PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS

UNIVERSIDAD NAIONAL DE TRUJILLO

Ing. Ruiz Vergara Gonzalo

Una explosión es un fenómeno que ocurre como consecuencia de una liberación repentina de energía. La fuente generadora de dicha energía puede ser de origen mecánico (como la ruptura de un cilindro de gas presurizado), nuclear (fusión atómica), electroestático (descargas eléctricas) y químico (explosivos químicos, explosiones de polvo de carbón), etc. Independientemente de la fuente generadora de energía, es condición necesaria para que se produzca una explosión que la liberación de dicha energía sea a través de un proceso extremadamente rápido

Introducción

Un buen ejemplo sería el tajeo de un neumático, que produciría una pequeña explosión, mientras que si se desinfla por su válvula no produciría explosión alguna. En ambos casos la energía almacenada es la misma, lo que difiere y hace que el primero produzca una explosión y el segundo no, es el tiempo en que esa energía es liberada a la atmósfera.

De particular interés para nosotros son las explosiones producidas por explosivos químicos, los cuales pueden definirse como una substancia o una mezcla de substancias químicas que bajo la acción de una cierta fricción, calor, impacto, onda de choque, etc. inician una reacción de descomposición muy violenta que se auto propaga a lo largo de su longitud. Dicha reacción , química se caracteriza por ser exotérmica y liberar una gran cantidad de energía en la forma de gases a elevadas presiones y temperaturas.

INICIACIÓN Y PROPAGACIÓN

2° Mec. Naturaleza térmico

Propagación, Temperatura del explosivo se eleva por

encima de la temperatura de descomposición, se da origen a una reacción relativamente

lenta o deflagración, velocidad menor a la del

sonido, no genera una onda de choque

1° Mec. Naturaleza Mecánico

La reacción es originada y transferida

por fuerzas de presión. A una

velocidad mayor a la del sonido. Genera una

onda de Choque

CLASIFICACIÓN DE LOS EXPLOSIVOSExisten varias formas de agrupar los explosivos. Una clasificación comúnmente usada en Norte América los agrupa en:

Explosivos primarios

Utilizados como ,cargas iniciadoras de explosivos de menor sensibilidad, son extremadamente , sensibles a la iniciación ya sea por fricción, calor o impacto y cuando detonan producen una onda de choque suficientemente fuerte como para iniciar explosivos secundarios.

Explosivos secundarios También llamados altos explosivos, son menos sensibles a la iniciación que los anteriores, tanto que se suele disponer de ello quemándolos en cantidades limitadas sin que ocurra una detonación. Estos explosivos constituyen la carga principal en granadas, morteros y otros proyectiles militares como así también en los cebos usados para iniciar explosivos comerciales en operaciones mineras, canteras o en la industria de la construcción. Los mismos pueden ser transportados y almacenados en mayores cantidades que los explosivos primarios.

Explosivos comerciales

Estos están basados en mezclas conteniendo nitrato de amonio y/o nitroglicerina como el principal ingrediente explosivo.

Dinamitas• Regulares

(basadas en Nitroglicerina)

• Amoniacales (basadas en Nitrato de Amonio)

Gelatinas • Son dinamitas

regulares o amoniacales, que han sido gelificadas mediante el uso de nitrocelulosa.

Agentes Explosivos• Agentes

Explosivos secos (ANFO’s)

• Emulsiones• Slurries

Explosivos deflagrantes

También llamados bajos explosivos debido a que su reacción no es una detonación sino una combustión rápida o deflagración en donde las partículas de superficie se queman, exponiendo nuevas partículas hasta que la substancia es completamente consumida.

Otras Clasificaciones de los explosivos

El criterio más general de clasificación es en función a su naturaleza: mecánica, química o nuclear. Centrando interés en los explosivos químicos, se sigue clasificando según su naturaleza química en explosivos Orgánicos, Inorgánico u Organometálicos. Los primeros se dividen también en nitro-hidrocarburos, nitro-aminas o ésteres nítricos.

Los explosivos químicos actúan por procesos de reacción química de detonación producidos por efecto de una onda de choque. Están mayormente vinculados a compuestos nitrados y son los de aplicación común en minería y construcción civil.

Los nucleares están vinculados a la es integración de materiales como uranio 235 y plutonio, proceso que desprende inmensas cantidades de energía. Su empleo actual es en el campo militar y de investigación. Aunque no se clasifican como explosivos, algunos productos especiales actúan como una explosión física sin detonación previa, producida por la súbita expansión de gases inertes licuados como el CO2 (cardox) por aplicación de calor. Su empleo está limitado a ambientes con alto nivel de grisú en las minas de carbón, o donde no se puede emplear explosivos convencionales.

