El estándar NFPA 1801 especifica el diseño, prestaciones, ensayos y requerimientos mínimos de certificación para las TIC

NFPA 1801 para TIC, cámara de imagen térmica

Ramón Torra Piqué, Dr. Ingeniero Industrial17/07/2018

Las cámaras de imagen térmica (TIC) son actualmente una herramienta imprescindible en la dotación de los Cuerpos de Bomberos. Desde su introducción y uso, en la extinción de incendios en buques de guerra USA (mediados 1970), las TIC han experimentado numerosos avances tecnológicos, conforme se iban desclasificado los sensores de uso militar. Los fabricantes de cámaras han diseñado sus cámaras conforme estimaban más oportuno para las necesidades de los bomberos, con lo cual en el mercado existen diversidad de modelos cuyo manejo, prestaciones y rendimientos son dispares. El novedoso estándar NFPA 1801, Edición 2013 soluciona este problema.

Hace mas de una década existía en USA la inquietud de no disponer de un estándar, siendo necesario iniciar los trabajos para determinar la tecnología, procedimientos, mejores prácticas, investigación y desarrollo, con el fin de identificar las necesidades, funcionamiento, utilización, robustez y niveles de prestaciones de las TIC para operar en el específico escenario a que se enfrentan los bomberos en la extinción de incendios, salvamento y otras actividades asociadas (ver figura 1).

Figura 1: Bombero consultando la información proporcionada por la pantalla de la TIC para determinar el modo óptimo de intervención en la extinción del incendio.

El estándar NFPA 1801, elaborado con la participación de los fabricantes de cámaras y/o detectores IR, usuarios finales e instructores, especifica el diseño, prestaciones, ensayos y requerimientos mínimos de certificación para las TIC utilizadas por los bomberos durante las intervenciones. Cualquier accesorio o prestaciones adicionales que se integren a las TIC deben ser ensayados conjuntamente para asegurar las prestaciones y operatividad básica prevista.

En la UE todavía no se dispone de normativa para las TIC, ni se la espera ya que no se considera EPI, por consiguiente los Cuerpos de Bomberos, pueden seguir utilizando y adquiriendo estos equipos sin disponer del marcado NFPA, preceptivo en USA.

En el presente artículo describo las notables diferencias entre las condiciones de diseño en las TIC usualmente utilizadas y la nueva generación de TIC certificadas conforme al nuevo estándar NFPA (figura 2). Se ha estructurado el artículo en describir: documentación, tareas y requisitos a desarrollar por los actores que intervienen en todo el proceso desde la concepción de la TIC, homologación, fabricación y selección/aplicaciones por el usuario.

Figura 2: Vista de la TIC conforme a NFPA; (1) Pulsador ON, (2) anillas enganche mosquetón para colgar la cámara al cinturón, (3) doble asa para fácil sujeción y segura cesión de la TIC, (4) compartimento de la batería, (5) pantalla con marco protector de impactos.

Requerimientos de diseño NFPA exigidos a los fabricantes

Hasta hace cinco años, cada fabricante diseñaba la TIC de acuerdo con su experiencia y capacidad, con base a unas especificaciones propias cuyo objetivo era disponer de las prestaciones y rendimientos que consideraba adecuados para su uso en la extinción de incendios. Para justificar la idoneidad del diseño, efectuaba ensayos de durabilidad (caída, estanqueidad al agua, vibraciones), resistencia al calor e inmunidad EMC, ofreciendo su garantía en cuanto al cumplimiento de las mismas. La operatividad e interface de la TIC con el usuario correspondía a criterios del diseñador. Por esta razón las diferencias entre los fabricantes eran notorias (ver figura 3).

Figura 3: Iconos, símbolos, acrónimos y denominaciones que aparecen en pantalla y especificaciones de las TICs, actualmente en el mercado, sin certificado NFPA.

Estimo como principal aportación del nuevo estándar NFPA 1801, el unificar criterios de diseño para que la operatividad básica de la TIC sea posible con una mínima instrucción del usuario, para cualquier modelo certificado que se comercialice en el mercado. Las prestaciones adicionales que pueda incorporar la TIC serian disponibles sólo para el personal especialista y debidamente instruido.

