Cuaderno Técnico 03 · Dinámica del fuego forestal
Velocidad de propagación de un incendio forestal
Influencia del combustible, el viento, la pendiente y la humedad. Qué mide realmente la velocidad de avance, cómo se modeliza, por qué cambia en segundos y dónde dejan de ser fiables las predicciones.
Resumen
La velocidad no es una propiedad fija del incendio
La velocidad de propagación —rate of spread, ROS— es la rapidez con la que una parte definida del frente atraviesa el combustible. Surge de un balance entre la energía que llega al combustible no quemado y la energía necesaria para calentarlo, secarlo y llevarlo a ignición. Cambia con la estructura y continuidad del lecho, la humedad, el flujo de aire cercano a la llama, la pendiente, la curvatura del frente, el tamaño del incendio y la interacción entre el fuego y la atmósfera.
Por eso una cifra aislada, por ejemplo «20 m/min», está incompleta. Debe indicar qué sector del perímetro se midió, durante qué intervalo, con qué método, en qué combustible y bajo qué viento, humedad y topografía. También debe separar el frente continuo de los focos secundarios originados por pavesas.
Definición geométrica
¿Qué punto se mueve y en qué dirección?
La definición local más útil toma el desplazamiento dsn perpendicular a la línea de fuego durante el intervalo dt. No debe medirse siguiendo el contorno ni uniendo dos puntos arbitrarios. En un frente curvo, cada segmento puede tener una velocidad y una dirección diferentes.
No es lo mismo que…
- la velocidad del viento;
- el movimiento del humo o de la punta de llama;
- la tasa de crecimiento del área quemada;
- la distancia máxima de un foco secundario;
- la velocidad media de todo el perímetro.
Seis velocidades que deben nombrarse
01 · Local
Rn
Avance normal de un pequeño segmento del frente. Es la definición geométrica fundamental.
02 · Cabeza
Rh
Mayor avance sostenido en la dirección dominante. No representa flancos ni cola.
03 · Flanco
Rf
Propagación lateral. Puede transformarse rápidamente en cabeza tras un cambio de viento.
04 · Retroceso
Rb
Avance de la cola contra el viento o cuesta abajo. Suele ser menor, pero no nulo.
05 · Equilibrio
Req
Velocidad cuasiestacionaria prevista para condiciones constantes y frente desarrollado.
06 · Promedio observado
Δs / Δt
Media sobre un intervalo. Puede ocultar pulsos, paradas, ráfagas y saltos por pavesas.
Unidades y conversiones
| Velocidad | m/s | m/min | km/h | Lectura espacial |
|---|---|---|---|---|
| 0,1 m/min | 0,0017 | 0,1 | 0,006 | 6 m en una hora |
| 1 m/min | 0,0167 | 1 | 0,06 | 60 m en una hora |
| 10 m/min | 0,1667 | 10 | 0,6 | 1 km en 100 min |
| 50 m/min | 0,8333 | 50 | 3,0 | 1 km en 20 min |
| 100 m/min | 1,6667 | 100 | 6,0 | 1 km en 10 min |
Estas filas son conversiones exactas, no categorías universales de peligro. La dificultad de control depende además de la intensidad, la longitud de llama, la topografía, los focos secundarios, la accesibilidad y la seguridad.
Del dato de campo a una velocidad defendible
Identidad del frente
Distinguir cabeza continua, flanco, retroceso y foco secundario. Un foco nuevo adelantado no es una aceleración del frente original.
Ventana temporal
Guardar horas con resolución suficiente. Un promedio de 30 minutos no describe una aceleración de 90 segundos.
Georreferenciación
Documentar error de GNSS, resolución térmica, ortorrectificación, escala de imagen y método de trazado.
Entorno simultáneo
Viento con altura y exposición, pendiente y orientación, humedad del combustible y descripción estructural del lecho.
Distribución, no solo media
Reportar mediana, percentiles o rango por sectores cuando el frente sea heterogéneo.
Trazabilidad
Conservar puntos, imágenes, algoritmo y supuestos para que otra persona pueda repetir el cálculo.
