Principios Básicos de las Llamas
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Incendios Forestales

Principios Básicos de las Llamas

Por Jesse Roman

Llamas 620

Una conversación con el científico especializado en incendios Jack Cohen sobre nuevas investigaciones acerca de cómo se propaga un incendio, y cómo estas conclusiones podrían producir modelos más confiables para anticipar el comportamiento de los incendios forestales.

Entrevista hecha y editada por Jesse Roman, redactor de NFPA Journal.

Durante milenios, los incendios forestales ardieron con desenfreno, arrasando de manera regular cargas de combustible del entorno como parte de un proceso ecológico natural. Pero 200 años de intervención humana han transformado muchas partes de los Estados Unidos en bombas de tiempo a punto de estallar, cuenta Jack Cohen, investigador y científico especializado en incendios del Laboratorio de Ciencias de Incendio del Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de Missoula en Montana.

Lo que Cohen describe como “nuestra visceral respuesta cultural por eliminar los incendios a cualquier precio”—mediante la supresión de cada posible incendio—ha dado por resultado un paisaje rico en combustibles. Así siendo, los incendios, exacerbados por las sequías, resultan ser más extensos, más intensos y más difíciles de controlar. No todo incendio se convertirá en un monstruo, pero cada vez son más los que sí lo son. Este año, por primera vez en la historia, el Servicio Forestal de los Estados Unidos usó más de la mitad (52 por ciento) de sus casi $6.5 mil millones de presupuesto anual en esfuerzos de supresión de incendios forestales, comparado con sólo el 16 por ciento que usó en el año 1995. Diferentes parámetros definen el año 2015 como habiendo sido una de las peores temporadas de incendio de las que se tiene registro. Este verano, más de 9 millones de acres se han quemado en los Estados Unidos, destruyendo millones dólares en propiedades y dando muerte a tres bomberos y a por lo menos siete civiles desde principios de octubre.

No obstante, mientras que los expertos en incendios como Cohen creen que los incendios forestales son un componente crítico para el mantenimiento de paisajes saludables, tampoco resulta viable dejar que ardan todos los incendios cuando existen millones de personas que viven en o en el límite de zonas proclives a incendios. El tema está en encontrar un modo seguro de permitir que algunos incendios forestales se desarrollen como un “adecuado proceso ecológico,” dice Cohen. Pero la ciencia es limitada en sus comprensiones sobre cómo se propagan los incendios forestales, de modo que predecir lo que harán y en qué dirección, ha demostrado ser un asunto difícil. Tal como lo dice Cohen, “debemos comprender mejor los incendios forestales.”

Ese era el objetivo cuando Cohen y otros en el laboratorio de Missoula, y en sitios asociados de la Universidad de Maryland y de la Universidad de Kentucky, comenzaron a estudiar los procesos fundamentales detrás de la propagación de las llamas en los combustibles de las tierras forestales. Sus resultados, publicados en julio en los Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, han cuestionado algunas creencias de larga data sobre la dinámica de los incendios forestales y sugieren que la mayoría de los modelos sobre cómo se propaga un incendio forestal, están basados en falsas premisas.

Durante décadas, los científicos expertos en incendios han creído que un incendio forestal se propaga mediante la transferencia de calor radiante, similar a los rayos del sol, donde el calor radiante del fuego enciende combustibles finos y vegetación por delante del frente de incendio. La transferencia de calor por convección, en la que los combustibles se encienden cuando entran en contacto directo con las llamas, fue desestimada como medio primario de propagación de incendios forestales principalmente debido a que las llamas son altamente flotantes y se pensaba que sólo podían elevarse. Pero tal como saben los bomberos que combaten incendios forestales, estos a menudo se propagan de manera horizontal, aún en ausencia de viento—fenómeno que los científicos asumen que sería improbable sin transferencia de calor radiante.

Sin embargo, experimentos sobre la propagación de incendios en el laboratorio de Missoula han demostrado que el calor transferido por radiación es insuficiente para encender los combustibles finos, tales como pasto y agujas de pino, que constituyen casi todo el lecho del combustible de las tierras forestales. De hecho, según el trabajo de Cohen, ahora parece que la convección es el modo primario en que se propaga el fuego en lechos de combustible tales como el follaje de árboles y arbustos. Esta nueva comprensión podría llevar a modelos computarizados más confiables que anticipen de mejor manera el comportamiento de un incendio forestal, y que podrían informar sobre los esfuerzos de mitigación de combustibles y aumentar la seguridad de los bomberos. También podrían brindar a los especialistas en combate y prevención de incendios mayor información para tomar decisiones sobre cuándo y dónde llevar a cabo quemas controladas y cuándo es posible permitir que ardan incendios que ocurren naturalmente.