Se definen dos modos operativos:

TI Basic: cuyas funciones como mínimo incluirán:

Imagen en escala de grises con tecnología de captación blanco-calor.
Indicador de estado de la batería.
Indicador de sobrecalentamiento en la electrónica.
Indicador ‘On’de la TIC.

Opcionalmente pueden incorporar:

Indicación coloreada del calor en la imagen, incluyendo una barra de referencia del calor.
Barra señalización de temperatura.
Indicador numérico en la medición de temperatura.

TI Basic Plus: incluyendo las funciones mencionadas para el modo TI Basic además de cualquiera o todas las opcionales y otras que mejoran o innovan las prestaciones de la TIC, requiriendo instrucción especial o entrenamiento operativo. Estas deben satisfacer las condiciones siguientes:

No deben interferir ni causar fallos en las funciones de la TIC Basic.
Este modo operativo se activa, pulsando de nuevo 'On' durante 1s, a partir del modo TI Basic.
Si se estima oportuno el cambio de modo puede estar restringido.

El Area de Pantalla en la TIC es un requisito del estándar, ya que contiene información operativa para el usuario. Se divide la pantalla en tres secciones verticales, reservadas para mostrar la información adicional de la imagen, con la central indicadora de alarmas y operativa, reservando el lado derecho para indicaciones del sensor de temperatura, como se indica en la figura 4 y se describe a continuación.

Area de información Adicional: situada en la sección izquierda y reservada a las funciones adicionales del Modo TI Basic y TI Basic Plus, tales como:

Indicador baja sensibilidad (BS), cuyo icono es un triángulo sólido verde encuadrado en un marco verde, situado en la parte superior-izquierda de esta sección y que aparece solo cuando la operación de la TIC es en BS.
Indicador Modo TI Basic Plus, cuyo icono es un signo + verde encuadrado en un marco verde, situado en la parte inferior izquierda de la sección y que aparece cuando la TIC opera en este Modo.
En el Modo TI Basic Plus, las funciones operativas adicionales dispondrán de iconos distintivos diferentes, situados a la izquierda y en la parte central de esta sección.

Area indicadores de Alarma y Operativos: situada en la columna central de la pantalla, incluyendo:

Indicador de estado batería, cuyo icono es una pila negra con cuatro segmentos de color, que corresponden al estado de carga de la batería, iluminados conforme al detalle siguiente: 4 segmentos verdes (75 a 100%); 3 segmentos verdes (51 a 75%); 2 segmentos amarillos (25 a 50%); 1 segmento rojo en parpadeo (10 a 25%), cuando sólo se dispone de energía para 5 minutos de funcionamiento. El icono batería puede ubicarse en cualquier zona de la columna central.
Zona medidor de temperatura: (si se incorpora) se enmarca la zona a medir mediante un cuadrado transparente con bordes verdes, situado en el punto medio de la columna central.
Indicador sobrecalentamiento de la electrónica: cuyo icono es un termómetro rojo enmarcado por un triángulo con perfil rojo, que aparece parpadeando, como alarma para que el usuario desconecte la TIC. Se ubica centrado en la parte superior de la columna central.

Area indicadores de Temperatura: (si la TIC integra un medidor) la indicación consiste en un indicador numérico de la temperatura, una barra de temperaturas o ambos, situados en la sección derecha de la pantalla:

Barra de temperaturas: calibrada y en color verde que se incrementa para llenar 4 segmentos, señalando en cada uno las temperaturas aproximadas. Se dispone en posición vertical en la parte derecha de esta sección.
Indicador numérico de la temperatura: es un icono, con números legibles de color verde seguidos de ºF o °C, con fondo negro. Se sitúa en la parte inferior de esta sección derecha.
Barra de temperaturas en color: (Cuando la TIC incorpora un indicador coloreado del calor en la imagen). La barra vertical ocupara el 75% de la altura de pantalla y dividida en 4 segmentos con la escala de colores siguientes: transparente (al inicio de la indicación), amarillo (en la parte baja), naranja (en la parte media), rojo (en la parte superior). La variación de temperaturas viene señalada por un triángulo verde que se desplaza sobre la escala.

Figura 4: Configuración preceptiva de la información en pantalla para la TIC: (1) Modo operativo TI Basic Plus, (2) baja sensibilidad, (3) sobrecalentamiento, (4) punto de mira temperatura, (5) estado de la batería, (6) barra de temperatura, (7) valor digital temperatura.