01 · El balance de energía
La estructura del modelo de Rothermel
El modelo de Rothermel fue desarrollado para estimar la velocidad cuasiestacionaria de un fuego de superficie en un lecho de combustible aproximadamente uniforme. Su idea central es físicamente clara: la propagación resulta del cociente entre el flujo de energía que alcanza el combustible no quemado y la energía requerida para su ignición. La forma clásica es:
Qué representa cada término
| Término | Significado | Variables que lo condicionan | Error frecuente |
|---|---|---|---|
| IR | Intensidad de reacción por unidad de superficie del lecho. | Carga neta, calor de combustión, velocidad de reacción, humedad y minerales. | Confundirla con intensidad de línea de Byram. |
| ξ | Proporción del calor de reacción que se dirige al combustible aún no quemado. | Relación superficie/volumen y compactación. | Tratarla como una constante universal. |
| φw | Factor adimensional de viento en el entorno del combustible. | Viento a media llama, tamaño de partícula y compactación. | Introducir directamente el viento de 10 m o de una estación expuesta. |
| φs | Factor adimensional de pendiente. | Inclinación y compactación aparente del lecho. | Sumarlo escalarmente al viento cuando sus direcciones no coinciden. |
| ρb | Densidad aparente seca del lecho. | Carga dividida por profundidad. | Usar densidad de la madera sólida. |
| ε | Fracción de la masa que se calienta eficazmente durante el avance. | Relación superficie/volumen. | Suponer que todo el combustible se calienta simultáneamente. |
| Qig | Calor de preignición por unidad de masa. | Temperatura inicial y humedad del combustible. | Omitir la energía necesaria para evaporar agua. |
Humedad en base seca
La humedad actúa como sumidero y como amortiguador
La humedad del combustible suele expresarse en base seca: M = [(masa húmeda − masa seca) / masa seca] × 100 %. Un 10 % significa 0,10 kg de agua por kilogramo de materia seca. Esta convención no debe mezclarse con la base húmeda usada en otros campos.
En el modelo de Rothermel, la humedad reduce la intensidad de reacción mediante un coeficiente de amortiguación y aumenta la energía de preignición. Para combustible muerto, la relación entre humedad y humedad de extinción es especialmente importante. El «punto de extinción» del modelo no es una frontera física perfecta: depende del combustible representado y de la formulación.
Viento
El modelo necesita viento a media llama
El viento medido a 10 m o 20 pies sobre una referencia abierta debe transformarse al flujo que realmente actúa sobre el frente superficial. El Wind Adjustment Factor depende de la cobertura, la altura del dosel y la profundidad del combustible. En un sotobosque protegido, el viento a media llama puede ser una fracción pequeña del viento libre.
Dirección
Viento y pendiente no siempre se suman
La expresión 1 + φw + φs es directa cuando ambos favorecen la misma dirección. Si divergen, se requiere una resolución vectorial para obtener la dirección máxima y una «velocidad de viento efectiva». Una suma escalar puede producir una magnitud y una dirección erróneas.
Un modelo de combustible no es una especie vegetal
Los modelos estándar de combustible son conjuntos de parámetros diseñados para representar el estrato que porta el fuego y un rango de comportamiento: cargas por clases, relación superficie/volumen, profundidad, calor, humedad de extinción y, en algunos casos, curado herbáceo. «Pinar», «matorral» o «eucaliptal» no determinan por sí solos un modelo. Dos rodales de la misma especie pueden presentar estructuras de combustible opuestas.
Estructura
Profundidad, porosidad, compactación, orientación y continuidad horizontal/vertical.
Partículas
Carga por tamaños, relación superficie/volumen, material vivo o muerto y contenido mineral.
Estado
Humedad, curado, heterogeneidad, trituración, caída reciente y tratamiento previo.
