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Aspectos que no contempla la norma

¡La UNE EN 469 no basta!

Ramón Torra Piqué, Dr. Ingeniero Industrial12/07/2018
El vestuario para la lucha contra el fuego de los bomberos, actualmente conforme a los ensayos propuestos en la vigente UNE EN 469: 2006, no garantiza la protección térmica en algunos casos durante la intervención, puesto que siguen ocurriendo lesiones por quemaduras, aunque las exposiciones al calor y llamas sean inferiores a las especificadas en la certificación de las prendas. En el último borrador de la nueva EN 469:2015, que no acaba de aprobarse por razones que desconocemos, no se modifican los parámetros de los ensayos, por lo cual la protección térmica no mejora y la consiguiente posibilidad de lesiones permanece.

¿Por qué ocurre esto? Los trajes de intervención están diseñados para proteger al bombero de la agresión del ambiente térmico en que se desarrolla la extinción de incendios, incluyendo la exposición al calor radiante, al calor de convección debido a los gases calientes y al de conducción por contacto con superficies calientes. El bombero puede recibir serias quemaduras por cada uno de estos tres modos de transmisión del calor o una combinación de los mismos, aunque lleve correctamente dispuestas sus prendas de protección y se coloque a una distancia apropiada del fuego (ver figura 1). La razón estriba en que el vestuario de protección tiene límites físicos definidos en su capacidad para proteger al usuario, los cuales son medibles, aunque durante la intervención el bombero no puede reconocer estos límites críticos hasta que ya ha experimentado la lesión por quemaduras.

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Figura 1: Bomberos en acción durante la extinción de un incendio en interiores.

En el presente artículo pretendo definir el concepto de quemadura por efecto del calor, exponer como se producen estas frecuentes lesiones térmicas y la influencia que tiene la humedad en acelerar y agravar el proceso de destrucción del tejido dérmico afectado; a pesar que los materiales utilizados actualmente en la capa externa, barrera de vapor y capa aislante interna de los trajes de protección dispongan de excelentes prestaciones, superando a los utilizados por los bomberos en un próximo pasado. Algunos de estos materiales son derivados de los empleados por los astronautas, pero debemos tener en cuenta que, en la lucha contra incendios, el ambiente hostil sobrepasa a las conocidas características del espacio exterior. Por ejemplo, la Nasa diseña los trajes para temperaturas que pueden oscilar desde –150°C a 121°C, mientras que el bombero puede experimentar un salto térmico entre –34°C, en los países nórdicos, hasta 1.000°C en una pos-llamarada de flashover. En el entrenamiento los astronautas pueden asimilar y comprender mejor los límites protectores de sus trajes que los bomberos, por cuya razón estos deben prepararse, en su entrenamiento básico, para usar de forma adecuada sus trajes y gestionar con cordura su exposición térmica, mediante efectivas y apropiadas tácticas y técnicas operativas.

Buena parte de la exposición, de los conceptos y datos que se exponen son fruto de los estudios desarrollados y publicados por el National Institute of Standards and Technology (NIST), así como lo propuesto en el clásico Gráfico de Hoeschke (figura 2) incluido en el reconocido proyecto Fires (USA), destinado a mejorar el diseño del vestuario de protección para los bomberos. En el gráfico se acotan tres áreas posibles de actuación.

  • Área A: correspondiente a condiciones rutinarias, en que la temperatura del aire no excede de 60 °C y un calor radiante máximo igual a la exposición solar (0,03 cal/cm².s).
  • Área B; relativo a condiciones peligrosas, con una temperatura ambiental que puede alcanzar hasta un máximo de 300°C, con un flujo de calor radiante de 0,2 cal/cm².s.
  • Área C: correspondiente a situaciones de emergencia, con una temperatura extrema de hasta 1.000°C y con un flujo térmico de 80 a 100 kW/m².
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Figura 2: Gráfico de Hoeschke, donde se delimitan las condiciones de exposición del bombero en sus habituales intervenciones.

Siguiendo estas bases se han especificado los trajes de protección para bomberos, tanto en el estándar NFPA 1971 (USA), como en la norma EN 469:2006. Por lo tanto cabe preguntarse: ¿Cuál es la causa de quemaduras en la piel y golpes de calor, sin observarse deterioros en la capa externa del traje? Pretendemos que cuanto se expone a continuación aporte razones y sea la adecuada respuesta.

