Calor de explosion de los explosivos industriales

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“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA

FACULTAD INGENIERIA DE MINAS- CIVIL-AMBIENTAL

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL INGENIERIA DE MINAS

CURSO : VOLADURA DE ROCAS

TEMA : CALOR DE EXPLOSION

DOCENTE : ING. PAREJAS RODRIGUEZ, FREDDY

INTEGRANTES : HUAYRA SOTACURO, AUGUSTO PANTI RAMOS, LINDO MARTINEZ ROJAS, JULIO

MUCHA SAPALLANAY, ALEX DYER

CICLO : V

HUANCAVELICA - 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA MINAS

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Dedicatoria:

INDICE


A: NUESTROS PADRES, HERMANOS, Y PROFESORES DE NUESTRA CASA SUPERIOR DE ESTUDIOS

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DEDICATORIA……………………………………………….………………..…. 2

INTRODUCCION………………………………………………….………………. 4

CONTENIDO………………………………………………………………………... 5

CALOR DE EXPLOSION DE LOS EXPLOSIVOS INDUSTRIALES…….…..6

1.1 CALOR DE EXPLOSION…….……………………………………………………8

1.2Balanceo de oxigeno………...………………………………………………….……...12

1.3 Calculo de porcentaje. . . . . . . . . . . . . . . . . ... ... ………….. ..……….. …...... 12

1.4 Propiedades Químicas. . . . . ……….………………………………….….….….12

1.5 Mmezcla ideal.. . . . . . . . . . . . . . ……. . …………... ………… . …………... ..13

1.6 Resumen de átomos – gramos…………………………………...……………….…13

1.7 Otros explosivos industriales………………………………………....….…….....14

1.8 CONCLUSION……….…………………………………………………….………15

1. SUGERENCIA……..………………………………………………………………..16

1.10 ANEXO………………………………………………………………….…………17

1.11 Bibliografía……………………………………….………………………………..18

INTRODUCCION


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Es real satisfactorio presentar este trabajo porque su contenido contribuye un

importante tema que nos podría hacernos pensar, analizar acerca del calor de

explosión (expresadoenkJ/kgoenKcal/kg), mezcla ideal y balance de oxígeno.

Como son los procedimientos, o los pasos que podríamos señalarlos.

Este trabajo como producto humano no es trabajo perfecto por lo tanto agradecemos

los comentarios y sugerencias que mi harían llegarme.

No deseo terminar, sin antes expresar mi profundo agradecimiento a la valiosa

colaboración y sugerencias recibidas por parte del ING. PAREJAS RODRIGUEZ, FREDY, que vaya mi eterno agradecimiento para su materialización de este trabajo

únicamente resta decir que cada capítulo de este tema encierra un tema de

importancia que sirva un cencero enhilo de un paso más para el estudiante en

ascenso del saber.

LOS INTEGRANTES.

1.1 CALOR DE EXPLOSIÓN

Definición.- Es el generado y liberado por el proceso de reacción de un explosivo al

ser activado. Cuando se produce una explosión a presión constante, ejerciéndose


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únicamente un trabajo de expansión o compresión, la primera ley termodinámica

establece que:

Qe = - (Ue + P.V)

Dónde:

Qe = Calor liberado por la explosión.

Ue = Energía interna del explosivo.

P = Presión.

V = Volumen.

Como «Ue+PV" se refiere al calor contenido o entalpía

«Hp" entonces puede escribirse Qe= -LiHp.

Así, el calor de explosión a presión constante es igual al cambio de entalpía, y puede

estimarse estableciéndose el balance térmico de la reacción, multiplicando los

calores de formación de los productos finales por el número de moles que se forman

de cada uno, y sumándolos, para restar a continuación el calor de formación del

explosivo.

Hp(explosivo) = Hp(productos) - Hp(explosivo)

Elcalordeexplosión, Q(expresadoenkJ/kgoenKcal/kg), eselcalorliberado enla

reacción de explosión.

