se corresponden en un 90% con incendios de matorral lo que puede haber influido en la menor intensidad flujo de calor obtenida (Frankman et al. 2013). Además, mientas que los datos del estudio de Budd et al. (1997) fueron tomados en condiciones meteorológicas y de relieve homogéneas, nuestros datos se registraron en escenarios reales lo que supuso una elevada heterogeneidad en las condiciones de extinción, lo que probablemente haya favorecido la gran variabilidad de la exposición térmica.

Otros factores relacionados con el método de medición de la exposición ambiental y del tipo de trabajo realizado podrían haber influido en las diferencias observadas. Varios estudios han indicado que analizar la exposición térmica durante extinción de incendios mediante sensores fijos no resulta fiable ya que no ya que no se tendrían en cuenta los cambios en el ambiente térmico en la zona cercana al bombero o incluso en su ropa de protección (Eglin et al., 2004; Willi et al., 2016). En este sentido, Willi et al., (2016) analizaron el ambiente térmico mediante sensores colocados sobre EPI de los bomberos de estructuras en incendios de entrenamiento y los compararon con los valores aportados por sensores fijos. Estos autores sugirieron que los cambios en la temperatura local medida por termopares fijos no proporcionan una indicación fiable de los cambios en la temperatura local de un bombero y lo relacionaron con el movimiento de los bomberos hacia zonas de exposición menos intensa y que provoca el enfriamiento intermitente. De un modo análogo, en incendios forestales los bomberos también regulan su exposición al calor realizando pequeñas pausas intermitentes alejándose del fuego con el fin de reducir carga térmica y controlar la intensidad del esfuerzo realizado (Budd et al., 1997; Rodríguez-Marroyo et al., 2011). Budd et al., (1997) registraron los datos ambientales mediante sensores fijos colocados en la zona de trabajo en los momentos de exposición más intensa durante los trabajos de extinción. Por el contrario, en nuestro estudio los sensores se portaron sobre el EPI durante la toda la duración de la extinción en la que solo un 37% del tiempo se registró flujo de calor incidente. Estas diferencias en la metodología de medición, podrían haber contribuido significativamente a que los datos de exposición reflejen un comportamiento variable y menos intenso en comparación con los datos de Budd et al (1997).

Los movimientos y gestos específicos realizados durante la extinción podrían haber sido determinante en las diferencias observadas en el tiempo exposición entre el sensor del pecho y el del muslo (Tabla 1). Este resultado sugiere la existencia de una cierta asimetría en el modo en el que se recibe el flujo de calor entre el pecho y el muslo. Este hecho probablemente se relacione con el tipo de tareas realizadas de manera predominante en los incendios analizados. Los bomberos realizaron principalmente ataque directo lo que supone trabajar mediante el uso de herramientas manuales directamente sobre llamas de entre 0.5-1.5 m de altura y tareas de liquidación-remate de los rescoldos y pequeños focos en la fase final del incendio. Tanto en el ataque directo como en la liquidación-remate la parte inferior del cuerpo está expuesta durante más tiempo al flujo de calor incidente lo que aumentaría el tiempo de exposición del sensor del muslo.

Como cabría esperar, llevar la ropa ignífuga supuso que el calor recibido interiormente resultara significativamente menor al registrado en los sensores exteriores (Tabla 1). El traje de protección supuso un factor de atenuación del flujo de calor exterior del 69%. Este resultado está en línea con lo descrito por Raj (2008) cuando analizó el factor de protección que supone la de ropa de uso común (i.e., camiseta 100% algodón o mezcla 65% algodón y 35% poliéster) en configuraciones de una o dos capas. El factor de atenuación hallado osciló entre el 50 y el 70% en función del espesor y número de capas de tejido. En este sentido, se ha demostrado que la ropa más gruesa o con un mayor número de capas supone un incremento de la atenuación del calor (Song et al., 2011). Nuestros resultados muestran el factor de atenuación promedio que supone el traje sin tener en cuenta la protección añadida que supone la ropa interior. A pesar de ello, la reducción del flujo de calor proporcionada por una sola capa (i.e., ~0.2 mm de espesor) fue similar al informado por Raj (2008) para configuraciones con dos capas (i.e., ~2 mm de espesor), lo que confirma que las fibras sintéticas ignífugas ofrecen un buen comportamiento protector en incendios reales.