Grados de las quemaduras térmicas

Desde el punto de vista de primeros auxilios, se clasifican las quemaduras de acuerdo a la extensión (o área) y a la profundidad (o grado) del tejido dérmico dañado. Los grados de las lesiones por quemaduras más comúnmente reconocidas se definen como:

  • Quemaduras de primer grado, que afectan a la capa superficial de la piel y la enrojecen, causando típicamente un desprendimiento laminar o ligera hinchazón.
  • Quemaduras de segundo grado, cuando se afecta la superficie de la piel y las capas contiguas del tejido, caracterizándose por formarse ampollas.
  • Quemaduras de tercer grado, cuando se destruyen las capas superficiales de la piel y se afectan capas más profundas de tejido. En el área afectada aparecen ampollas rotas y carbonizadas.
Las quemaduras de segundo y tercer grado se consideran lesiones muy serias porqué a menudo ocupan grandes áreas y constituyen heridas qué pueden potencialmente producir daños mayores. Si el área afectada supera el 10% de la superficie del cuerpo se considera particularmente grave y cuando se localiza en la zona de boca y cara puede interferir con la función respiratoria.

Definidas las lesiones por quemaduras, es apropiado preguntarse: ¿A qué temperatura en la piel se producen? En la tabla A se especifica la estimada temperatura en que se inician las lesiones, para los diversos grados de quemaduras, las cuales sorprendentemente ocurren a una temperatura relativamente baja. A solo 7°C por encima de la temperatura del cuerpo notamos el dolor o la incomodidad. Una quemadura de segundo grado se inicia cuando la temperatura de la piel alcanza 55°C y se produce su destrucción instantánea cuando la temperatura es 35°C por encima de la corporal. Esto no significa que se produzca inmediatamente la quemadura, cuando la piel entra en contacto con un gas, líquido o superficie caliente, a las mencionadas temperaturas. Usualmente transcurre un corto tiempo para que la piel alcance la temperatura crítica que causa la quemadura.

Tabla A. Lesiones por quemadura, en función de la temperatura de la piel
Tipo de lesión Temperatura piel ºC
Dolor e incomodidad 44 ºC
Quemaduras de primer grado 48 ºC
Quemaduras de segundo grado 55 ºC
Quemaduras de tercer grado >55 ºC
Inmediata destrucción de la piel 72 ºC

 

Prolongadas exposiciones a estos ambientes térmicos o muy altas temperaturas podrán finalmente originar aumentos en la temperatura de la piel en los puntos críticos, cuando la disipación del calor por medios naturales que protegen a la piel no pueda mantener su eficacia, y entonces ocurre la quemadura. Las pérdidas de calor de la piel se controlan por el flujo sanguíneo a y desde la zona afectada, radiación térmica de la superficie expuesta y el sudor. En la figura 3 se indica la línea límite correspondiente a temperaturas críticas y tiempos de exposición para los que se producen quemaduras de segundo grado. El área encima de la curva representa el potencial para el incremento de los daños con el tiempo. Una vez que el traje protector del bombero se ha calentado y la temperatura de la piel alcanza los niveles peligrosos anteriormente indicados, es improbable que un bombero pueda inmediatamente sacarse el traje protector e iniciar el proceso de enfriamiento para evitar la consiguiente lesión.
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Figura 3: Curva límite de temperaturas en piel y tiempo de exposición para quemaduras de segundo grado.

Prestaciones de los trajes de intervención

Los trajes de intervención utilizados actualmente por los bomberos, fabricados conforme a las especificaciones de las normas en USA (NFPA) y en Europa (EN), ofrecen unas elevadas prestaciones si se comparan con los modelos de algodón o neopreno utilizado hace tres décadas. Asimismo, el diseño contempla la comodidad para efectuar los movimientos del cuerpo en la intervención y otros importantes factores, tales como la transpiración para eliminar el sudor, pero que impide la penetración de líquidos.
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Figura 4: Ensayo en muestra de los materiales del traje para determinar el índice de la transferencia del calor por llama.

