1. Hidrogeles1.1 Anlisis de las caractersticas y propiedades El anfo con su baja densidad y velocidad de detonacin, y su mala resistencia al agua, hacen que sea un explosivo inadecuado para muchas labores. Todo esto motiv la investigacin de otros productos, de stas investigaciones se descubrieron los hidrogeles por el Dr. Melvin Cook (llamado slurries, en ingls lodo). Por primera vez Cook prepar una mezcla explosiva con nitrato amnico, aluminio, agua y goma guar (agente gelificante y entrecruzante), logrando un producto resistente al agua, de elevada densidad y con una velocidad de detonacin muy alta.Estos explosivos llamados hidrogeles se caracterizan principalmente por tener una importante cantidad de agua en su composicin, lo que constituye un hecho inslito en las formulaciones utilizadas hasta su aparicin. Se forman dispersiones en las que la fase continua est formada por una solucin acuosa saturada de nitrato amnico, con o sin otros oxidantes inorgnicos como nitrato sdico, perclorato sdico, etc. La fase dispersa est formada por combustibles slidos y el resto de los oxidantes slidos que no han podido disolverse en la solucin de oxidantes, adems, pueden contener sustancias explosivas como sensibilizantes. Estos explosivos llevan en su composicin agentes espesantes y gelatinizantes, para estabilizar su reologa, evitando la que los constituyentes se segreguen.El hecho de contener cantidades de agua elevadas se compensa por permitir un contacto ms ntimo entre oxidantes y combustibles que cuando el explosivo es una mezcla de slidos.La dispersin de oxidantes y reductores en la solucin saturada de oxidantes, se espesa, gelatiniza y estabiliza, por medio de diversas sustancias qumicas, logrando una consistencia viscosa, ms o menos fluida, que permite rellenar perfectamente los recipientes que las contienen. Los hidrogeles tienen caractersticas muy variadas, que van desde elevada potencia y densidad, sensibilidad al detonar y buena velocidad de detonacin, etc. de esta forma se pueden obtener productos cuyas potencias relativas varan del 40% al 85% de la goma pura y velocidades de detonacin que van de 2000 m/s a 5000 m/s. La sensibilidad de los hidrogeles puede variar desde los que pueden ser iniciados con un detonador # 8 hasta otros muy insensibles, que requieren el uso de un multiplicador para que su iniciacin sea apropiada. Adems, tienen una buena resistencia al agua contraria a lo que ocurre con el anfo.1.2 Clases de hidrogelesSe tiene tres tipos de hidrogeles:a) Sensibilizados con una sustancia explosiva.b) Sensibilizados con aluminio.c) Sensibilizados con nitrato de amina.a) Hidrogeles sensibilizados con explosivosConstituyen los preparados por Cook y se caracterizan por estar sensibilizados por una sustancia bsicamente explosiva, normalmente TNT, PETN o una mezcla de ambos, o tambin se ha utilizado plvoras de nitrocelulosa.Lo que ocurre en las mezclas explosivas convencionales es diferente a la sensibilidad de estas composiciones que aumenta con el tamao de las partculas de TNT. Esto puede explicarse por el efecto insensibilizador del agua sobre la superficie de las partculas de TNT.De manera inversa a lo que ocurre con el resto de los hidrogeles, su sensibilidad aumenta con la densidad. Esto es debido a la disminucin de la densidad que est relacionada con la cantidad de burbujas de aire taponado en la pasta y stas se interponen entre los granos del explosivo sensibilizador, por lo que dificulta la iniciacin de estas partculas por otras del mismo tipo.La sensibilidad de los hidrogeles aumenta con el contenido en TNT, siendo vlida esta afirmacin hasta un contenido de este producto del 50%, estos hidrogeles no son sensibles al detonador.Debido a razones de econmicas, el contenido de TNT no sobrepasa el 30%, por cuyo motivo los dimetros crticos de los hidrogeles sensibilizados con trilita eran superiores a 75 mm en la mayora de los casos, que es una limitacin de este tipo de hidrogeles. Las caractersticas de este tipo de hidrogel son: Alta densidad (1,4 1,5 g/cm3). Buena fluidez, permite la carga a