La peligrosidad de la exposición se refleja en la Tabla 2. Los resultados obtenidos muestran un claro predominio de las zonas de exposición más bajas ya que el 81% del tiempo de exposición el flujo de calor recibido fue de ~180 W·m-2 (Clase 1). El 15% del tiempo de exposición el flujo incidente fue de ~1600 W·m-2 (Clase 2) y tan solo el 3.5% del tiempo se alcanzaron las clases de exposición 3 y 4. En la literatura solo el trabajo de Willi et al. (2016) con bomberos de estructuras, permite comparar los resultados sobre el ambiente térmico obtenidos. Estos autores analizaron el flujo de calor recibido en el casco de los bomberos de estructura durante la realización de entrenamientos con presencia de fuego real en exposiciones de corta duración (~11 min). Los valores medios de flujo de calor fueron de 1600 W·m-2 (1000-2400 W·m-2), las exposiciones térmicas severas se caracterizaron por flujos de calor incidentes entre 3000 y 6000 W·m-2, mientras que las exposiciones moderadas tuvieron flujos de calor incidentes menores a 1000 W·m-2. Los tiempos de permanencia en cada una de esas clases de exposición predominantes fue similar (~3.5 min) lo que en conjunto constata una exposición más homogénea e intensa en comparación con nuestros resultados.

La dosis térmica como una medida integradora basada en la magnitud y la duración de la exposición al calor (Eisenberg et al. 1975) se había aplicado en estudios anteriores a la población en general (Hockey and Rew 1996), en poblaciones especialmente vulnerables (i.e., niños y ancianos) (Daycock and Rew 2000) o en trabajadores de plataformas petrolíferas (O’Sullivan and Jagger 2004). Sin embargo y hasta donde llega nuestro conocimiento, este trabajo sería el primero donde se analiza la vulnerabilidad a la radiación térmica durante la extinción de incendios forestales. En este sentido, la mayor dosis de radiación térmica promedio fue de 94 (kW·m-2)4/3·s, que se encuentra dentro del rango considerado capaz de producir dolor (Hockey and Rew 1996; O’Sullivan and Jagger 2004).  El máximo absoluto se analizó en el incendio mostrado en la Figura 3 y alcanzó un valor de 110 TDU, que está dentro del umbral de quemaduras de primer grado (Hockey and Rew 1996; O’Sullivan and Jagger 2004). Aunque que no se reportó ninguna incidencia por quemaduras en este incendio ni en ningún otro de los analizados en este trabajo, estos resultados resaltan el hecho de que la exposición térmica durante la extinción de incendios forestales puede alcanzar valores susceptibles de producir daños personales.

La exposición térmica analizada en este estudio supone una ganancia neta de calor que obliga a aumentar la tasa de sudoración para compensar el balance térmico, lo que incrementa la carga fisiológica de los sujetos (Bruce-Low et al., 2007; Bröde et al., 2010).  Estos resultados están en línea con los de Budd et al., (1997) quienes reportaron un incremento de la tasa de sudoración de 793 g·h-1 a 1027 g·h-1 (23%) para compensar una carga de calor ambiental de 216 W. Teniendo en cuenta estos resultados, se puede especular que la carga de calor ambiental obtenida en nuestro estudio (~ 460 W·m-2) podría aumentar la tasa de sudor a ~1400 g · h-1. Esta tasa de sudoración solo se puede mantener por períodos cortos (<1 h) en sujetos aclimatados y correctamente hidratados (Cheuvront et al., 2010). Esta circunstancia resalta el impacto que el ambiente de trabajo térmico supone en la respuesta fisiológica de los bomberos forestales.

Conclusiones: 

En conclusión, la exposición térmica media analizada en el este estudio puede considerarse como ligera. A pesar de la alta protección que la ropa de protección ofrece al flujo de calor externo, ya que atenuó el flujo de calor externo en aproximadamente un 70%, en momentos puntuales se pueden obtener altos valores de exposición térmica susceptibles de provocar quemaduras de primer grado. Esto refuerza la importancia de la ropa de protección en la seguridad del personal de extinción de incendios forestales. 

Agradecimientos: 

Proyecto financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (DEP2016-79762-P AEI / FEDER, UE) y  la Junta de Castilla y León (LE017G18). Además, el estudio ha sido financiado por Empresa de Transformación Agraria, S.A. (TRAGSA).

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