Recordemos las prestaciones térmicas que se exigen a los materiales del traje para satisfacer los ensayos de certificación:

  • Resistencia a la llama (figura 4): el ensayo mide la transferencia de calor por la acción de una llama con intensidad equivalente a 80 kW/m², debiendo obtener un índice de transferencia HTL24 = 13.
  • Resistencia al calor radiante (figura 5): en este ensayo se mide la transferencia de calor por la exposición a una densidad de flujo radiante de 40 kW/m², siendo necesario un resultado para el índice de transferencia RHTL24 = 18.
  • Resistencia al calor de los materiales: para este ensayo se colocan, en una estufa con temperatura de 180°C, muestras de todos los materiales empleados en la confección del traje. Después de 5 minutos ningún material debe inflamarse o fundir y no debe encoger más de un 5% en dirección trama o urdimbre.

(Nota: los índices de transferencia indicados corresponden al tiempo medio en segundos, necesario para obtener un incremento en la temperatura de 24 °C, medida por el calorímetro).

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Figura 5: Ensayo en muestra de los materiales del traje para determinar el índice de transferencia al calor por radiación.
Cabe señalar que tanto la vigente EN469:2006 como su esperada modificación proponen, para el traje completo que ha superado todos y cada uno de los requisitos mecánicos, físicos, químicos y térmicos, la recomendación para afianzar la confianza del usuario y fiabilidad del diseño, de ser ensayado opcionalmente sobre un maniquí instrumentalizado y expuesto, durante 8 segundos, a una inmersión en llamas con flujo uniforme ponderado de 80 kW/m², proporcionado por 8 mecheros de propano situados a su alrededor y a la altura de la rodilla (ver figura 6).
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Figura 6: Maniquí Thermoman, con más de 100 sensores para determinar el área/grado de quemaduras, después del ensayo de inmersión en llamas, actualmente normalizado conforme a EN ISO 13506-1:2017.
A pesar de estas excelentes prestaciones exigidas a los trajes de intervención de los bomberos, las estadísticas anuales publicadas en USA sobre quemaduras en bomberos no han descendido, lo cual puede ser debido a que la carga de fuego, intensidad y rapidez de desarrollo en los incendios de interiores, es ahora mayor debido a los modernos materiales utilizados en el mobiliario y elementos de construcción. Otro factor que coloca al bombero más cerca del foco térmico es el uso preceptivo del ERA en la extinción. Actualmente los bomberos con trajes protectores de avanzada tecnología y llevando ERA se aproximan al fuego y permanecen más tiempo en este ambiente térmico hostil. Esta mayor capacidad y eficacia en la lucha contra el fuego representa un peligro potencial para el bombero, al crearle falsas expectativas de seguridad, y posiblemente se sobrepasen los valores límite de protección que ofrecen las prendas, refrendadas sólo mediante ensayos en las condiciones de laboratorio.

Cómo ocurren las lesiones por quemaduras

La frecuencia en que ocurren lesiones por quemaduras, mientras que el traje de protección no presenta daños térmicos en su capa externa, es difícil de explicar. Asimismo, los golpes de calor también se reportan durante las intervenciones de los bomberos y han sido identificados como uno de los primordiales riesgos para la su seguridad. Unas y otros pueden suceder por varias causas, pero ciertos factores de transferencia del calor pueden ayudarnos a comprender principalmente las razones de las lesiones.

  • ¿Proporciona el traje protector un retardo suficiente en la transferencia de calor para permitir la entrada y salida de una zona caliente sin que ocurra una quemadura?
  • ¿Hubo un contacto directo con las llamas? En caso de lesiones sin aparente deterioro de la capa externa del traje, no hubo contacto con llamas. Las quemaduras se han producido por radiación térmica o contacto con superficie caliente
  • ¿Ha estado el traje protector comprimido sobre una superficie caliente?
  • ¿Estaba el traje protector mojado o seco?
En muchos casos se ha informado que las quemaduras, sin deterioros en el traje protector, eran debidas a lesión por vapor o escaldadura, pero análisis más detallados en la forma como el calor se transfiere a través del traje, demuestran que estas lesiones generalmente ocurren con anterioridad a la formación de vapor. Como se ha indicado anteriormente, las quemaduras de primero y de segundo grado ocurren a temperaturas de 48°C y 55°C, mientras que la completa destrucción de la capa dérmica sucede también a una baja temperatura de 72°C. Estas temperaturas son muy inferiores al punto de ebullición del agua (100°C), cuando se genera vapor. Las quemaduras producidas por el vapor son todavía más graves y peligrosas.