granel de los barrenos. Baja energa, con un gran dimetro crtico y coste relativamente alto, lo que su uso ha decrecido.b) Hidrogeles sensibilizados con aluminioSon hidrogeles, tambin desarrollados por Cook en las primeras experiencias con slurries, pero, por ser este elemento muy electronegativo, reaccionaba con el agua a temperatura ambiente desprendiendo hidrgeno, con elevacin de la temperatura. Lo que ocasionaba un riesgo, razn por la cual fue preciso sensibilizar los hidrogeles con otras sustancias explosivas. Luego se descubri que esta reaccin poda inhibirse recubriendo las partculas de aluminio con productos hidrfugos, se lo utiliz como sensibilizador.Con la finalidad de mejorar ms la sensibilidad de estos hidrogeles, Cook incluy pequeas burbujas de gas distribuidas en su masa que se comportan tambin como puntos calientes al igual que las partculas de alumiunio; la sensibilidad aumenta con el contenido en gas. Se puede lograr este efecto mediante la adicin de microesferas huecas de vidrio o perlita.Algunas caractersticas de este tipo de hidrogel son: Se sensibilizan con el detonador # 8, incluso en dimetros pequeos (32 mm). Al gasificarse tienen una viscosidad y fluidez inferior a los del grupo anterior, para poder retener las burbujas, esto impide su carga a granel en los barrenos. Cuando contienen microesferas de vidrio, su fluidez puede ser mayor, permitiendo entonces la carga a granel de los barrenos. Tiene un pequeo contenido de gases nocivos en sus productos de explosin, lo que los hace aptos para su uso en labores de minera subterrnea.c) Hidrogeles sensibilizados con nitrato de aminaEste tipo de hidrogeles sensibiliza con combustibles constituidos por sales orgnicas solubles en agua, sin que contengan, al igual que los de la segunda generacin, ningn otro componente explosivo. Con la finalidad de mejorar su sensibilidad y poder ser usado en pequeos dimetros, estos hidrogeles tambin necesitan microesferas de vidrio bien de burbujas de gas. Tambin puede llevar en su composicin aluminio grado pintura, lo que contribuye a mejorar su sensibilidad de buena forma.Son sensibilizados con una sal orgnica, por lo que, al igual que los del grupo anterior, no tienen ningn ingrediente explosivo. Tienen una excelente aptitud a la detonacin y son sensibles al detonador # 8 y pueden utilizarse en cartuchos de hasta 22 mm de dimetro, son muy utilizados en dimetros pequeos. Si son gasificados son pocos fluidos, lo que no permite su carga a granel en los barrenos, pudindose conseguir composiciones ms fluidas utilizando microesferas de vidrio para su sensibilizacin, lo que facilita la carga a granel de los barrenos.Los hidrogeles sin explosivos en su composicin se caracterizan por la elevada seguridad en su fabricacin y utilizacin, buena propagacin de la detonacin, incluso en pequeos calibres, posibilidad de modificar su densidad, potencia y velocidad de detonacin, buenos humos de voladura y excelente resistencia al agua.La presencia de agua influye en la energa desprendida por el explosivo, pero se puede compensar aadiendo aluminio, debido a las siguientes reacciones, fuertemente exotrmicas, producidas por este componente en la detonacin:2 Al + 3 H2O Al2O3 + 3 H2 + 1760 cal/kg.4 Al + 3 CO2 2 Al2O3 + 3 c + 2160 cal/kg.Lo que explica que la potencia aumente con el contenido en aluminio, aun en composiciones con balance de oxgeno negativo. En la prctica los hidrogeles pueden sustituir, en la mayora de los casos, a los explosivos convencionales, menos a los de seguridad, con la ventaja de su mayor seguridad en el manejo y no causar dolores de cabeza. Debido a su consistencia fsica, se adaptan muy bien a los barrenos, adems, sus humos de voladura son mejores que los producidos por los explosivos convencionales.1.3 Sensibilidad de los hidrogelesSe puede definir la sensibilidad como la relativa facilidad de un explosivo para detonar. Una elevada sensibilidad supone una ventaja de cara al funcionamiento del explosivo en su aplicacin, pero, a su vez, puede implicar riesgos a detonar bajo cualquier estmulo accidental.

