Catedra Explosivos Usach

Ctedra Explosivos UsachJogli A. Gutirrez M.Administrador Planta LampaORICA Chile

Temario de la claseIntroduccinBreve resea histricaFormulas/definicionesTermoqumica de una reaccinQuimica de los explosivosCaractersticas principalesClasificacinExplosivos en el mercadoEmulsionesProcesos de fabricacinCaractersticas tcnicasBalance de oxgeno/formulas asociadasEjemplos de cculo prcticos

Qu es esto?Iglesia?Saln de Baile?Almacn Polvora NegraColonial Williamsburg, VA.

Qu tan importante fue la Polvora?Sala de guardia Sitio Pared 10 Polvorn

Explosivos a travs de la historiaChina, Siglo X AC, usos prcticos, cohetes y fuegos artificiales.Friar Roger Bacon public su formula en 1242Berthold Shwarz desarrollo uso en armas 13801ra. Aplicacin en tronadura de roca, 1627, Hungra.Polvora Negra

...........y sigue la historiaDescubierta por Ascanio Sobrero en 1846Nobel construye 1ra. fbrica en 1861Wilbrand inventa el TNT, 1863Nobel patenta Dinamita en 1867, kieselguhr+nitro1ra. Planta en USA, 1867340 mil toneladas dinamita fabricadas en 1955Nitroglicerina/TNT/DinamitaDinamita- de Dynamis (Poder, lat.)

..explosivos modernosSintetizado en 1659 por J. R. GlauberUsado para fertilizar y productos explosivosExplosin de la ciudad de TexasANFOPros: Facil de cargar, barato, y ms seguro que la dinamitaCons: desensibilizada por aguaSobre 1.2 billones de kilos fabricados en 1974Nitrato de Amonio

.....ms historia modernaDesarrollado en 1940, resuelve el problema del aguaNo-NitroDensidad regulableSu uso se increment con la perforacin de gran dimetroGeles acuosos/EmulsionesPros: econmico, baja sensibilidad, resistente al agua, no nitroCons: necesita regulador, slo gran dimetro

..ltima generacin de explosivosGeneralmente mezclas Nitrato Amonio y EmulsinVentajas:Sin peligro detonacin mientras est en polvornDisponible en correcto tipo y tamaoPueden inertizarse despus de la mezclaDetonan a 25 CDesventajas:costostiempo requerido para mezcla

Binarios/Explosivos 2 componentes

Frmulas qumicas de explosivos1)TNT: 2)Polvora negra: 3)Nitroglicerina: 4)Nitrato amonio:

Qu es un explosivo?Son productos qumicosComo tales, pueden quemarse (deflagrar) y/o detonarCaractersticas dependen del material con que esta formadoNecesitan una energia de inicio (mec. o qumica)

Pasos de una detonacinEntrega de energa de iniciacin

Inicio de la reaccin, exotermia, generacin de gases, frente de presin

Descomposicin de materiales, gases, alta presin, calor

REACCIN QUMICA

Bases para entender una reaccin qumica explosivaEa: energa de activacin/deflagracinRompimiento de enlaces/inestabilidadLey gas ideal/buena aproximacinpV=nRTV cte./aumento T por deflagracinP incrementa hasta detonar y genera Rx en cadena

Qumica de los explosivosBsicamente para que se produzca una combustin es necesario la presencia de 3 elementos OxgenoCombustibleIniciador

Qumica de los explosivosLos explosivos reaccionan bajo estos mismos principios pero con mayor amplitud. La diferencia es que el oxgeno no es tomado del aire sino de los materiales que componen al explosivo

Qumica de los explosivosEl proceso de una detonacin se inicia en una oxidacin entre el combustible y el oxgeno que se encuentra en el mismo aire

Una vez iniciada esta reaccin se producen grandes volmenes de calor y gases

Este calor expande los gases y provee mayor estmulo para que la rx contine.