O también dicho de otro modo:


Qe=Qp-Qr

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Dónde:

Qe: calor total de explosión liberado.

Qp: calor total de formación de los productos componentes.

Qr: calor total de formación de los productos finales resultantes.

Por ejemplo, para el caso del más simple agente de voladura, el ANFO convencional

94/6, podemos calcular su calor de explosión utilizando los calores de formación

(kcal/mol) y pesos moleculares de sus componentes, que se obtienen de tablas de

manuales de física y química, como:

TABLA DE CALOR DE EXPLOSIÓNSUSTANCIA NOMBRE

COMPUESTO

P.M (gr/mol) QR ó QP

(Kcal/mol)

C6H7O11N3 Nitroalmidón 297,1 - 45,70


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NH4NO3 Nitrato de amônio 80,1 - 87,30

CaCO3 Carbonato de cálcio 100,0 - 288,50

C7H5O6N3 (TNT) Trinitro tolueno 227,1 - 13,0

NaNO3 Nitrato de sódio 85,0 - 101,50

C3N3H5O9 Nitroglicerina 227,1 - 82,70

CO2 Dióxdo carbono 44,01 - 94,10

CaO Óxido de cálcio 56,08 -151,90

Na2O Oxido de sódio 62,0 - 99,40

H2O Agua 18,0 - 58,80

CH2 Petróleo Diesel 2 14,0 - 7,02

C6H10O5 162.2 -170.5

Producto Calor de Formación (kcal/mol)

Peso molecular(gr)

Nitrato de amonio

NH4NO3

-87,3 80,1

Petróleo diesel

2 CH2

-7,0 14,0

Dióxido de carbono

CO2

-94,1 44,0

Agua H20 -57,8 18,0

Nitrógeno N 0,0 14,0

1.1.1. CALOR DE EXPLOSION

Nos valemos del concepto de entalpía para calcular este valor,

veamos el calor generado por el ANFO.


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Δ Hp (Explosivo) = Hp (Producto) - Hp

(Explosivo)

3NH4NO3+ 1CH2 → CO2 + 7H2O + 3N2

Datos de calor de Formación en Kcal/mol

Nitrato de Amonio (NH4NO3) = -87.3 kcal/mol

Diesel (CH2) = -7 kcal/mol

Dióxido de carbono (CO2) = -94.1 kcal/mol

Agua (H2O) = -57.8 kcal/mol

Nitrógeno (N 2 ) = 0 kcal/mol

El balance de reacción del ANFO es:

3NH4NO3 + 1CH2 CO2 + 7H2O + 3N2

(Explosivo) (Productos de reacción)

Para poder calcular calor de explosión necesitamos la tabla de calor de

explosión y peso molecular (PM).

Luego ubicamos la tabla y lo remplazamos los valores de la tabla de calor de

explosión.

REACTANTE PRODUCTO

3NH4NO3 + 1CH2 CO2 + 7H2O + 3N2

Ahora remplazamos los valores en la ecuación 1

Hp (Explosivo) = 3(-87.3) + (-7) = - 268.9 kcal


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Hp (Producto) = (-94.1) +7(-57.8) + 3(0) = - 489.7 kcal

Qe = - Δ Hp

-Δ Hp (Explosivo) = -Hp (Producto) + Hp (Explosivo)

Qe (Explosivo) = -(- 489.7) + (268.9)

Qe (Explosivo) = 229.8 kcal

Ahora calculamos el peso molecular del explosivo

Pm (Explosivo) = 3NH4NO3+ 1CH2

Pm (Explosivo) = 3(80.0432)+ 1(14.0268) Pm (Explosivo) = 254.2 mol

El calor de explosión por kilogramo;

Qkp (Explosivo) = (229.8kcal) / (254.2g) x 1000g/kg

Qkp (Explosivo) = 904.00 kcal / kg

Este calor es a presión constante, no expresa gran interés, en el ámbito de

los explosivos, ahora veamos cunado influye el volumen de los gases

producto de la detonación:

Qmv = Qmp + 0.58 x npg


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Dónde:

npg = 11, (número de moles del producto)

Pero nosotros deseamos conocer el calor desprendido por cada mol

correspondiente a un kilogramo de explosivo

Qkv = (Qmv x 1000) / Pm

Qmv = 229.8 + 11x 0.58 = 236.18 kcal/mol

Pm = 254.2 mol

Qkv = (236.18 x 1000) / 254.2

Qkv = 929.11 kcal / kg

El calor de explosión obtenido se divide entre el número de gramos de la mezcla

para normalizar la reacción a un gramo o unidad base de peso.

Como usualmente se emplea el kilogramo como unidad, al multiplicar el resultado

por 1 000 g/kg resulta:

Para poder llegar a la conclusión podemos expresar de esta forma el calor de

explosión, es decir el calor obteniendo se divide entre el número de gr. De la mezcla

explosiva para normatizar la reacción a un gramo o unidad base de peso.

Y si en vez de calor desprendido por mol se requiere el correspondiente a un

kilogramo de explosivo se tendrá:

Qkv= =-903.7kcal./kg.


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O simplemente de esta forma:

Qe .

Esto como valor práctico, pero para referencias más exactas se tendrá en cuenta

que el calor a presión constante no tiene interés técnico, pues el proceso de

detonación tiene lugar a volumen constante. Para calcular este último es necesario

incrementar el calor a presión constante con el consumido en la expansión adibática.

Qmv = Qe + 0,58 x Npg

Dónde:

Npg : número de moles de productos gaseosos.

Así, en el ejemplo anterior resultará:

Qmv = 229,8 + 11 x 0,58 = 236,18 kcal/mol ó

Qkv = 236,18 x 1 000 = 928,74 kcal/kg

=254,3

Notas: - No se requiere calor para formación de elementos puros como, N, C, H, o

Al, por lo que tienen valor cero. - Si se libera calor durante la reacción se dice que se

tiene calor de formación negativo (exotérmica); si se tiene que adicionar calor para

producir la reacción se dice que la composición tiene calor de formación positivo

(endotérmica).

1.2 BALANCE DE OXÍGENO.


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Expresado en gramos de oxígeno por 100 g de explosivo, se calcula a partir de la

ecuación de reacción química.

En el cálculo para explosivos a emplearse en trabajos subterráneos mal ventilados

debe incluirse la envoltura de papel o de plástico.

El balance de oxígeno se expresa como porcentaje de exceso (+) o deficiencia (-) de

oxígeno en la mezcla.

El balance de oxigeno es un índice para hallar si hay defecto o exceso de oxígeno,

después que los ingredientes del explosivo han reaccionado completamente.

Podemos considerar las reglas para el balance de oxígenos:

A los ingredientes que absorben o necesitan oxigeno se les denomina reductores.

A los entregan a aportan oxigeno se les denomina oxidantes. Si hay defecto o deficiencia de oxígeno en la reacción explosiva se produce

CO2. Si hay exceso de oxígeno en la reacción explosiva se producen NO y NO2. Los explosivos químicos liberan mayor cantidad de energía por unidad de

peso si ellos están balanceados en oxigeno produciendo un mínimo de gases tóxicos.

Si los explosivos están compuestos de C,H,O y N, y si existe suficiente oxígeno para realizar y formar CO2, H2O y N2,esta balanceado en oxígeno , es decir:

Q b= Oo – 2CO2-H2O =0

=Oo -2Co-

DONDE:

Oo, Co y Ho, representan el número de átomos-gramos. Por unidad de peso

de la mezcla explosiva.

La determinación de los átomos –gramos de cada elemento, servirá para

determinar el calor liberado por el explosivo.