La humedad en el traje protector puede ocasionar, según las condiciones, un beneficio o un riesgo. Con solo ligeros cambios en el ambiente térmico la humedad, que estaba protegiendo al bombero, le puede producir severas quemaduras. El problema reside en que el bombero no puede percibir estos cambios entre la humedad y el ambiente térmico, hasta que nota el dolor y se ha producido la lesión cutánea. La fuente de humedad interna es el sudor, cuya cantidad puede oscilar entre 1200 g/h y 1800 g/h, en función de la actividad desarrollada y el calor en el entorno de trabajo. Una vez la sudoración se ha iniciado, el bombero es susceptible de sufrir lesiones por quemaduras relativas a la humedad.

Tipos de lesiones por quemaduras

A continuación, se detallan varios supuestos y las correspondientes posibles causas que se estima pueden originar las lesiones por quemadura, cuando se utiliza el traje de protección en la intervención durante la lucha frente al fuego:

  • Por compresión estando el traje húmedo. El material del traje presenta una mayor ratio de transferencia del calor estando húmedo y comprimido, puesto que el aire entre capas y fibras es menor, por lo cual el valor de la transferencia térmica por conducción puede ser hasta 20 veces mayor. La compresión en partes del traje protector puede producirse de varias maneras, sin necesidad de tocar ninguna superficie, al flexionar brazos o piernas e incluso girando el cuerpo en una acción defensiva. Cuando se halla expuesto el bombero a altos niveles de calor radiante con la prenda mojada ocurren serias quemaduras por esta causa. Otra posible situación peligrosa se presenta al gatear sobre suelo o techos muy calientes, localizándose las lesiones en rodillas y piernas.
  • Al secarse la prenda húmeda. El traje protector húmedo durante la intervención frente al fuego, presenta evaporación con pérdida de calor que usualmente beneficia por su efecto refrigerante. Sin embargo, este falso bienestar puede llevarle a entrar en zonas demasiado peligrosas. La evaporación viene regulada en la forma siguiente: por un lado, la energía térmica recibida y la humedad ambiente y por otro el sudor que absorbe el material interior más el agua que recibe/retiene la capa externa del traje. Si aumenta el ratio de evaporación, sin un aumento de la aportación de líquidos, el traje se seca, cesando el efecto favorable de enfriamiento y al encontrarse el bombero demasiado cercano al fuego, la temperatura del tejido aumenta rápidamente y sin darse cuenta ha recibido serias lesiones. En el gráfico de la figura 7 se muestran los aumentos de temperatura de la capa externa del traje y del forro interno al evaporarse la humedad contenida. Es fácil deducir que en pocos segundos la piel puede sufrir importantes quemaduras.

(Nota: En los dos casos expuestos la capa externa del traje no ha experimentado daños ya que no ha ocurrido ningún contacto con llama. Generalmente suceden las lesiones expuestas por contacto con superficies muy calientes o frente a fuertes radiaciones térmicas).
 

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Figura 7: Elevación de la temperatura en trajes húmedos al secarse durante la intervención de extinción.
  • Quemaduras por vapor. Estas quemaduras se originan cuando el agua pulverizada se aplica contra las llamas o sobre superficies calientes y puede a menudo entrar en contacto con la piel no protegida de los bomberos, causando quemaduras. Asimismo, como gas puede atravesar la membrana permeable del traje y causar daño al licuarse, por el calor latente que se libera, si la condensación se produce cuando contacta con la piel.
  • Quemaduras por escaldamiento. El escaldamiento se produce cuando entra en contacto la piel con un líquido caliente por ejemplo agua de extinción que escurre del techo, rebota en las paredes o fluye por el suelo. Si esta agua alcanza la piel no protegida o se cuela por las aberturas del traje puede producir este tipo de lesiones.
  • Quemaduras con el traje seco. El material de la capa externa de los trajes de protección se degrada a temperaturas más altas de 250 °C, Si se compara con la temperatura de 72 °C en que la piel se destruye, no es raro suponer que se puedan producir quemaduras sin que la capa externa del traje seco presente deterioros.