Qumica de los explosivos El Anfo por ejemplo, es una mezcla de oxidantes y combustibles (N. Amonio y Fuel Oil)

La relacin entre estos 2 elementos son muy importantes para la eficiencia/sensibilidad/bajo costo del explosivo

Se debe lograr una mezcla en que la cantidad de oxgeno sea la suficiente para reaccionar con TODO el combustible. (B. Oxgeno)

Qumica de los explosivos En el Anfo el balance es definido por 94 partes de N. Amonio y 6 partes de combustible, y en las emulsiones nos referimos a 90 partes de oxidante y 10 partes de fase combustible

Para el caso del Anfo, el combustible es integrado por la porosidad del prill, dejando una mezcla seca y combustin ptima

En la detonacin en terreno todos los elementos C, H y N deben llegar a estado gaseoso, CO2, H2O y N2

Las reacciones explosivas desprenden gran cantidad de calor que determina la energa de detonacin

Qumica de los explosivos

Qumica de los explosivos Durante el proceso de detonacin los elementos C, H y N se convierten en estado gaseoso generando una reaccin EXOTRMICA, la cual desprende gran cantidad de calor terminando en gran energa.

Cuando el N se convierte en NO2 se genera una reaccinENDOTRMICA, la cual absorbe gran calor y baja notablemente la energa.

Qumica de los explosivos Si ocurren las reacciones ideales no sobra oxgeno. El explosivo es balanceado en oxgeno y produce mximo de energaExceso de fase combustible genera un balance de oxgeno negativo, se produce prdida de energaFalta de fase combustible genera un balance de oxgeno positivo, se produce GRAN prdida de energa, detonacin deficienteC > CO2dixido de carbonoH > H2OaguaN > N2nitrgeno

Qumica de los explosivos Ejemplo de clculo proporcin componentes

Caractersticas principales de los explosivosSensibilidadT. ImpactoT. FriccinT. CalorEstabilidadConstitucin qumicaT almacenamientoExposicin al solDescarga elctricaToxicidadPotenciaT. expansin cilindroT. fragmentacin cilindroT. Presin detonacinT. dimetro crticoT. VODBrisanciaDensidadHigroscopicidad

Clasificacin formal explosivosExplosivos primariosAzida de plomo, fulminato de mercurio, estifnato de plomoBajo explosivoPolvora negra, fuegos de artificioAlto explosivoNitroglicerina, RDX (Ac. Nitrico+hexametilena de tetramina), TNT (Trinitrotolueno), PETN (Pentaeritritol), Pentolita (TNT+PETN)Agente de tronaduraDinamita (nitroglicerina+kieselguhr), ANFO (NA+FO)

Explosivos existente en el mercado nacionalEmulsionesBoostersAnfosBulkGran dimetroSubterrneaPackagedPequeo dimetroDe contornoCilndricosCnicosVaciablesAnfoAnfo + AlBombeablesAnfo pesado

Emulsiones1) Definicin : son una mezcla de dos lquidos no solubles entre s.2) Fenmeno natural : fases acuosas y fases aceitosas son inmiscibles.3) Componente activo : mediante un compuesto aglomerante (emulsificante/surfactante) se agrega a las fases aceites y permite estabilidad de fases, miscibilidad y homogenizacin.

Ventajas comparativas y caractersticas de las emulsiones Mayor energa Mayor densidad Mayor resistencia al agua Mayor versatilidadVentajas Facilidad de carguo Facilidad en la sensibilizacin Fase oxidante acuosa: N.Amonio lquido Fase aceite combustible: Diesel + emulsificantes Relacin en volumen de las 2 fases: 90/10Caractersticas

Consideraciones de importancia Las emulsiones cuya composicin es rica en combustible son menos viscosas que las balanceadas

La mezcla de emulsiones ricas en combustible se pueden mezclar con Prill de N. Amonio (anfos pesados) para que la energa desarrollada sea ptima Concepto del B. Oxgeno

Al generar una emulsin pura, sin burbujas de gas o aire debido a que la fase aceite evita su retencin, esta se clasifica como agente oxidante el cual no es regulado por la autoridad para su transporte

Cuando las emulsiones son mezcladas con microballoons o agentes gasificantes (NaNO2) se clasifican como explosivos

Consideraciones de importancia Las emulsiones son hechas en mezclas calientes, que al enfriarse cristalizan los oxidantes (N. Amonio/N. Sodio/P. Sodio) y eso crea un mayor contacto entre las fases combustible y oxidante=> Velocidades de detonacin mas altas=> Dimetros crticos mas pequeos=> Iniciadores mas pequeosRx. ms eficiente