Familias de modelos: no responden a la misma pregunta
| Familia | Qué hace | Fortaleza | Límite principal |
|---|---|---|---|
| Físico | Resuelve transferencia de calor, flujo, combustión y, en modelos acoplados, atmósfera. | Permite estudiar mecanismos y retroalimentaciones. | Coste, escalas submalla y parámetros difíciles de medir. |
| Cuasifísico / semiempírico | Conserva una estructura física y calibra relaciones con ensayos. | Equilibrio entre interpretación y cálculo operativo. | Supuestos de homogeneidad y régimen cuasiestacionario. |
| Empírico | Ajusta ROS frente a viento, humedad y estructura observados. | Buen rendimiento dentro del dominio de calibración. | Extrapolación débil fuera del combustible y condiciones estudiadas. |
| Propagación espacial | Convierte ROS local en crecimiento del perímetro mediante elipses, Huygens o tiempo mínimo de viaje. | Simula forma, llegada y área. | Hereda todos los errores del modelo de ROS y de los datos espaciales. |
| Acoplado atmósfera–fuego | Permite que el incendio modifique el viento que a su vez modifica el incendio. | Captura parte de la dinámica extrema. | Gran demanda computacional y sensibilidad a condiciones iniciales. |
02 · Los controladores
Combustible, humedad, viento y pendiente actúan juntos
No existe un «porcentaje de influencia» universal para cada variable. Su importancia cambia con el tipo de combustible, la escala y el régimen de propagación. Además, las variables interactúan: el viento inclina la llama y modifica la transferencia de calor; la pendiente aproxima la llama al combustible superior; la humedad altera el calor necesario para la ignición; y la estructura del lecho gobierna cuánto calor se produce y cuánto combustible se calienta eficazmente.
Combustible
No es solo «cuánto hay»
La carga, por sí sola, no ordena la ROS. Importan la continuidad, la profundidad, la compactación, la orientación, la porosidad y la relación superficie/volumen. Añadir combustible fino puede aumentar la reacción; compactarlo en exceso puede reducir el oxígeno y la transferencia hacia delante.
Humedad
Agua que debe calentarse y evaporarse
El combustible muerto fino responde con rapidez al ambiente y suele controlar la continuidad inmediata. El combustible vivo requiere una representación separada: su efecto depende de la especie, la fisiología, la estructura y la mezcla con material muerto.
Viento
Media, ráfagas y turbulencia
El viento aporta oxígeno, inclina y alarga la llama sobre el combustible no quemado y transporta gases calientes y pavesas. Una media de diez minutos puede ocultar ráfagas de segundos capaces de producir barridos convectivos y pulsos de aceleración.
Pendiente
Geometría y flujo inducido
Cuesta arriba, la llama y el penacho tienden a aproximarse al combustible. En laderas fuertes pueden aparecer regímenes eruptivos o no monotónicos que no se describen bien mediante un simple multiplicador estacionario.
La misma variable puede cambiar de significado con la escala
| Escala | Qué se observa | Procesos dominantes | Riesgo de interpretación |
|---|---|---|---|
| Partícula | Calentamiento, secado, pirólisis e ignición. | Convección, radiación, conducción y cinética. | Extrapolar una acícula aislada a un lecho real. |
| Lecho / parcela | Frente continuo y ROS local. | Compactación, porosidad, humedad y flujo impuesto. | Ignorar bordes, longitud de frente y escala del ensayo. |
| Incendio | Cabeza, flancos, focos secundarios y crecimiento. | Topografía, viento variable y tamaño del frente. | Aplicar condiciones medias a todos los sectores. |
| Paisaje / atmósfera | Columnas, convergencias, cambios de régimen. | Acoplamiento fuego–atmósfera y heterogeneidad espacial. | Suponer que el incendio es un receptor pasivo del viento. |
Régimen transitorio
Un foco puntual no nace a velocidad de equilibrio
Después de la ignición, el frente crece, se curva y aumenta su longitud activa. La velocidad puede aproximarse gradualmente a un valor cuasiestacionario si las condiciones permanecen constantes. El tiempo de aceleración depende del combustible, el viento, el patrón de ignición y la escala. Ensayos en litter de eucalipto han necesitado decenas de minutos para aproximarse al régimen estable; ese resultado no debe trasladarse sin más a otro combustible.
El proceso inverso también importa. Tras entrar en un combustible discontinuo, húmedo o protegido del viento, el frente no siempre adopta instantáneamente la nueva velocidad de equilibrio. El incendio posee memoria espacial y temporal.