NFPA Journal habló con Cohen sobre esta nueva investigación y lo que podría significar para el medio ambiente y los millones de personas que viven bajo la amenaza de incendios forestales.

Podría parecer natural que el contacto de las llamas con el combustible circundante, o la transferencia de calor por convección, fueran la causa primaria de propagación de un incendio forestal. ¿Por qué no ha sido esta la hipótesis entre los científicos?
La razón por la cual se asumía que los incendios forestales se propagan fundamentalmente por transferencia de calor radiante, es porque la densidad de una llama a 1,000 grados Celsius es alrededor de un cuarto de la densidad del aire ambiental a nivel del mar, y esa diferencia produce fuerzas de alrededor de 2.5 G de fuerza de flotabilidad ascendente. Entonces, ¿Cómo vencer a esa poderosa fuerza de empuje y lograr que la llama disminuya y fluya hacia los combustibles ubicados por delante del frente de incendio? Es difícil de explicar—sin experimentos, este es exactamente el argumento que utilizaron los modeladores para justificar la hipótesis que la radiación es el mecanismo primario que gobierna la propagación del fuego.

O sea que la física dice que las fuerzas dentro del fuego deberían hacer que las llamas se dispararan hacia arriba como un globo de aire caliente, no hacia abajo y hacia adelante en dirección al lecho de combustible, haciendo que la transferencia de calor por convección sea improbable. ¿Cómo se les ocurrió cuestionar esta lógica suposición?
Alrededor del 2003, mi colega Mark Finney del Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y yo, comenzamos a debatir este tema, y cada uno de nosotros observamos que no veíamos igniciones que ocurrieran sin contacto con la llama. De modo que durante un tiempo, llevamos a cabo experimentos exploratorios que continuamente reforzaban esta noción de que debía producirse el contacto con la llama para que ocurriera la ignición. Específicamente decidimos dejar de lado la pregunta de cómo se propaga el fuego, y en su lugar nos enfocarnos estrictamente en la pregunta fundamental de cómo se calientan las partículas de combustible generando la ignición. Ahora nos estamos haciendo preguntas fundamentales sobre física desde la premisa de que la propagación del fuego es el resultado de una ignición continua, de modo que si no comprendemos la ignición, no comprendemos la propagación del fuego.

Una parte clave de su investigación era la de observar el fuego muy detenidamente para ver los patrones que se revelaban. ¿Qué vieron?
En los ensayos de laboratorio vimos que las llamas tienden a producir un tipo de comportamiento de pulsación muy regular y comenzamos a observar picos en el frente de llama. Tres de los cuatro que trabajábamos en el proyecto fuimos bomberos anteriormente, y todos hemos visto estos picos de llama tanto en pequeños incendios de pasto como en grandes incendios de copa. Siempre asumimos sin duda alguna, aún en el laboratorio, que esto se debía a heterogeneidades en el combustible —un conglomerado de combustibles produciendo una intensidad mayor en esa ubicación específica que en otra—y lo dejamos pasar.

Pero luego a Mark se le ocurrió la idea de crear lechos de combustible de alta propagación—absolutamente perfectos en consistencia, en espaciamiento, en tamaño y característica un lecho de combustible—de modo que pudiéramos ver exactamente qué estaba sucediendo en el frente de llama sin estas variaciones de combustible. Nos liberamos de la idea de que queríamos un modelo de índice de propagación y en consecuencia, tuvimos que usar combustible real en nuestros experimentos. La conclusión es que la física no cambia. El contexto puede cambiar, pero la física de la transferencia de calor y de la dinámica de llamas continúa siendo la misma, sin importar qué partículas de combustible se usen.