Indicación automática por coloración (ver figura 5): que se superpone a la escala de grises de la imagen, de conformidad a determinadas temperaturas, mediante ajustes definidos por el fabricante, asociados dinámicamente con la barra indicadora, bajo el siguiente detalle:

Al incrementarse la temperatura en determinadas áreas de la imagen se pasa del color amarillo a naranja y de este al rojo.
Cada color, dentro de su rango de temperaturas, pasa de tono claro a oscuro a medida que esta se incrementa.
El cambio de color, amarillo a naranja y de éste a rojo, se produce cuando se supera el límite de temperatura definido para cado uno de los rangos. Igualmente al decrecer la temperatura el cambio de color se produce en sentido inverso.

Figura 5: Ejemplo de la imagen coloreada mostrando el tren de llamas precursor del flashover, con la óptima calidad y resolución especificada por el estándar NFPA, sobre la pantalla LCD de 9 cm.

Expediente Técnico para la TIC

El fabricante que solicite la certificación de la TIC, conforme al estándar NFPA, debe aportar, además de la completa justificación del diseño, materiales, planos, procesos de fabricación, control de calidad, etc., etc., la siguiente documentación técnica:

Acreditar que dispone de un Sistema de Aseguramiento de la Calidad (p.e conforme a ISO 9001), debidamente certificado por Organismo Notificado según ISO 17025 A, que incluye sus procedimientos de fabricación.
Constatar que el diseño eléctrico de la TIC es eléctricamente seguro, aportando el documento de clasificación por entidad externa, conforme a ANSI/ISA 12.12.01 como Clase I División 2 Grupos C y D. Con similar propósito debe acreditarse que el sistema de alimentación es conforme a UL1642 (batería de Litio) o UL 2054 y se incluye la identificación de modos de fallo de los componentes que puedan constituir un riesgo para el producto.
Con mayor razón, por ser el agua el elemento básico usado por los bomberos en la extinción de incendios, es necesario que el diseño de la TIC supere el ensayo de estanqueidad al agua/polvo especificado en IEC 60529 y demostrar documentalmente disponer de la clasificación IP6X, lo cual significa proteger los componentes internos contra un fuerte y amplio chorro de agua.
Un informe FMAE, conforme a JOP 131A ‘Potential Failure Mode and Effects Analysis’, para identificar y priorizar aquellos fallos típicos que puedan afectar a la seguridad y fiabilidad de la TIC, debido a las condiciones operativas en la intervención (temperatura, vibración, estanqueidad al agua/polvo, horas funcionamiento, perturbaciones EM etc.), asegurando que el riesgo es tan bajo como razonablemente sea aceptable y constatando que se dispone de acciones correctoras para las alarmas con riesgos entre: 10 < RPN < 25 (ver figura 6).
Documentación relativa a los ensayos de los componentes principales que lo requieran, asegurando para ellos una vida operativa superior a 50.000 ciclos.

Por otra parte, el fabricante ha de entregar la cantidad de diez y ocho unidades TIC que se precisan para efectuar la completa batería de ensayos, a lotes de tres cámaras, a pesar que parte de ellos se utilizan para efectuar hasta cinco ensayos distintos.

Figura 6: Esquema de los límites superior e inferior de la Región Alarma basada en los Números de Prioridad del Riesgo (RPN).

Programa de Certificación NFPA para la TIC

La Organización Certificadora debe estar acreditada para Equipos de Protección Personal, conforme a ISO 75 (*), ser una entidad independiente de los fabricantes y disponer de instalaciones para ensayos e instrumental adecuados para realizar las pruebas requeridas que demuestren la aptitud del producto. Todas las inspecciones, evaluaciones, acondicionamientos y ensayos de certificación serán realizados siguiendo los procedimientos e instrumental calibrado de acuerdo con ISO 17025 (**).

Las TIC se someten a ensayos, para determinar el cumplimiento de requisitos mínimos relativos a la calidad de imagen, después de someterse a pruebas que simulan las condiciones ambientales y de trato, a las cuales se enfrentan los bomberos en la extinción de incendios y actividades anexas.