Figura 1. 6 Riogel 2 en mediano calibre (Cortesa de UEE, S.A.)En el caso de los hidrogeles, tambin de las emulsiones, el camino ha sido el diferente, se parte de componentes no explosivos, insensibles, mezclndolos de tal modo que se alcance el grado de sensibilidad requerido para que sean sensibles al detonador o a un multiplicador. Con esto se logra la sensibilidad deseada, reduciendo as la sensibilidad indeseada por golpes, fuegos, rozamiento, etc.La disminucin de la sensibilidad, representada por el aumento del dimetro crtico, al aumentar la densidad, como resultado de la disminucin de la porosidad ya sean burbujas o microesferas que constituyen puntos calientes. El resultado de una mala iniciacin y transmisin de la detonacin al aumentar la densidad se explica con una disminucin de la velocidad de detonacin.1.4 Descripcin del proceso de fabricacin de los hidrogelesLa mayora de los hidrogeles utilizan en su composicin, como combustible sensibilizador, nitrato de monometilamina (NMMA). Al utilizarse este producto la ventaja es que, al ser soluble en agua, permite un contacto ms ntimo entre el combustible y la solucin de oxidantes que al utilizar combustibles slidos.Se logra obtener el nitrato de monometilamina (CH3-NH2*HNO3) a partir de la monometilamina (CH3-NH2), que es un producto gaseoso en condiciones normales. Esta es una simple reaccin de neutralizacin con cido ntrico, similar a la de ste con el amoniaco para formar nitrato amnico: NO3 + CH3-NH2 CH3-NH2*HNO3 + calor(63 g) (31 g) (94 g)Cuyo rendimiento es de 94/31 = 3,03 g de nitrato de monometilamina por gramo de monometilamina.Se utiliza cido ntrico diluido, por cuyo motivo se obtiene una solucin acuosa de nitrato de monometilamina, ya que este producto es muy soluble en agua. El producto de nitrato de monometilamina puro es un slido, cuyo peso molecular es 94,1 y cuya energa de formacin es 861 kcal/kg, que se funde a los 111 C y su densidad es de 1,251 g/cm3. La monometilamina en estado seco es explosivo, aunque muy insensible, pero no se inicia con el martillo de 5 Kg a la altura mxima de cada. Para ser iniciado da un ensanchamiento Trauzl de 325 cm3. Este es higroscpico y delicuescente, disolvindose en el agua que absorbe del ambiente. En estado hmedo es muy difcil de hacer detonar, considerndose como no explosivo cuando el contenido en agua supera al 14%.Pese a que puede fabricarse a partir de soluciones acuosas de monometilamina, este proceso necesita la concentracin del producto obtenido, por lo que el procedimiento de fabricacin ms utilizado es a partir de monometilamina anhidra. Se hace borbotar en un reactor, lleno de cido ntrico, gas de monometilamina, alcanzndose una solucin acuosa de nitrato de monometilamina cuya concentracin depende de la del cido ntrico. Cuando el pH de la solucin se acerca a 7, la reaccin se da por terminada. En el reactor se tiene un agitador que permite homogeneizar su contenido y aumentar el contacto entre las fases lquida y gaseosa, y un sistema de refrigeracin, ya que la reaccin es fuertemente exotrmica, logrndose tener la temperatura de la reaccin entre 60 y 80 C. Por lo que la reaccin se lleva controlando cuidadosamente la temperatura y el pH.Con una concentracin de la solucin de nitrato de monometilamina del 84 al 86% se tienen buenos resultados, ya que representa la mxima concentracin no explosiva, esto permite disponer de una mayor cantidad de agua para la solucin de oxidantes. Si la solucin de nitrato de monometilamina del 86%, es preciso mantenerla por encima de los 38 C para conservarla en estado lquido.Para la fabricacin de los hidrogeles o slurries sensibilizados con nitrato de monometilamina se basa en la mezcla de una solucin acuosa de oxidantes, nitratos slidos, mezclas de combustibles y aditivos lquidosCuando se tiene la mezcla, se descarga a una tolva desde la que se bombea a la lnea de encartuchado, luego los cartuchos se colocan en cajas y se envan a los polvorines. La fase de fabricacin comienza con la preparacin y acondicionamiento de los componentes que se van a ser dosificados a la mezcladora.Al emplear nitrato de monometilamina con concentraciones del 84% al 86%, su punto de cristalizacin es de 33 a 39 C, debido a esto hay que mantener la solucin por arriba de esta temperatura para mantenerla en estado lquido.La solucin de oxidantes es una solucin de nitratos amnico y sdico en agua; contiene casi toda el agua y la mayor cantidad de sales del producto final. Adems, se aade a esta solucin parte de las gomas para disponer de un sistema muy viscoso, que evite la segregacin de los ingredientes slidos despus de la mezcla.La sensibilizacin de los hidrogeles se hace con gasificacin qumica, se aade tiourea a la solucin para acelerar la reaccin de gasificacin y no alargar el proceso.Para la operacin de mezclado se realiza de forma continua o discontinua en una mezcladora dotada de un agitador con velocidad variable, para utilizar la ms apta para cada formulacin especfica. Para el mezclado se inicia adicionando a la mezcladora los aditivos lquidos ya mencionados, aadindose a continuacin los componentes slidos. Los componentes slidos previamente mezclados, se alimentan a la mezcladora mediante un dosificador, o bien pesndolos automticamente en las cantidades adecuadas a una operacin de mezclado.A continuacin el producto mezclado se descarga por gravedad en una tolva que alimenta a la bomba que lo impulsa al sistema de encartuchado.Para el encartuchado se emplea un sistema automtico; se realiza en una mquina que forma un tubo a partir de un filme de polietileno o polister. Este filme se suelda longitudinalmente por calor o por medio de un adhesivo apropiado.

Figura 1. 7 Esquema de Fabricacin de Hidrogeles (Curso de Tecnologa de Explosivos, Sanchidran/Muiz) La dosificacin del hidrogel se hace en el interior del tubo de forma continua, por medio de una bomba dosificadora de desplazamiento positivo cuyo caudal se acomoda en funcin del dimetro y de la velocidad lineal de formacin del tubo plstico. La funcin de un cabezal mvil es de grapar doblemente el tubo, mientras lo acompaa, cortando el plstico entre el doble grapado.