Introduccion A Los Explosivos - Unt.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE INGENIERIA DE MINAS CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I

INTRODUCCION A LOS EXPLOSIVOS

Profesor Romel Villanueva Lujan

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EXPLOSIVO QUÍMICO

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COMBUSTION, DEFLAGRACIÓN Y DETONACIÓN

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DETONACIÓN Sucede cuando la materia explosiva inicia su descomposición debido al paso de una onda de choque, mas no por un mecanismo térmico.! La onda de choque que puede dar lugar a una detonación tiene una velocidad que va desde 1 500 hasta 9 000 m.s-1, Esta velocidad es mucho mayor que la velocidad de deflagración.! Sin embargo, se pude conseguir que un explosivo detone, mediante un proceso inicial de quemado del explosivo, que va aumentando su rapidez de reacción, pasando luego a un estado de deflagración y fnalemnte la detonación.

P: Presion r: Rapidez de quemado

Rapido pase de la Deflagración a la Detonación

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Pase lento de la Deflagración a la Detonación

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TRANSICION DEFLAGRACIÓN - DETONACIÓN

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MECANISMO DE DETONACION

Se identifican tres zonas en el proceso de detonación, cada etapa es estudiada. El comportamiento del explosivo en cada etapa determina sus propiedades y su aplicabilidad. Ejemplo: Explosivos que tengan muchos productos gaseosos son conocidos como “expansores”, otros explosivos pueden tener una alta velocidad de reacción y se conocen como “rompedores o tensionales”.

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Propagación de la detonación por onda de choque La onda de choque somete a las partículas a compresión, y esto da lugar a un calentamiento adiabático que eleva la temperaturas por encima de la temperatura de descomposición del material explosivo. Los cristales de explosivo experimentan una descomposición química exotérmica, la cual acelera la onda de choque. Si la velocidad de la onda de choque en el compuesto explosivo excede la velocidad del sonido, tendrá lugar una detonación. Aunque la iniciación de la detonación no se da instantáneamente, la demora es despreciable, en microsegundos.

La onda de choque viaja a través del compuesto explosivo, acelerando todo en tiempo e incrementando su amplitud, hasta que alcanza un estado estable (steady state). Las condiciones para el estado estable se dan cuando la energía liberada por las reacciones químicas es igual a: (1) la perdida de energía como calor hacia el medio circundante y (2) a la energía usada para comprimir y desplazar los cristales del explosivo. En la condición de estado estable la velocidad de una onda de detonación será supersónica. CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I

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DENSIDAD DEL EXPLOSIVO: Su influencia en el proceso de detonación

Para los explosivos heterogéneos de tipo comercial, la velocidad de detonación aumenta pero luego disminuye a medida que va aumentando la densidad de compactación del compuesto explosivo. La compactación de los explosivos heterogéneos hace que la transición de deflagración a detonación sea muy difícil.! ! Para los explosivos homogéneos de tipo militar, la velocidad de detonación ira aumentando según como la densidad de compactación del compuesto explosivo se incremente, como se muestra en la Figura 3.5. y en la Tabla 3.1.

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DENSIDAD Y VELOCIDAD DE DETONACION

Densidad g.cm-3

Explosivo

Velocidad de Detonación m.s-1

Explosivos primarios Estianato de plomo

2.9

5200

Azida de plomo

3.8

4500

Fulminante de mercurio

3.3

4480

HMX

1.89

9110

RDX

1.70

8440

PETN

1.60

7920

Acido picrico

1.60

7900

Nitroguanidita

1.55

7650

TATB

1.88

7760

Nitroglicerina

1.60

Nitrocelulosa (seca)

1.15

7300

Tetril

1.55

7080

HNS

1.70

7000

Explosivos secundarios

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7750

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DIÁMETRO DE LA COLUMNA EXPLOSIVA: Su influencia en el proceso de detonación Para una carga cilíndrica de un compuesto explosivo, la velocidad de detonación aumenta con su diámetro hasta un valor limite. El frente de la onda de detonación en una carga cilíndrica en condiciones de estado estable no es plana, pero es convexa como se muestra en la Figura 3.6, donde D es la velocidad de detonación axial y Dt es la velocidad de detonación cerca a la superficie de contorno de la carga.