Propiedades y caracterticas Primero, la cercana de las partculas resultan en una viscosidad alta evitanto agregar otro tipo de sustancias (aglomerantes)

Segundo, cada partcula de fase oxidante es rodeada por una capa de combustible creando mayor intimidad entre las fases

Tercero, la fase contnua de aceite nos da una barrera que determina en la emulsin una gran resistencia al agua

Propiedades y caracterticas Las emulsiones tienen una alta densidad

Su detonacin se desarrolla por los espacios interemulsin donde ocurre la oxidacin y reaccin para propagarse

Los espacios generalmente son hechos por microburbujas (gas/solido) que al descomponerse desprenden calor y sostienen la reaccion

El desprendimiento de calor y energa que se produce para descomponer a la burbuja son denominados HOT-SPOTS

Energa de las emulsiones En las emulsiones, alto explosivo, existen dos tipos de presiones que generan detonacin=> Presin de detonacin (Pd)Energa que viaja a traves de la emulsin sin experimentaronda de expansin hacia los lados. Su mxima valor lotoma al lado opuesto de la iniciacin de la emulsin

Pd.f(VOD x Densidad)

=> Presin de gas (Pg)Presin ejercida en las paredes de columna producidapor la expansin de gases despus de que la Rx qumicaha sido completada. Es el resultado de la cantidad de gasesliberados en la Rx.

Pg = Pd/2

Energa de las emulsiones

Procesos involucrados en la fabricacin emulsiones explosivas encartuchadasCalentamiento para disolverDisolucin y mezclaEmulsificacinPerdida temperatura emulsinAgitacinEncartuchadoEmbalado producto finalAlmacenamientoOxidante, aguaAditivosEmulsificanteCombustibleRegulador de densidad

Diagrama de flujo fabricacin emulsin a granel (bulk)

Procesos Productivos Planta ORICAEncartuchado/BulkANFOPentolitaAccesorios

Productos ORICA en el mercadoPlanta PowergelProductosPulsar/P-split/P-split extra/Powergel 500/800/900TrimexMex-200/ApexRs-95/Handibulk 2003Planta ExelProductosExel SS/Handidet/Conectadet/Lead in LinePlanta PentolitaProductosBooster cilndricos 150/225/450/900Rompedores cnicos 2250/1350/900/450/HEPPlanta ANFOProductosMexales diludos/hmedos/aluminizados

Aspectos importantes en procesos de fabricacinReguladores de densidadSlido (microesferas de silice)Gaseoso (burbujas de N2) NaNO3Grado de Acidez emulsinViscosidadPresentacin del producto

Caractersticas tcnicas productos

Hoja1

EncartuchadoEncartuchadoPentolitasAnfoAnfo bombeable

Gasificadoc/microesferaPETN+TNTNAI+FONAI+FO+Emul.

Pwgel. 900Trimex-Mexal-AApex 165

Densidadg/cc1,08-1,201,06-1,181,60-1,720,75-0,851,10-1,25

VODm/s>27004500>5500>2800>3000

Presion detonacinKbar74--41.579.1

Balance de oxgeno%-3.1---2.0-3.9

Volumen de gasesL/kg864890932960929

Calor desarrolladoKcal/Kg8658151343902779

Equiv. ANFO /peso0.96-1.401.000.89

Equiv. ANFO /volumen1.38-2.901.001.30

Diamentro crticopulg.7/8--34

Resistencia al aguaHr.7272IndefinidaNo72

Hoja2

Hoja3

Balance de oxgeno (OB%)Indica el grado que un explosivo puede ser oxidadoLas explosiones son reacciones de oxidacinAporte de oxigeno es dado por sales oxidantes como nitratos o percloratos, no por el medioCalor generado por la explosin es mximo cuando el OB es igual a ceroCada elemento en la reaccin explosiva tiene un estado de oxidacin mximo.