2.1.1. MEZCLA IDEAL.


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Lo llamamos a la mezcla ideal, cuando en la explosiva no hay exceso ni defecto de

oxígeno.

Ejemplo. ANFO

AN: nitrato de amonio (NH4NO3)

FO: petróleo diesel número 2(CH2)

NH4NO3 2H2O+N2

= +1 (oxidante)

CH2 CO2+H2O

- = (reductor)

Luego podemos decir que:

Oxígeno en los reactantes es positivo.

Oxígeno en los productos es negativo.

XNH4NO3+YCH2 ACO2+BH2O+CN2

X (+ ) +Y (- )= O

X-3Y =O

X=3Y

PARA:

X=3

Y=1 Cumple.

Remplazando.

3NH4NO3+1CH2 1CO2+7H2O+3N2

COMPROBANDO LOS OXIGENO.

Oxigeno de los reactantes: 3NH4NO3 =

Oxigeno de los productos: CO2+7H2O =


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1.7.OTROS EXPLOSIVOS UTILIZADOS.-

SANFO :3 NH4NO3 + CH2 + 2NaNO3 + C+ 2Al 2CO2 + 7 H2O+ 4N2 + Al2O3 + Na2O +

Q (Kcal/Kg )

AN : 49,01 % (nitrato de amônio)

SN : 34,67 % (nitrato de sódio)

C : 2,45 % (carbono)

FO : 2,86 % (petróleo diesel No.2)

Al : 11,01 % (Alumínio)

Q : 1 205,20 Kcal/Kg

AL /AN / FO:6 NH4NO3 + CH2 + + 2Al CO2 + 13H2O+ 6N2 + Al2O3 + Q (Kcal/Kg )

AN : 87,64 %

Al : 10 %

FO : 2,40 %

Q : 1 282 (Kcal/Kg )

AN / CO:2 NH4NO3 + C CO2 + 4H2O+ 2N2 + Q (Kcal/Kg)

AN : 93 %

C : 7 %


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CONCLUSION

1. Balance de oxigeno es un índice para poder calcular si hay exceso o

deficiente, después que los ingredientes del explosivo han reaccionado

completamente.

2. El calor de explosión es el generado y la vez también liberado por mediante

proceso de reacción de un explosivo.

3. El calor de formación en los reactantes es el calor donde forma en el

explosivo, y el calor de los productos es producido mediante descomposición,

todo esto es en la unidad de kcal.

4. Si hay defecto o deficiencia de oxígeno en la reacción explosiva se produce

CO2, Si hay exceso de oxígeno en la reacción explosiva se produce NO y

NO2.


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SUGERENCIAS

1. Sugerimos a todos aquellos interesados en el mundo académico que

investiguen más acerca del tema realizado para ampliar sus conocimientos

tanto teóricos como prácticos.

2. Sugerimos a los estudiantes realizar más trabajos de investigación para

ampliar nuestros conocimientos en las diferentes asignaturas.

3. Respecto al trabajo monográfico.

Siempre se ha hablado de la incentivación de algún modo a los estudiantes, y

creemos que trabajos de investigación como estos son los que hacen que nos

sintamos más arraigados con nuestra profesión, queremos agradecerle al

docente de la asignatura en mención por tener ese espíritu de superación

junto a sus estudiantes

ANEXO


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ANEXO 01

ANEXO 2


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BIBLIOGRAFIA

- AGUILAR, F.: «Los Explosivos y sus Aplicaciones». Editorial Labor, S.A. 1978.

- KONYA, C.J. y WALTER, E.J.: «Surface Blast Design». Prentice Hall. 1990.

- MANON, J. J.: «The Chemistry and Physics of Explosives».E/MJ. January, 1977.

PAGINA WEB:- http://es.wikipedia.org/wiki/Crisotilo.

- http://www.peruecologico.com.pe/mineral.htm.

- http:\www_magnesios_com - EL MINERAL.mht


http://www.peruecologico.com.pe/mineral.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Crisotilo

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