DETONACIÓNLa detonación es una reacción exotérmica específica la cual está asociada con una onda de choque. La reacción química empieza debido al calor, el cual es un resultado de la compresión por la onda de choque. La energía liberada en la reacción mantiene la onda de choque.

Formación de la cabeza de detonación en un explosivo

Al detonarse el cebo se genera una onda de choque o frente de detonación el cuál penetra la carga explosiva y genera las altas presiones y temperaturas responsables de iniciar la reacción química y de sostener la propagación de la detonación a lo largo del cilindro explosivo.

Si la partícula de explosivo, por una razón u otra no llegase a reaccionar en forma completa, la energía liberada, y por lo tanto la velocidad de detonación, no serán las máximas que el explosivo tiene capacidad de desarrollar. Bajo éstas condiciones se está en presencia de un comportamiento no-ideal del explosivo.

La velocidad de detonación hidrodinámica la cuál puede predecirse usando modelos termodinámicos de computación.

VELOCIDAD DE DETONACIÓN La velocidad de detonación (VOD) de un explosivo esta velocidad con que el frente de detonación recorre la longitud del mismo. Dicha velocidad supersónica.

La VOD es uno de los parámetros más importantes del proceso de detonación. Su valores indicativo de la performance del explosivo y se utiliza para inferir otros parámetros como la presión de detonación y la presión de los gases de explosión, cuya determinación experimental es indirecta y difícil de lograr.

La VOD de un cierto explosivo se verá influenciada por una variedad de factores, que describiremos a continuación.

1. Influencia del diámetro del explosivo

Para diámetros pequeños (< Φ1), la longitud de la cabeza de detonación es muy pequeña y el tiempo que el gránulo de explosivo permanece dentro de la misma será muy corto. Como resultado de ello, la reacción será incompleta y la energía liberada será insuficiente para sostener el proceso de detonación.

Existirá un diámetro en que la energía liberada, aunque no sea producto de una reacción completa, será suficiente para sostener una detonación estable. Dicho diámetro es llamado Diámetro crítico (Φ1), el cuál se define como el diámetro mínimo por debajo del cuál la detonación no propagará, o dicho de otra manera, por encima del cuál la detonación será estable.

Si continuamos incrementando el diámetro de la carga explosiva por encima de su valor crítico Φ1 estaremos produciendo una reacción mas completa, con el correspondiente aumento de la energía y de la velocidad de detonación, hasta que sé llega a un diámetro Φ3 en el cuál la reacción es completa y la energía liberada la máxima posible para el explosivo en cuestión.

Diámetros por encima de Φ3 no producirán aumento alguno de la energía liberada y por ende la velocidad de detonación. (Velocidad de detonación hidrodinámica)

2. Influencia del grado de confinamiento y del tamaño de las partículas del explosivo

El hecho de confinar una carga explosiva hará que la expansión de los gases producto de la detonación sea más lenta, reduciendo a su vez la velocidad de la onda lateral de rarefacción dirigida hacia el explosivo, Como resultado de ello las ondas de rarefacción tardarán más tiempo en encontrarse en el eje, lo que implica un mayor tiempo (o un recorrido más largo) para que la cabeza de detonación adquiera su forma estable.

En Resumen el hecho de confinar un explosivo resultará en:

• Una reducción en la longitud de la zona de transición, es decir el explosivo alcanzaría su velocidad ideal en diámetros de carga menores que para el caso sin confinamiento. Cabe aclarar que dicha velocidad ideal es independiente del grado de confinamiento del explosivo.

• Una reducción de su diámetro crítico, es decir el explosivo detonará en forma estable en diámetros menores que para el caso de explosivos sin confinamiento.

El efecto de una reducción del tamaño del gránulo o partícula de explosivo es el mismo que el que produce el confinamiento de la carga.

La velocidad vs diámetro para un ANFO de gránulos porosos, confinado y sin confinar, a una densidad de 0.8 gr/cc.Se observa que el diámetro crítico del sistema sin confinar es de 76 mm, mientras que el confinado es de 50 mm.

3. Influencia de la densidad del explosivo

Al incrementarse la densidad de un explosivo la energía por unidad de volumen del mismo será mayor, ya que estaríamos colocando una mayor cantidad de explosivo en un mismo volumen, al ser mayor dicha energía, la velocidad de detonación crecerá también en forma proporcional.

Por el otro lado uno debe considerar que para un explosivo dado, un incremento de la densidad (i,e. compactación) resultará en un incremento del diámetro crítico del mismo.

4. Efecto del agua en la performance de explosivos comerciales