De la Figura 3.6 se puede ver que la velocidad de detonación disminuye gradualmente desde el centro de la carga cilíndrica hasta su superficie de contorno. En cargas de gran diámetro, los efectos superficiales no afectan a la velocidad de detonación en el mismo grado que en cargas de pequeño diámetro. Existe un valor finito para el diámetro de la carga, tal que los efectos superficiales son tan grandes que el frente de onda ya no es estable - a este valor se le conoce como diámetro critico. CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I

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COMBUSTIBLE NO EXPLOSIVO - EXPLOSIVO DEFLAGRANTE - EXPLOSIVO DETONANTE Sustancia combustible no exposiva Se inician por flama, chispa, 1 altas temperaturas.

Sustancia explosiva deflagrante

Sustancia explosiva detonante

La mayoría de explosivos son Se inician por flama, chispas, fricción, capaces de detonar si son impacto, altas temperaturas. adecuadamente iniciados

2

No pueden ser iniciados en condiciones de humedad

No pueden ser iniciados en condiciones de humedad

Pueden ser detonados en condiciones de humedad

3

Necesitan fuente externa de oxigeno.

Oxigeno presente en la formulación.

Oxigeno presente en la formulación.

4

Se queman con flama pero sin sonido

Producen un prolongado ruido sordo acompañado por un silbido y fuego

Ruidoso, explosion aguda, a veces acompañada por fuego.

Se queman generando un poco 5 de gases

Generacion de gases que son usados como fuerzas de propulsion en propelentes.

Generacion de onda de choque y usada como una fuerza destructiva

6

Rapies de quemado menor que la deflagración

La rapidez de quemado es subsónica

La rapidez de quemado es supersonica

7

Propagación basada en reacciones térmicas.

Propagacion basada en reacciones térmicas.

Propagacion basada en onda de choque

La rapidez de quemado La rapidez de quemado aumenta con Velocidad de detonación no afectada 8 aumenta con la presion la presion ambiental. por aumento de la presión ambiental ambiental. CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I PROFESOR: ROMEL VILLANUEVA LUJÁN 9

No influye la resistencia del contenedor.

No depende del tamaño del 10 material

No influye la resistencia del contenedor.

Velocidad de detonación afectada por la resistencia del contenedor

Velocidad de detonación depende del No depende del tamaño del compuesto diámetro de la carga explosiva, diámetro critico.

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MEDICION DE LA DENSIDAD Y LA VELOCIDAD DE DETONACIÓN A) DENSIDAD

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A) VELOCIDAD DE DETONACIÓN “VOD”

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A) VELOCIDAD DE DETONACIÓN “VOD”

EXAMPLE 1:

AUGERED EXPLOSIVES DETONATING PROPERLY EXAMPLE 1: ONE DRY HOLE WITH ONE BOOSTER

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AUGERED EXPLOSIVES DETONATING PROPERLY ONE DRY HOLE WITH ONE BOOSTER

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A) VELOCIDAD DE DETONACIÓN “VOD”

EXAMPLE 1:

AUGERED EXPLOSIVES DETONATING PROPERLY EXAMPLE 1: ONE DRY HOLE WITH ONE BOOSTER

EXAMPLE 1: AUGERED EXPLOSIVES DETONATING PROPERLY AUGERED EXPLOSIVES DETONATING PROPERLY ONE DRY HOLE WITH ONE BOOSTER ONE DRY HOLE WITH ONE BOOSTER

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TERMOQUÍMICA DEL EXPLOSIVO

Calor de Explosión: Q0 = −ΔH P

Donde Hp es la entalpia de formación.

ΔH P (explosivo) = H P ( productos) − H p (componentes)

Como la reacción es exotérmica, puede entonces calcularse el calor liberado, mediante un balance térmico de los componentes y productos. Se precisa tener la ecuación química balanceada y las entalpías de separación y formación de las sustancias involucradas. Las entalpías de muchas sustancias se encuentran disponibles en tablas.

