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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ II CURSO DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL EN INGENIERÍA DE MINAS VOLADURA DE ROCAS 2010-III Ing. Raúl Baldeón Retamozo

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

II CURSO DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL EN INGENIERÍA DE MINAS

VOLADURA DE ROCAS

2010-III

Ing. Raúl Baldeón Retamozo

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ISEMANA

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ENERGÍA EXPLOSIVA

La energía es la característica más importante de un mezcla explosiva.La energía explosiva está almacenada como energía química y durante la detonación es liberada y usada en los siguientes eventos:Desmenuzamiento de la pared del taladroFormación de fractura (radial y de tensión)

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CorteCalor y luz

Movimiento de la masa rocosaVibración del terreno

Golpe de aireLa energía explosiva es liberada en dos

formas diferentes:a) Presión de detonación.- Ejerce una fuerza

de fragmentación sobre la roca.b) Presión de taladro.- Se debe a la formación

de gases, es causa principal del desplazamiento de la masa rocosa.

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CALCULO DE LA ENERGÍA.- La energía explosiva es calculada usando técnicas basadas en las leyes de la

termodinámica

• Formulación de explosivos comerciales.- Toda mezcla explosiva debe estar balanceada en oxígeno.

• Balance de oxígeno.- Los explosivos químicos comerciales liberan mayor cantidad de energía por unidad de peso, si están balanceados en oxígeno producirán un mínimo de gases tóxicos.

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Si un explosivo está compuesto de H, C, O, y N y si existe suficiente oxígeno para reaccionar y formar CO2, H2O, y

N2 quiere decir que está balanceado en oxígeno.El resultado del balance de oxígeno debe tender a cero,

se expresa de la siguiente manera:

31 12 ...2 2 2o o o oBO O C H Na Ca Al donde: O0,C0 y H0 representan el número de átomos gramo por unidad de peso de la mezcla explosiva.La determinación de los átomo-gramo de cada elemento servirá para determinar el calor liberado por el explosivo.

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Ejemplo Se tiene una mezcla explosiva ANFO, cuya

composición es NH4NO3 y CH2, calcular el balance de oxígeno:

3NH4NO3 + CH2 = 7H2O + CO2 + 3N2 + Q3 Kcal/kgPeso molecular NH4NO3 = 80.05

Peso molecular CH2 = 14.033(80,05) = 240,15 = 94,48%1(14,03) = 14,03 = 5,52%

Total = 254,18 = 100,00%El uso adecuado en el campo será:

NH4NO3 = 50,0Kg; CH2 = 2,9Kg

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3 NH4NO3 1CH2

3 x 80.051 x 14.03

240.1514.03

94.485.52

TOTAL 254.18 100.00

Cálculo de los átomos gramos (atm-gr) de cada elemento en los ingredientes de 1kg de mezcla explosiva

Ingredientes

PesoMolecula

r

% O0 H0 C0 N0

NH4NO3 80.05 94.491 35.41199

47.21599

- 23.608

CH2 14.03 5.519 - 7.86743 3.93371

-

Atm-gr/Kg

-- 100 35.41199

55,08342

3.93371

23.608

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4 3

0

0

0

NH NO

1000grs ANO 3 O 0,94491 35.41199

80.05grs AN

1000grs ANH 4 H 0,94491 47.21599

80.05grs AN

1000grs ANN 2 N 0,94491 23.607995

80.05grs AN

x x

x x

x x

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4 3

0

0

0

NH NO

1000grs ANO 3 O 0,94491 35.41199

80.05grs AN

1000grs ANH 4 H 0,94491 47.21599

80.05grs AN

1000grs ANN 2 N 0,94491 23.607995

80.05grs AN

x x

x x

x x

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2

0

0

CH

1000grs FOH 2 H 0,05519 7.867427

14.03grs FO

1000grs FOC 1 0,05519 3.933714

14.03grs FO

x x

x C x

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Hallando el balance de Oxígeno

31 12 ...2 2 2

135.41199 2 3.933714 55.0834172

0.0028568 atm-gr Kg/

o o oB

B

B

O O C H Na Ca Al

O

O

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EJERCICIO

• Se tiene una mezcla explosiva cuya composición porcentual en peso es como sigue:

NH4NO3 = 50%NaNO3 = 35%C = 6%C2H2 = 3%.AL = 6%

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Termoquímica De Los Explosivos

• Se refiere a los cambios de energía interna, principalmente en forma de calor.

• La energía almacenada de un explosivo se encuentra en forma de energía potencial latente o estática.

• La energía potencial liberada a través del proceso de detonación se transforma en energía cinética o mecánica.

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Termoquímica De Los Explosivos (Cont)

• Existen dos métodos alternativos que pueden usarse para calcular los cambios de energía:– Aplicando las leyes físicas y químicas conocidas– Mediante el análisis de los productos finales.

• Este último resulta complejo, ya que los productos que pueden analizarse de forma conveniente raramente son los que están presentes en los instantes de presión y temperaturas máximas.

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Termoquímica De Los Explosivos (cont)

• Un cálculo aproximado de tales parámetros puede hacerse para aquellos explosivos con un balance de oxígeno nulo o muy ajustado con los que en la detonación ideal solo se produce CO2, H2O, N2, y O2

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Calor de Explosión

• Una explosión puede ocurrir al aire libre, donde la presión atmosférica es constante o en una cámara confinada donde el volumen es constante, en ambos casos la reacción libera la misma cantidad de energía pero un explosivo no confinado gasta una parte determinada de energía al empujar el aire circundante; en una explosión confinada se dispone de todo el calor liberado como energía útil.

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Calor de Explosión (Cont)

• Para predecir el calor de una explosión se usan los calores de formación conocidos de la explosión y los productos de la explosión.

Q3=QP-QR

Donde: Q3 = Calor de explosión Liberado (Kcal/kg). QP = Calor de los productos componentes. QR = Calor de reactantes finales.

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Calores de Formación de Productos de Explosión a 298ºK

Producto Fórmula Calor de formación Kcal/mol

Kcal/kg Peso Molecular

Dióxido de Carbono

CO2 +94.1 171.365 44

Nitrato de Amonio

NH4NO3 +87.9 1098 80.05Monóxido de Carbono

CO +26.42

Agua H2O +57.80 1370.381 18Petróleo diesel

CH2 +7.00 500 14

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Calores de Formación de Productos de Explosión a 298ºK (Cont)

Producto Fórmula Calor de Formación Kcal/mol

Kcal/kg Peso Molecular

Nitrato de Sodio

NaNO3 114.79 1323 85.01Carbonato de Calcio

CaCO3 246.6 2876 100.1

Nitrógeno N 0 0 14Hidrógeno H -52.1Oxido Nitroso

NO -21.60Trioxido de Aluminio

Al2O3 +392.0 714.892

NitroGlicerina

C3H5(ONO2)

3

+82.66 364.0 227.09

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