La predicción de la humedad del combustible

El cálculo de la humedad del combustible por secado en estufa con el fin de su aplicación, tanto en la determinación del riesgo de incendio como en la predicción del comportamiento del fuego, no es útil en la práctica por el tiempo empleado desde la toma de la muestra de combustible hasta la obtención de resultados. Los métodos químicos siempre tienen algún inconveniente que les impide utilizarse asiduamente (precisar de aparatos sofisticados o de amplios conocimientos químicos o ser las muestras laboriosas de preparar).

El desarrollo de métodos rápidos de estimación de la humedad pretende suplir estos inconvenientes y con tal fin, a lo largo de los últimos setenta años se han llevado a cabo numerosos estudios sobre la variación y la predicción de la humedad en los restos combustibles aprovechando que ésta se relaciona, como ya se ha expuesto, con diversas variables ambientales. Los primeros trabajos se deben a Gisborne (1928; 1933a; 1933b y 1936), a Jemison (1935), a Hayes (1941 y 1944) y a Byram (1940 y 1943).

El tema de la estimación es complejo. En Chandler et al., (1991) se indican dos razones que dificultan el éxito de los métodos de estimación:

La primera es que los combustibles forestales muertos no son materiales homogéneos sino que mantienen, en mayor o menor estado de descomposición, la estructura de conductos que tenían cuando estaban vivos. Esto condiciona el movimiento del agua en el interior de los combustibles. La segunda es la diversidad de mecanismos y procesos físicos que como ya se vio en el apartado 2.2.2 están implicados en las pérdidas y ganancias de humedad de los combustibles.

Por otro lado hay que tener en cuenta las diferencias en las humedades de los distintos elementos que puede haber dentro de un complejo de combustibles (herbáceas, hojas, ramillas, cortezas, etc.) así como las diferencias entre especies. Dicha variación se ha confirmado en trabajos como los de Viney y Hatton (1989) y Pook y Gill (1993) y sugiere que es erróneo asignar al conjunto una humedad media sino que se debe de tratar a cada tipo de material por separado. Sin embargo cuanto más específico es un modelo más se reduce su ámbito de aplicación.

En definitiva, los modelos de estimación en general son muy fáciles y rápidos de aplicar y además la humedad se puede predecir en el propio monte. Sin embargo, con un modelo nunca se obtiene la misma exactitud que con los métodos directos (Trevitt, 1988).

Concepto de modelo de estimación de la humedad

Un modelo de predicción de la humedad del combustible es una herramienta que permite estimar su contenido en agua en función de determinadas variables del medio. Los modelos más antiguos, anteriores al uso generalizado de las calculadoras y ordenadores personales, solían presentarse en forma gráfica o tabular. Modelos más modernos y también nuevas versiones de los antiguos se presentan a través de expresiones matemáticas y programas informáticos.

Para que un modelo sea de utilidad práctica las variables del medio en las que se basa han de ser sencillas de medir. Las más frecuentemente utilizadas son la humedad relativa y la temperatura del aire. Ejemplos son los modelos de McArthur (1962; 1966; 1967). Otros modelos además precisan información sobre la cantidad o duración de la precipitación, la velocidad y dirección del viento, la pendiente y exposición del lugar, el porcentaje de sombra sobre el combustible o la época del año y hora del día. Son ejemplos los modelos de Rothermel (1983) y Rothermel et al.(1986). Por último, hay modelos que dan el contenido en humedad del combustible en función de su valor de equilibrio. Entre estos se pueden citar el de Fosberg y Deeming (1971) o el de Van Wagner y Pickett (1985). En estos casos el contenido en humedad de equilibrio también se ha de estimar.

Características y clasificación de los modelos de estimación

Existen modelos de predicción de la humedad para las distintas categorías de tamaño o de tiempo de retardo del combustible. Sin embargo siempre se ha prestado especial atención a la modelización de la humedad de los combustibles finos frente a los gruesos o intermedios pues son los que permiten el inicio y el avance del fuego.