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TERMOQUÍMICA DEL EXPLOSIVO

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TERMOQUÍMICA DEL EXPLOSIVO

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TERMOQUÍMICA DEL EXPLOSIVO

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TERMOQUÍMICA DEL EXPLOSIVO

Volumen de gases de Explosión: Es el volumen ideal, en condiciones normales, que ocupan los gases como resultado de la explosion de 1 Kg. de explosivo.

Vom 1000 Vok = xPM

Donde: Vom: Volumen por moles de producto xPM: Cantidad de reactantes

En una ecuación balanceada se obtiene el numero de moles de productos.

xCa H bOc N d → mCO2 + nCO + pH 2O + qN + rH 2 Dado que un mol de cualquier gas ocupa en condiciones normales un volumen de 22.4 litros. El volumen total de productos será:

Vom = (m + n + p + q + r)(22.4) CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I

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TERMOQUÍMICA DEL EXPLOSIVO

EJEMPLO:! Un explosivo gelatinoso compuesto por: 92% de nitroglicerina 8% de colodión Es uno de los explosivos mas potentes que reacciona completamente, su formularon y ecuación empírica es:

56C3 H 5 (NO3 ) + nC24 H 32O12 (ONO2 )p → 192CO2 + 156H 2O + 88N 2 Donde el colodión tiene una formula aproximada, con n=1 y p=4. Calcular el volumen de gases de explosión

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TERMOQUÍMICA DEL EXPLOSIVO

PESO MOLECULAR: Nitroglicerina = 227 Colodión= 1008

!

Aplicando las ecuaciones:

Vom = (192 + 156 + 88)22.4 = 9766.4 _ lts Vok =

9766.4 1000 = 711.8 _ lt 56(227) + 1008n

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TERMOQUÍMICA DEL EXPLOSIVO

Temperatura de Explosión: La temperatura de explosión depende del calor producido en la misma. Es la temperatura que alcanzan los gases como consecuencia de la energía calórica desprendida. Se le suele confundir con la temperatura necesaria de iniciación.

!

Como se ha visto antes, para iniciar se requiere energia de choque y no necesariamente altas temperaturas.

!

Las temperaturas de explosicion se determinan (miden) en laboriosos experimentos y se puden estimar teoricamente mediante modelos numericos de la termodinamica de los explosivos.

!

La temperatura de explosivion de los explosivos gelatinosos esta entre 3000-3500 ºK y para los explosivos nitroamoniacales es del orden de 2500 ºK.

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CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES EXPLOSIVOS

EXPLOSIONES Explosiones Atómicas Explosiones Físicas Explosiones Químicas

Reacción Nuclear

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Energia mecánica acumulada

Reaccion Química Explosivos Químicos PROFESOR: ROMEL VILLANUEVA LUJÁN

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CLASIFICACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS

Explosivos Primarios Explosivo Químico

Explosivos Secundario s

Sustancia Explosiva

Explosivos Militares

Explosivos comerciales

Propelentes de pólvora

Propelentes Propelentes para cohetes

Productos químicos sin proposito en explosivos CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I

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EXPLOSIVOS COMERCIALES

Iniciadores (detonadores o fulminantes)

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EXPLOSIVOS COMERCIALES

Linea de iniciación

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EXPLOSIVOS COMERCIALES

Sistemas de Iniciación

Tubo de choque el retardo pirotécnico

P

y

r

o

t

e

c

h

n

i

c

d

e

l

a

y

d

e

t

o

n

a

t

o

r

Señal eléctrica activa el retardo pirotécnico P

y

r

o

t

e

c

h

n

i

c

d

e

l

a

y

d

e

t

o

n

a

t

o

r

0 0 1 0 11 0 0 11 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1111 0 0 1 0 1