Geometría del crecimiento
Cabeza, flancos y cola no avanzan igual
Rb
Rh
Rf
Los modelos de crecimiento suelen representar un fuego impulsado por viento mediante una elipse. La relación longitud/anchura controla cuánto difieren cabeza, flanco y retroceso. Es una idealización útil para un terreno y un viento uniformes, no una forma que deba imponerse a un perímetro real con barrancos, mosaicos de combustible y focos secundarios.
Velocidad ≠ intensidad ≠ severidad
Un incendio más rápido no es necesariamente el que libera más energía por metro
Ejemplo A
450 kW/m
R = 3 m/min; w = 0,5 kg/m²; H = 18.000 kJ/kg.
Ejemplo B
900 kW/m
R = 1,5 m/min; w = 2 kg/m²; H = 18.000 kJ/kg. Avanza a la mitad, pero su intensidad calculada es doble.
La severidad describe efectos ecológicos o físicos posteriores al paso del fuego. No puede deducirse únicamente de la ROS ni de la intensidad instantánea.
Reglas porcentuales del viento: útiles solo dentro de límites
En bases de datos de incendios de alta peligrosidad se han propuesto reglas aproximadas: una ROS de cabeza cercana al 10 % de la velocidad del viento abierto a 10 m en determinados fuegos de bosque y matorral, y alrededor del 20 % en ciertos pastizales secos bajo condiciones críticas. Son reglas empíricas de cribado, con errores importantes y dominios específicos; no sustituyen el modelo correspondiente ni representan ladera, humedad elevada, discontinuidad, fuego de copas o comportamiento convectivo.
Laboratorio interactivo 1
Descomponer la sensibilidad de la velocidad
Este laboratorio conserva la estructura multiplicativa del amortiguamiento por humedad y la estructura aditiva de los factores de viento y pendiente del modelo de Rothermel. No ejecuta el modelo completo: parte de una ROS seca de referencia introducida por el usuario para aislar mecanismos y comprobar órdenes de magnitud.
Entradas del escenario
r = M/Mx. Se limita ηM al intervalo 0–1; cuando M ≥ Mx, el laboratorio fija ηM = 0. Los factores son adimensionales y se suponen alineados.
Resultados instantáneos
Alcance: herramienta didáctica para sensibilidad y comprobación dimensional. Representa el amortiguamiento ηM de la intensidad de reacción, pero no recalcula el efecto adicional de la humedad sobre Qig, ni pondera combustibles vivos. No representa un modelo de combustible estándar completo, no calcula viento a media llama y no debe utilizarse para decisiones de seguridad.
Laboratorio interactivo 2
Aceleración y tiempo de llegada
Suponer que un foco puntual alcanza inmediatamente la velocidad de equilibrio adelanta artificialmente su posición. Para mostrar el efecto se usa una respuesta exponencial de primer orden. Es una aproximación didáctica transparente, no un coeficiente universal de aceleración.
Entradas
x(t) = Req{t − τ[1 − exp(−t/τ)]}
| Fracción de Req | Tiempo teórico |
|---|---|
| 50 % | 10,4 min |
| 90 % | 34,5 min |
| 95 % | 44,9 min |
Supuestos: ambiente constante, una sola dirección, ausencia de pavesas y de cambios de régimen. En incendios reales, una ráfaga, un cambio de combustible o la interacción con la atmósfera pueden producir respuestas no exponenciales.
03 · De la predicción a la decisión
Un número solo es útil si puede ser actualizado
La predicción operativa más robusta no es una única ejecución del modelo, sino un ciclo: estimar, observar, comparar, diagnosticar el error y actualizar. La diferencia entre la ROS prevista y la observada puede proceder del viento, la humedad, el modelo de combustible, la aceleración, la posición del frente o de un proceso ausente —por ejemplo, un foco secundario o transición a copas—. Ajustar un parámetro sin identificar la causa puede mejorar un instante y empeorar el siguiente.
Puede responder
- Qué escenarios producen mayor o menor ROS.
- Qué variable domina la sensibilidad local.
- Qué tiempo de llegada resulta bajo supuestos explícitos.
- Cómo cambia la dirección de máxima propagación.
- Qué observación nueva reduciría más la incertidumbre.