Igualmente existen modelos de predicción de la humedad para los combustibles de los diferentes estratos. En este caso la modelización se ha centrado fundamentalmente sobre los combustibles de la superficie pues son los elementos finos de dicho estrato los que propagan la mayoría de los incendios. Los modelos de estimación de la humedad del mantillo se pueden referir a todo el perfil o a cierta profundidad del mismo.

Además, cada modelo en particular también se caracteriza por lo siguiente:

• La fuente de humedad que contempla.

• Su naturaleza física o empírica.

• El momento del día en que se puede emplear.

• Precisar, o no de un valor previo de la humedad del combustible para poder efectuar una estimación.

A partir de aquí los modelos se pueden clasificar de la siguiente forma:

Modelos de intercambio de vapor

Muchos de los modelos existentes tienen en cuenta únicamente el intercambio de vapor entre la atmósfera y el combustible como fuente de humedad y tratan de cuantificar los procesos de complementarios de adsorción y desorción. Alguno de estos modelos proponen ecuaciones diferentes para los momentos del día en que el combustible se encuentra ganando humedad que para aquellos en los que la está perdiendo. Sin embargo otros modelos presentan una única expresión para ambas situaciones.

Por otro lado, alguno de estos modelos se asocia al concepto de humedad de equilibrio pero otros estiman la humedad del combustible directamente a partir de la humedad relativa y la temperatura sin el cálculo intermedio de la humedad de equilibrio.

Como se ha explicado anteriormente, la humedad de equilibrio varia con la humedad relativa, la temperatura, la especie y el tipo de combustible pero en realidad los modelos de intercambio de vapor emplean funciones de equilibrio generales y previamente elaboradas en las que la humedad relativa y la temperatura son las únicas variables independientes. Entre estas funciones hay que nombrar las de Simard (1968a), Van Wagner (1972), Van Wagner y Pickett (1985), Anderson et al. (1978), Nelson (1984) y Pech (1989). Alguna de ellas se presentará en el capítulo 3.

Hay modelos que en un intento de mejorar las estimaciones de la humedad para combustibles cercanos al suelo adaptan el valor de la humedad relativa y la temperatura medidas a metro y medio al valor que tomarían dichas variables en el entorno del combustible. Son métodos de ajuste de este tipo el de Byram y Jemison (1943) y el de Haltiner citado en Bradshaw et al. (1983).También se verán en el capítulo 3.

Modelos de precipitación

Modelos más completos que los anteriores son los que añaden el efecto humectante de la lluvia al intercambio de vapor con la atmósfera. Son de dos tipos; unos se basan en la cantidad de lluvia y otros en la duración de la precipitación. De acuerdo con Simard (1968a), los parámetros que hay que considerar para relacionar la humedad del

combustible con la cantidad de lluvia son muy numerosos: pérdidas por escorrentía y percolación, efectos de la cubierta vegetal sobre la intercepción y goteo, características del lecho, etc. Esto significa que no se trata simplemente de relacionar la cantidad de lluvia con el aumento experimentado en la humedad del combustible. Además, Simard (1968a) también señala que la pequeña velocidad de difusión de la humedad en el interior de los combustibles, cifrada por Fosberg (1972) en 10-7cms-1, es un factor limitante en la admisión de más agua por lo cual rápidamente se satura la superficie mostrándose indiferente a nuevos aportes de agua de lluvia. En la misma línea, Viney (1991) apunta que una precipitación de tan solo 1 mmh-1 satura normalmente la superficie de los combustibles de manera que cualquier lluvia posterior tendrá una eficiencia humectante decreciente. Fosberg (1972) defiende que cuando llueve, el factor que domina la entrada de agua en el combustible es el tiempo que permanece la película de agua sobre su superficie y no la cantidad total de agua de lluvia. Estas razones han motivado que se considere como variable independiente, en diversos modelos, la duración de la precipitación en vez de la cantidad de la precipitación.

Modelos de condensación

Son muy escasos los trabajos de estimación de la humedad que consideran este proceso natural de incremento de humedad debido probablemente a la dificultad de su medición. Sin embargo la condensación es una fuente de humedad muy importante durante la noche que puede incrementar la humedad de los combustibles muy por encima de las posibilidades del transporte de vapor. Hatton y Viney (1988) y Viney y Hatton (1989) proponen profundizar en la cuantificación del efecto de la condensación para su inclusión en los modelos actuales de predicción de la humedad.