Tabla con estados de oxidacin

Hoja1 (2)




Densidadg/cc1,08-1,201,06-1,181,60-1,720,75-0,851,10-1,25

VODm/s>27004500>5500>2800>3000





Equiv. ANFO /peso0.96-1.401.000.89




Hoja1

ElementoElemento mx. oxidado

CCO

KK2

SSO2

HH2O

AlAl2O3

SiSiO2

NaNa2O

MgMgO

FeFe2O3

Frmulas asociadas al BO%

Frmula general para explosivosFrmula general para explosivos y elementos metlicosm=razn entre moles O y X oxidados totales

Frmulas simplificada al BO% en una emulsin

En base a % y BO de cada elemento segn tablas de oxidacin

Curva de rendimientos

Ejercicios prcticos ICalcular el OB para el nitroglicol

Ejercicios prcticos IICalcular el OB para la formulacin

Hoja1 (2)




Densidadg/cc1,08-1,201,06-1,181,60-1,720,75-0,851,10-1,25

VODm/s>27004500>5500>2800>3000





Equiv. ANFO /peso0.96-1.401.000.89




Hoja1

Componente%OB

Nitrato de amonio69.7+0.20

Nitrato de sodio10+0.471

Agua120

Surfactante1.0-2.39

Petrleo1.5-3.42

Cera2.5-3.47

Regulador densidad0.3-

Sulfuros1.0-1.00

Aluminio2.0-0.889

100

Ejercicios prcticos IIUtilizamos la frmula para BO de emulsiones explosivasFinalmente queda la expresinResultado final

Productos de una explosinOrden de formacin productos de reaccin en una explosin.

Hoja1 (2)




Densidadg/cc1,08-1,201,06-1,181,60-1,720,75-0,851,10-1,25

VODm/s>27004500>5500>2800>3000





Equiv. ANFO /peso0.96-1.401.000.89




Hoja1

PrioridadComposicion explosivoProductos descomposicionFase de productos

1Metlico y cloroCloruro metlicoSlido

2Hidrgeno y cloroAcido clorhdricoGas

3Metal y oxgenoxido metlicoSlido

4Carbn y oxgenoCOGas

5Hidrgeno y oxgenoH2OGas

6Monxido y oxgenoCO2Gas

7NitrgenoN2Gas

8Exeso oxgenoO2Gas

9Exeso hidrgenoH2Gas

Ejercicio prctico IIIDar los productos finales de reaccin de explosin del TNT

Fin PresentacinJogli A. Gutirrez M.Administrador Planta LampaORICA Chile

What is this?Baptist Church?Dance Hall?

Powder Magazine in Colonial Williamsburg, VA.

Built in 1715What are some clues as to the importance of Black Powder to early colonists?Guard House24 hour guard, portable fire truckLocation of the MagazineCenter of townStorageNot only powder, but shot, wadding, pistols and guns on three floors10 high Wall surrounds the entire magazineSheer Size - Gave impression of lots of powderGuard HouseOccupied 24 hours a day.Equipped with a portable fire fighting horse drawn truckClose-Up of MagazineBuilt in 1715Kept powder for all of the Ohio valleyIn 1775,Governor Dunnsmore, fearing a rebellion, had all of the powder (15 barrels or 1200 ponds) removed to a ship off the shore of Virginia Beach. The colonist owned the powder and demanded its return or payment. Governor refused and just before a colonist rebellion, he agreed to compensate the colony.Remember the purpose of a colony was to support the Queen. Black Powder was one of the issues of Taxation without RepresentationIndependence declared a year later in 1776Reception Hall of the Governors MansionNotice all of the rifles on the ceilingReception Hall of Governors MansionAlso, notice the swords and pistols on the walls

Why do you suppose this room was decorated this way?As a show of strength to any would-be rebel or rival colony militia. Youre asking for trouble if you mess with us.En el caso de detonacin, el explosivo saca O2 del material mas que del medio. En el caso de deflagracin el O2 lo saca del medio. La velocidad de reaccin es mas lenta genera menos gases de reaccin, son usados como propelentes (armas de disparo, etc.)

En una detonacin, que es una reaccin muy rpida la generacin de gases es muy alta, creando estos mismos un gran frente de presin (expansin), liberando adems mucha energa.En el caso de detonacin, el explosivo saca O2 del material mas que del medio. En el caso de deflagracin el O2 lo saca del medio. La velocidad de reaccin es mas lenta genera menos gases de reaccin, son usados como propelentes (armas de disparo, etc.)