Dolor en las lesiones por quemadura

Por lo anterior, queda patente que las lesiones por quemadura pueden originarse de modos muy diversos y por razones físicas inherentes a la transferencia del calor. En la tabla B, extraída del estándar ASTM C 1055, se indican detalles respecto a la temperatura de la piel y su relación con las lesiones producidas. Una vez que se nota la sensación de dolor en pocos segundos ocurre la quemadura, puesto que el remedio sería enfriar de inmediato la zona afectada, acción que usualmente no es posible realizar durante la actividad del bombero.
Tabla B: Temperaturas de la piel versus sensaciones, apariencia y lesión

Temperatura de la piel

Sensación

Color de la piel

Proceso

Lesión

72 ºC

 

Insensibilidad

Blanca

Coagulación de las proteínas

Irreversible

68 ºC

62 ºC

Moteada roja y blanca

Piel térmicamente inactiva

Posible reversibilidad

60 ºC

Dolor máximo

Rojo fuerte

 

 

Reversible

52 ºC

Dolor serio

48 ºC

Dolor

Rojizo

44 ºC

Frontera del dolor

40 ºC

Calor

Ruboroso

Metabolismo normal

Ninguna

El concepto de tiempo de alarma, desde la sensación de dolor hasta producirse la quemadura de segundo grado, es aplicable en condiciones de laboratorio y no es factible determinarlo en condiciones reales, por lo cual cabe recomendar lo siguiente:

  • Cuando se nota el dolor, debe asumirse que se ha producido la quemadura y su severidad será función de la carga de fuego, la energía absorbida por la piel y el tiempo restante de exposición.
  • Cuando se nota dolor, la permanencia en el lugar incrementará la gravedad de la lesión y aumentará el área afectada.
  • Si el bombero es capaz de abandonar la zona peligrosa, el calor retenido en el traje protector, incrementará la lesión hasta que se saque el traje y mientras mantenga la temperatura en la piel igual o mayor de 44 °C.
  • Si se aplica spray de agua sobre el bombero para apagar las llamas sobre el traje o enfriar las quemaduras, mientras permanece en el ambiente térmico, corremos el riesgo de producir quemaduras por escaldamiento. Se precisa una copiosa ducha sobre el traje y la piel para, en zona sin calor, ser eficaz y evitar la producción del peligroso vapor.

Por lo indicado, se sugiere que cualquier bombero que note dolor frente a una exposición térmica, el tiempo para mejorar tácticas e impedir la lesión ha pasado, solamente le cabe tomar de inmediato las acciones oportunas para reducir el riesgo de agravar el daño.

Detalle de los nuevos ensayos sobre el traje

Para comprender las prestaciones térmicas de un traje protector de bomberos se debe, ante todo, medir el entorno térmico alrededor del bombero en diversos puntos mientras está efectuando su trabajo de extinción. Las mediciones de la radiación térmica, el flujo total de calor y la temperatura del gas se utilizan para cuantificar estos entornos de actuación. Además, el impacto del entorno sobre el bombero se mide mediante instrumentos colocados en el propio vestuario de protección, tanto en las capas exteriores como en el interior de las prendas. La medición interna señala no solo como penetra el calor a través de los materiales de protección, sino también clarifica como la humedad retenida evoluciona con el tiempo de exposición al calor. Las mediciones se efectúan típicamente con termopares, termistores y pequeños sensores de flujo.

Los trabajos efectuados por el NIST, para identificar necesidades de medición y poder disponer de una mejor comprensión de la protección térmica utilizada por los bomberos, han conducido al desarrollo de nuevos métodos de ensayo que permiten la medición de las prestaciones térmicas del material de los trajes en seco o húmedo y también los cambios que aparecen al comprimir la prenda.