Modelos que consideran el suelo como fuente de humedad

Hatton et al. (1988) estudiaron la influencia de la humedad del suelo en el combustible situado sobre el mismo o en un entorno cercano. En vistas a los resultados obtenidos los autores indicaron que en los modelos de estimación de la humedad de los combustibles finos debería de incluirse un factor de humedad del suelo o en su defecto un algoritmo de transformación de las variables atmosféricas medidas a metro y medio del suelo a sus equivalentes en el entorno del combustible para de este modo recoger la influencia de la evaporación del agua a nivel superficial. Fosberg (1972) habla de la importancia del tiempo que el combustible del suelo se encuentra encharcado tras la lluvia. En realidad son muy pocos los modelos que incluyen el suelo como fuente de humedad.

Modelos físicos

Los modelos físicos predicen la evolución de un proceso en función de las leyes naturales que lo rigen. Estos modelos son potencialmente válidos para su aplicación en cualquier situación, pero es necesario conocer en profundidad dichas leyes para poder elaborarlos. No hay modelos de estimación del contenido en humedad totalmente físicos por la cantidad de procesos y variables implicadas. El modelo que más se aproxima a este tipo es el de condensación de Viney y Hatton (1990)

Modelos semifísicos

Se caracterizan por poseer una parte sustentada en la ley física que rige el proceso natural de variación de la humedad que tratan de cuantificar mientras que otra parte se

obtiene a partir de ajustes empíricos. En general los modelos semifísicos son más sencillos que los físicos y requieren menor cantidad de información para ser empleados. Sin embargo sus estimaciones se alejan más de la realidad. El hecho de tener parte física implica que tienen posibilidad de adaptarse a situaciones diversas. Byram en su trabajo de 1963 ya mencionado anteriormente y citado, entre otros, en Fosberg (1970), contribuyó a dar cierta consistencia física a los modelos pues incorporó a los combustibles forestales la teoría de la difusión del agua en la madera.

Modelos empíricos o experimentales

Están constituidos por ecuaciones ajustadas en su totalidad, sin tener ningún tipo de base física. Son modelos mucho más sencillos de elaborar y de aplicar que los anteriores pues en ellos se relaciona la humedad del combustible con variables ambientales fáciles de medir. Sólo son aplicables a combustibles y situaciones idénticas a aquellas para las que se crearon. A la hora de elaborar un modelo de este tipo es importante seguir las recomendaciones de Simard y Main (1982) en cuanto a la especificación, al menos, de las siguientes características del combustible empleado:

• Composición (madera, acículas, hojas o hierba).

• Presencia o ausencia de capas protectoras (corteza o cera).

• Grosor (diámetro de las partículas o en su caso profundidad del mantillo).

• Localización (superficial o aérea).

• Situación (bajo cubierta arbórea o a campo abierto).

Es imprescindible además indicar el dominio de humedad relativa y temperatura acontecido durante la elaboración del modelo así como del resto de las variables ambientales implicadas.

Modelos horarios o de estimación continua

Permiten estimar la humedad del combustible en cualquier momento del día siempre que se esté dentro del dominio de aplicación del modelo.

Modelos diarios o de humedad mínima

Se emplean para predicciones de la humedad del combustible a una determinada hora del día, generalmente a primeras horas de la tarde o a media tarde que es cuando se considera que el combustible alcanza su humedad mínima diaria. Alguno de estos modelos dan también estimaciones del valor máximo de humedad que presenta el combustible a lo largo del día como paso intermedio para el cálculo del valor mínimo.

Modelos bookkeping o iterativos

Son modelos de predicción de la humedad que se han de aplicar de manera continua día tras día pues precisan, para efectuar una estimación, del valor de la humedad del combustible del día anterior. Por ejemplo Van Wagner (1974a) mostró que para estimar la humedad de los restos se debería de considerar el contenido en humedad del día anterior.