¿Qué aprendieron de la observación de estos incendios a medida que se propagaban en los lechos de combustible creados mediante ingeniería?
Armamos estos lechos de combustible, hechos de cartón cortado con láser, en un túnel de viento, y descubrimos que aún podíamos ver estos mismos picos ascendentes y descendentes en el frente de llama. Nos acercamos para ver con cámaras de video de alta velocidad y tomando muestras de temperaturas de 500 veces por segundo, y comenzamos a ver estructura en el frente de llama. Comenzamos a ver la estructura de rotación y el material de escape que salía de las áreas descendidas a nivel del combustible.

La dinámica de los fluidos se pone relativamente compleja y abstracta, pero la conclusión es que se comienzan a generar pares de vórtices contra-rotativos dentro del frente de llama. Cuando la rotación está arriba en ambos casos, se genera un pico ascendente en la llama, y cuando está abajo, se generan corrientes descendientes que fluyen fuera de la parte frontal. Esto explica cómo un gas altamente flotante como una llama terminará siendo empujada hacia abajo y hacia adelante en dirección al combustible. De modo que la acción se encuentra en las zonas de depresión, no en las de los picos. El combustible que se calienta a niveles de ignición se encuentra en las áreas inferiores.

¿Usted cree que han descubierto alguna “verdad” fundamental sobre los incendios forestales? ¿Ve este fenómeno en todos los incendios forestales?
Se ve en todos lados. Y lo extremadamente interesante es que lo vemos sin importar la dimensión. Hemos soplado aire frío sobre una placa caliente en el túnel de viento y produjimos los mismos tipos de pares de vórtices. También hemos observado estos vórtices en grandes incendios de copa. Cuando escala desde un flujo laminar muy lento hasta un turbulento incendio de copa, nos da enorme esperanza de que seremos capaces de caracterizar de manera real la frecuencia de pulso y de dimensionar el remolino responsable del contacto con la llama en el combustible sin quemar adyacente al frente de llama.

Si los modelos existentes basados en la transferencia de calor radiante están equivocados, y los incendios forestales sí se propagan por convección, ¿de qué modo estos conocimientos le permitirían a usted y a otros predecir de mejor manera cómo los incendios forestales se propagarán y movilizarán?
El hecho de que podamos diagnosticar las condiciones que conducirían a un comportamiento u otro en un incendio forestal es aún un interrogante. Nuestra esperanza es que, mediante una mayor comprensión de los procesos fundamentales de ignición del combustible, podamos, si no hacer predicciones sobre la dirección que tomará el incendio, ciertamente diagnosticar las condiciones bajo las cuales se propagaría o no.

¿Qué es lo que personalmente espera como resultado de esta investigación?
Cuando Mark y yo comenzamos a trabajar en esto, nuestra motivación primaria se relacionaba con permitir la ocurrencia ecológicamente adecuada de los incendios.

Consideramos la supresión de incendios como un costo creciente para un retorno en disminución. En nuestro visceral enfoque cultural por eliminar los incendios a cualquier precio, estamos creando un impacto enormemente negativo.

En realidad, ya hemos modificado el paisaje—la composición y continuidad del combustible —extinguiendo incendios hasta que no podemos más. Hemos modificado la ecología de los incendios forestales; ahora, los incendios forestales se inclinan por arder más amplia y severamente que si contáramos con condiciones diferentes.

Definitivamente, esto está ejerciendo influencia sobre los beneficios que los humanos obtenemos de nuestro entorno, tales como la calidad del agua, la vida silvestre, la producción de materias primas y otros recursos naturales. No vamos a terminar con la misma composición de vegetación y estructura del paisaje que hemos esperado.

¿Podría su investigación eventualmente ayudar a los directores forestales a tomar mejores decisiones en relación a qué incendios dejar arder y qué incendios apagar?
Tenemos más de 300 millones de personas viviendo en los 48 estados contiguos, junto con toda nuestra infraestructura, de modo que no podemos permitir que ardan incendios libremente del mismo modo en que lo hacíamos hace 200 años. Eso significa que debemos comprenderlo para poder manejarlo de manera proactiva y de una manera ecológicamente más adecuada. Cuanto mejor comprendemos algo, nos sentimos más cómodos para manejarlo.

Creo que el mensaje fundamental aquí es que los incendios forestales son inevitables y que los incendios forestales bajo condiciones extremas también lo son. Necesitamos poder manejar este tema de alguna manera diferente que no sea un proceso fallido altamente costoso y reactivo.

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