No puede garantizar
- La posición exacta del frente a una hora futura.
- Una distancia universal de seguridad.
- La ausencia de pavesas más allá del perímetro previsto.
- La estabilidad del viento o del régimen del incendio.
- La validez fuera del dominio de calibración.
Protocolo mínimo para estimar ROS en campo o imagen
| Paso | Registro obligatorio | Control de calidad |
|---|---|---|
| 1. Sector | Identificador del frente, cabeza/flanco/cola, continuidad y presencia de focos. | Confirmar que ambos contornos pertenecen al mismo frente. |
| 2. Tiempo | Hora sincronizada y zona horaria de cada observación. | Documentar latencia de sensores y frecuencia de captura. |
| 3. Posición | Contornos, puntos de control, proyección y resolución. | Cuantificar error de GNSS, georreferenciación y trazado. |
| 4. Distancia | Desplazamiento normal por segmentos o correspondencia entre isocronas. | Evitar la distancia a lo largo del perímetro. |
| 5. Entorno | Viento con altura, intervalo y exposición; pendiente; combustible y humedad. | No mezclar viento abierto, a 10 m y a media llama. |
| 6. Resultado | ROS por sector, media/mediana, rango, método y supuestos. | Separar variabilidad espacial de incertidumbre instrumental. |
Aproximación de propagación de incertidumbres para errores pequeños e independientes en distancia y tiempo. No incluye el error de asociación entre frentes ni la variabilidad física.
Verificación, validación e incertidumbre
Cómo evaluar un modelo sin engañarse
Verificación
Comprueba que el código implementa correctamente las ecuaciones: unidades, límites, redondeo, dirección y casos conocidos.
Validación
Compara predicciones con observaciones independientes dentro de un dominio definido.
Incertidumbre
Propaga la variabilidad de entradas, parámetros, estructura del modelo y medición.
| Métrica | Qué revela | Precaución |
|---|---|---|
| Sesgo medio | Tendencia sistemática a sobrepredecir o subpredecir. | Errores positivos y negativos pueden cancelarse. |
| MAE | Error absoluto medio en las unidades de ROS. | Debe contextualizarse frente al rango observado. |
| RMSE | Penaliza más los errores grandes. | Puede quedar dominado por pocos casos extremos. |
| MAPE | Error porcentual fácil de comunicar. | Es inestable cuando la ROS observada se acerca a cero. |
| Cobertura de intervalos | Cuántas observaciones quedan dentro de la envolvente prevista. | Un intervalo muy ancho puede cubrir mucho y ser poco informativo. |
Una evaluación internacional de modelos de propagación superficial y de copas encontró una dispersión sustancial incluso con modelos ampliamente utilizados. La lección no es abandonar la modelización, sino informar el error esperado, limitar la extrapolación y actualizar con observaciones.
Plantilla de comunicación operativa
Una comunicación así permite conocer qué se midió, qué no se midió y qué puede cambiar. «El incendio va a 18 m/min» no lo permite.
Diez conclusiones esenciales
- La ROS es una velocidad local normal al frente; debe especificarse cabeza, flanco, cola o promedio.
- Un modelo estima bajo supuestos: no observa el incendio ni detecta por sí solo un cambio de régimen.
- Rothermel organiza la propagación como energía transferida dividida por energía de ignición.
- El viento del modelo es el que actúa cerca de la llama, no automáticamente el de una estación meteorológica.
- La estructura del combustible puede importar tanto como la carga; un modelo de combustible no equivale a una especie.
- La humedad debe declararse con su base, clase y método de medida o estimación.
- Viento y pendiente requieren dirección; no siempre pueden sumarse como dos escalares.
- La velocidad de equilibrio no describe necesariamente los primeros minutos tras una ignición.
- Velocidad, intensidad y severidad son magnitudes distintas.
- La mejor predicción es trazable, expresa incertidumbre y se corrige con observaciones nuevas.
Bibliografía esencial y fuentes primarias
Referencias
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Cita sugerida
Tecnobosque (2026). Velocidad de propagación de un incendio forestal: influencia del combustible, el viento, la pendiente y la humedad. Cuadernos Técnicos Tecnobosque, n.º 03.