En una detonacin, que es una reaccin muy rpida la generacin de gases es muy alta, creando estos mismos un gran frente de presin (expansin), liberando adems mucha energa.Una explosin ocurre despues de una reaccin quimica cuando una gran cantidad de energa es creada en un corto espacio de tiempo. Generando gran cantidad de gases y calor. Es tan corto el tiempo de ocurrencia que los gases no se expanden inmediatamente, que en cambio generan una gran onda de choque que causa gran dao en los alrededoresIgnicion: es la energa de activacin propia de cada explosivo. Es decir, la temperatura con que se inicia. Puede ser electrica, chispa, etc.Deflagarcin: es un fenmeno que se una vez dada la energa de activacin y el material se quema a una velocidad mas rapida que en una simple combustin. Es una reaccin muy exotermica de descomposicin y permite que la reaccion contine. Esta ocurre en espacion confinado (V cte.), gases generados efectuan presion en el sistema......ley de gases ideales.Detonacin: es el paso que sigue de la deflagracin, la descomposicion es completa.

En el caso de detonacin, el explosivo saca O2 del material mas que del medio. En el caso de deflagracin el O2 lo saca del medio. La velocidad de reaccin es mas lenta genera menos gases de reaccin, son usados como propelentes (armas de disparo, etc.)










En una detonacin, que es una reaccin muy rpida la generacin de gases es muy alta, creando estos mismos un gran frente de presin (expansin), liberando adems mucha energa.1)Sensibilidad: capacidad para que un explosivo pueda ser inciado o detonadoImpacto-un peso estandar se deja caer sobre el material explosivo y se ve si es capaz de iniciarloFriccin-un pendulo se arrastra sobre el material y se ve si es capaz de iniciarloCalor-temperatura a la cual chispea o detona el material explosivo

2)Estabilidad: tiene que ver con la capacidad de resistir envejecimiento en el tiempo.Constitucin qumica-es sabido que ciertas estructuras moleculares se inestailizan bajo condicines especificas ambientales (calor). Grupos NO2,NO3,N3(azida) son intrinsicamente inestables. Se rompen los enlaces.T- la mayora de los explosivos se descompone a una temperatura de 70C.Exp. al sol- los rayos UV del sol afectan a los grupos nitrogenados, afectando su estabilidadDescarga elctrica- se pueden iniciar, es necesario aterrizar las instalaciones y operarios

3)Performance: es la habilidad para generar trabajo (flojo o no). Liberacin de energa.Acentuar el VOD

4)Brisancia:capacidad de fragmentar.

5)Densidad:

6)Volatilidad:

7)Higroscopa: la humedad reduce sensibilidad,fuerza,y VOD. El agua baja la energa del explosivo, lo disuelve,En el caso de contener metales los oxida y afecta la estabilidad del explosivo1)Explosivo primario, muy sensible. En general estamos hablando de los detonadores.Estos elementos contienen azida de plomo, fulminato de mercurio, por ejemplo, elementos quimicos muy sensibles a la chispa. No son usados como el explosivo principal sino que como su iniciador.

2)Este grupo se caracteriza por que su reaccin es mucho mas lenta que en el caso del alto explosivo. Estos explosivos se queman rapidamente y son sensibles, formando frentes de alta presion de gases de combustin. Forman el efecto de propelencia. Ejemplos de este tipo de elementos son la polvora negra, fuegos artificiales.

3)Estos elementos tienen mucho mayor potencia y una menor sensibilidad, en comparacin con los anteriores. Su velocidad de descomposicion es mas rpida tambin. Este tipo de explosivo no solo es aplicable en tronadura, excavaciones, etc., sino que tambin en armamento militar.

4)En los agentes de tronadura, se abarcan todos aquellos explosivos que no son de uso militar. Son de uso exclusivo para tronadura en minera y excavaciones.KIESELGUHR (diminutos huesos de animales marinos)Productos Orica que existe en el mercadoProductos Orica que existe en el mercadoProductos Orica que existe en el mercadoProductos Orica que existe en el mercadoProductos Orica que existe en el mercadoProductos Orica que existe en el mercadoProductos Orica que existe en el mercadoProductos Orica que existe en el mercadoProductos Orica que existe en el mercadoSiempre se desea que el OB sea lo mas cercano a cero.

Siempre se desea que el OB sea lo mas cercano a cero.

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