Resolución espacial de la imagen (SR): método de prueba conforme a NIST Technical Note 1650, admitiendo un valor SR = 0,06.
Contraste en la imagen: que determina el Rango Efectivo de Temperatura, , con rango temperaturas de 50°C a 550°C.
Sensibilidad térmica de la imagen: para proceder a definir el gradiente de respuesta (= 0,02) y el coeficiente de correlación (= 0,80).
Resistencia a la vibración: en mesa vibrante, durante tres horas. Al finalizar, se determina el valor de la resolución espacial de la imagen SR (SR = 0,06).
Resistencia a impactos: sometiendo las TIC a un ensayo de caída desde 2 m de altura sobre suelo de hormigón.. El ensayo se repite ocho veces en posturas diferentes (con la TIC ‘On’). A continuación se evalúa en cada TIC el valor de la resolución espacial de la imagen SR (SR = 0,06).
Resistencia al calor: conforme a ISO 17493, dentro de una estufa a 260 °C durante 5 minutos. La resolución espacial de la imagen debe ser SR = 0,06.
Ensayo de durabilidad: Se efectúa una previa evaluación de la resolución espacial de la imagen obteniendo SR = 0.06 y a continuación se realizan ensayos conforme a los procedimientos siguientes:

Procedimiento 1: Se someten las TIC a un ensayo en tambor rotatorio (ver figura 7) a 15 rpm durante 30 minutos, seguido de inmersión en agua por 30 minutos y secado. Finalmente se evalúa que mantiene un valor SR = 0,06.
Procedimiento 2: Se extrae la batería de una TIC y se deja abierto su compartimiento, sumergiéndola en agua durante 5 minutos y se seca, reinstalando la batería y verificamos que mantiene un valor SR = 0,06.
Procedimiento 3: Otra TIC, conectada ‘On’, se sumerge en agua durante 5 minutos y se seca. Después se comprueba el valor SR = 0,06.

Notas:

(*) ISO 75.- General requirements for bodies operating products certification systems.

(**) ISO 17025.- General requirements for the competence for testing and calibration laboratories.

Figura 7: Esquema del tambor rotatorio utilizado durante 30 minutos, en la fase inicial de la prueba de durabilidad, para determinar si afecta a la calidad de imagen.

Otros requerimientos exigidos en las TIC requieren ensayos adicionales cuyo detalle se describe y resume en la tabla A.

Tabla A: Ensayos adicionales para certificación s/ estándar TIC
Ensayo	Procedimiento	Requisitos
Compatibilidad EMC (electromagnética)	Según IEC 61500 Partes 6.2 y 6.3	Sin sufrir ni producir interferencias a campos EMC.
Resistencia a la corrosión	Conforme ASTM B 117, niebla salina por 48 h (ensayo efectuado en tres cámaras).	No se afectan las partes metálicas ni operativas.
Resistencia a la abrasión del visor	Conforme ASTM D 1003, reducción del factor de luminancia después de 200 ciclos.	No debe superar un 14%.
Resistencia al calor y llama (ver figura 8 )	Se coloca 1 min la TIC en estufa a 950 ºC y después se somete a la llama de gas 10s.	Sin desprendimientos ni fusión ni llamas después de 2 s.
Durabilidad de las etiquetas	Después de aplicar los ensayos de corrosión, calor y durabilidad descritos anteriormente.	Deben de ser legibles a 30 cm después de cada ensayo.
Prueba fijación de cables	Solo para cables externos. Se aplica una fuerza de tiro hasta 90 N.	No debe desprenderse y permanecer funcional.
Campo de visión	Se determina la amplitud horizontal y vertical.	Horizontal > 36º, vertical >20º.

La Organización Certificadora verificará anualmente la conformidad de la TIC, mediante inspección y ensayos para evaluar que se satisfacen todos los requisitos del diseño y operatividad, siguiendo el correspondiente protocolo de auditoría para los procedimientos de fabricación, inspección y pruebas en el Sistema de Aseguramiento de la Calidad del fabricante, prorrogando la validez del certificado.

Figura 8: Imagen del riguroso ensayo a la llama de gas, con mecheros Bunsen a temperaturas entre 940°C a 1050°C, durante 10 s.