Estimo interesante detallar la prueba que efectúan en Suecia a los trajes de intervención para bomberos. Si bien siguen las especificaciones de las normas CE, añaden un requisito práctico conforme a la NT FIRE 052, que ensaya el traje protector en condiciones reales dentro de un entorno térmico. Utilizan un contenedor de 40 pies, dividido en tres compartimentos, efectuando el ensayo en la zona central de dimensiones 6,5 x 2,3 x 2,25 m de ancho, con las condiciones de prueba siguientes:

  • Temperatura del aire a 1,2 y 2,2 m del suelo: 250 °C y 320 °C respectivamente.
  • Flujo medio de calor a 1,2 m del suelo: 5,0 kW/ m².
  • Fuente de calor: dos quemadores de gas propano a distinta altura
  • La persona lleva 6 sensores de temperatura sobre la piel; uno en la parte externa de cada brazo, uno en cada pantorrilla y uno en cada muslo.
  • Los parámetros de temperatura del aire y flujo de calor son totalmente controlados y la prueba vigilada, para intervenir si la persona nota dolor o malestar, pudiendo interrumpirse el ensayo de forma inmediata. Por razones de seguridad el probador llevará un controlador del ritmo cardíaco.

El ensayo se efectúa con una persona entrenada e instruida, vistiendo EPI certificados (traje de intervención que se prueba, guantes, botas, casco y ERA completo con máscara), la cual realiza un recorrido por el interior de la zona caliente del contenedor, durante 5 minutos, adoptando durante unos segundos las posturas que a continuación se indican (figura 8):

  • Entrar y mantenerse erguido, durante 30 segundos.
  • Avanzar un paso y sentarse, durante 15 segundos.
  • Colocarse de pié sobre los 2 palés, durante 15 segundos.
  • Bajar y tumbarse sobre el suelo, durante 30 segundos.
  • Subirse sobre el palé y mantenerse erguido, durante 15 segundos.
  • Bajar y arrodillarse manteniendo la postura, durante 30 segundos.
  • Dar un paso y erguido sobre el suelo permanecer, durante 15 segundos.
  • Darse la vuelta y permanecer de pie, durante 15 segundos y después repetir, en el recorrido de vuelta, idénticas posturas con los mismos tiempos.
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Figura 8: Esquema en planta del contenedor usado para ensayar prácticamente los trajes de intervención en Suecia.

Los criterios de aceptación para el traje de protección son los siguientes:

  • Durante el recorrido la persona no debe notar dolor en ningún momento de la prueba.
  • Las temperaturas máximas alcanzadas en los sensores sobre la piel no deben exceder de 47°C en ningún momento de la prueba ni al finalizar la misma.
  • El traje de intervención será inspeccionado, siguiendo las recomendaciones del fabricante, anotando cualquier desperfecto que se observe.

El probador sale de la zona caliente y permanece con los EPI colocados hasta que la temperatura en los sensores sobre la piel empiece a descender. El informe del ensayo especifica la identificación del traje, el probador y el desarrollo del ensayo e indica las temperaturas máximas de cada sensor y las observaciones del probador.

Conclusión

A lo largo del artículo se ha intentado exponer los criterios que explican el fenómeno de las lesiones por quemadura que sufren los bomberos, sin que sus trajes de protección presenten visibles deterioros térmicos, todo ello basado en los reseñados estudios de laboratorio y en condiciones prácticas realizadas por el NIST.

Esta información va dirigida a los bomberos para que reflexionen y tomen conciencia de las limitaciones en protección que ofrecen sus trajes de intervención, en determinadas ocasiones, y confío que se pueda aplicar adecuadamente, durante las prácticas de instrucción y en las técnicas de lucha contra incendios, a fin de evitar las lesiones por quemaduras.

Bibliografía

  • Thermal performance and limitations of bunker gear. J. Randall Lawson
  • Thermal Measurements for fire fighters protective clothing. ASTM standars and papers for J.R. Lawson & R.L. Vitori
  • NFPA 1971 ‘Protective ensemble for structural Fire’.
  • UNE EN 469: 2006 ‘Vestuario de protección para bomberos estructurales’.
  • NT FIRE 052.- Complete Suit Test in hazardous conditions.
  • Normativa UNE EN actualizada por gentileza de Asepal.