Selección, uso y mantenimiento

El usuario es conveniente que efectúe especificaciones para analizar las prestaciones que pretende cubrir con la TIC y se documente con los modelos existentes en el mercado que las satisfacen. Las opciones no cubiertas por NFPA solamente son ensayadas por la Entidad de Certificación a fin de que NO afecten las prestaciones básicas.

A la recepción de las TIC y antes de entregarlas para que formen parte de la dotación, deberían realizarse:

Curso básico de instrucciones de uso, a todo el personal, con interpretación de la imagen para las principales aplicaciones (examen externo del incendio, búsqueda y rescate de víctimas, selección óptima de recursos, búsqueda de rescoldos, etc.) y cuidados en el servicio, así como la recarga en Parque o en vehículo.
Curso para especialistas (ver figura 5), si la TIC incorpora prestaciones adicionales en el Modo Operativo, recomendando prácticas con fuego real en Instalaciones de entrenamiento.

Los cursos deben ser impartidos por personal competente y teniendo en cuenta todo cuanto el Manual de Instrucciones del fabricante específico (limitaciones de uso, avisos y advertencias), así como efectuar el mantenimiento requerido.

Comentarios

Teniendo en cuenta lo expuesto, la nueva generación de TIC certificadas conforme a NFPA 1801, Edición 2013, garantizan al usuario un diseño básico sencillo, rápido, ligero y mucho más intuitivo, dando respuesta a las necesidades de imagen térmica para todo el personal de los equipos de primera intervención. Las prestaciones adicionales que incorpora la TIC (juego de paletas de color, zoom, brújula, indicador de distancia, linterna, puntero láser, etc) sirven para optimizar la seguridad y facilitar la toma de decisiones compartidas con el mando, por ejemplo mediante la transmisión por video integral, en tiempo real del escenario, que permite el control remoto del incidente.

Debo manifestar mi sorpresa ante la exigencia de seguridad intrínseca, después de 40 años de no tener en cuenta este requisito en las cámaras, puesto que no se contempla ni es necesario en la mayoría de las intervenciones ya que en la extinción de incendios siempre existe un foco de ignición, siendo la función principal de usar la TIC el facilitar la posibilidad de ver a través del humo. Este requisito solo cubre un riesgo específico, presente en contadas ocasiones (que no requieren usar la TIC) y habitualmente detectado por protocolo operativo mediante instrumentos portátiles, aplicando tácticas y técnicas para paliarlo y evitar que las dotaciones usadas (EPI, comunicación, iluminación, ventilación, materiales auxiliares, herramientas, etc.) deban disponer de clasificación eléctrica, cualidades antiestáticas y antichispa según corresponda. Tampoco se exige en la UE.

Actualmente algunos fabricantes han incorporado la TIC en la unidad central indicadora del ERA (figura 9), liberando al bombero de un pesado y voluminoso instrumento complementario y permitiendo a todo el personal el acceso fácil y rápido a información vital que sin duda potencia su eficacia en la intervención. En este caso se hace imprescindible la seguridad intrínseca de la cámara, conforme exige la EN 137 para el equipo autónomo, por lo cual admiramos a la NFPA por su perspectiva de anticipar los avances tecnológicos en su estándar.

Figura 9: Imagen de un bombero en acción observando la pantalla de la TIC integrada en la unidad de control del equipo respiratorio autónomo (ERA).

Los ensayos efectuados para garantizar la calidad de la imagen, simulando el rudo trato a que se someten la TIC en la intervención real, exigen que el detector IR sea de calidad contrastada y del tipo 320 x 240 píxeles (excluyendo los compactos de 160 x 120) y se incorpore un microprocesador digital para la señal.

Los numerosos y complejos requerimientos exigidos al fabricante, presuponen una gran exigencia y capacidad en la concepción y ejecución del producto, a su vez evaluado por las pruebas y ensayos realizados con la solvencia, imparcialidad y seriedad de un Organismo Acreditado, siguiendo las pautas de un consensuado estándar. Por consiguiente, el modelo de TIC resultante responde a un producto óptimo, como exigen los equipos de primera intervención en USA y apreciado en su justo valor por la UE.

Bibliografía

Copia para trabajo de la NFPA 1801, 2013 Edition; Standard on Thermal Imagers for the Fire Service.
Figuras copia del Estándar y de documentos cedidos por MSA Spain SAU.