Señal electrónica activa el retardo electrónico programable E

l

E

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e

l

c

e

t

c

r

t

o

r

n

o

i

n

c

i

d

c

e

d

l

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y

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y

e

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e

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t

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o

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n

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a

o

t

r

o

r

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EXPLOSIVOS COMERCIALES

Arrancadores (booster, prima, cebo)

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EXPLOSIVOS COMERCIALES

Explosivos Primarios

DINAMITAS

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EMULSIONES SENSITIVAS

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EXPLOSIVOS SECUNDARIOS Y MEZCLAS EXPLOSIVAS A GRANEL

ANFO

Mezclas Explosivas Basadas en Nitrato de Amonio

El nitrato de amonio en partículas o prills porosos, tiene la capacidad de absorver el combustible liquido. De esta manera el AN es el comburente u oxidante y el FO (fuel oil) es el combustible o reductor.

Mezclas Basadas en Emulsión Explosiva

3NH 4 NO3 + CH 2 → 7H 2 0 + CO2 + 3N 2 + calor

94.5% de Nitrato de Amonio 5.5% de Combustible Hidrocarburo

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La energia del ANFO en función al porcentaje de combustible

La densidad del ANFO puede variar en un amplio rango y depende fuertemente de la densidad del nitrato de amonio poroso, esta ultima es determinante para estimar la densidad de las mezclas basadas en AN. El rango de densidad del ANFO es (0.75-0.87) g/cm3

Como todo explosivo, la VOD del ANFO, depende de su densidad y su grado de confinamiento y las condiciones de detonación. Principalmente del diámetro del taladro. El rango de VOD para el ANFO es [4750 - 5100] m/s

NOTA SOBRE LA DENSIDAD DEL ANFO Partimos de la premisa que cada “cristal” de Nitrato de Amonio totalmente sólido, tiene una densidad aproximada de 1,7g/cm3 pero el gradoAnfo (poroso) adquiere una densidad de 0,75g/cm3 DENSIDAD Y VOD DEL ANFO VOD COMARSA

El Anfo es una mezcla de NA poroso y Petróleo Diesel N° 2 al 6 %, este último por ser mas denso hace que la densidad de la mezcla se vea incrementada aproximadamente a 0,85 g/cm3.

Sacalla 404 - 12 Octubre 2008 6.0 5.5

4124.9 m/s

Por razones didácticas, se presenta figuras que explican el proceso de densificación del Anfo Pesado:

5.0 4184.8 m/s

4.5

Distance (m)

4.0

En la Figura N° 1, los prills de “Anfo” (dibujado como círculos), vemos que no llena más del 70 % del recipiente donde está contenido, debido a los vacios generados por los poros del prill y los intersticios entre ellos.

4158.1 m/s

3.5 3.0

4037.2 m/s

2.5 2.0

De acuerdo al tamaño y grado de porosidad del prill del Anfo, existen ligeras variaciones de densidad, pero en promedio se considera como Densidad aparente aproximada de 0,85 g/cm3.

1.5 1.0

5019.2 m/s

0.5 0.0 -1.5

-1.0

-0.5 0.0 Time (ms)

0.5

1.0

FIGURA N° 1:

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En la Figura N° 2, apreciamos que a medida que se le va agregando la

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VOD del ANFO en relación a diámetro de detonación

Contorno de la gota

10% Emulsion Explosiva La emulsión explosiva es una mezcla de “agua y aceite”. Mejor dicho de una fase acuosa y de una fase aceitosa. La fase acuosa esta formada por sales de nitrato disueltas en agua (nitrato de amonio, de sodio, de calcio), es la fase oxidante o comburente del explosivo. Por otro lado, la fase aceitosa, también llamada fase combustible esta compuesta por aceites, ceras y grasas (Diesel, Aceites usados). La fase acuosa esta dispersa (como gotas de agua) en una fase continua de aceites. La forma y tamaño de la gota de agua, indican su estabilidad y por ende durabilidad de la emulsión. La emulsión pura es insensible a la detonación, pude llegar a quemarse o deflagrar. Para que alcance una velocidad de detonación debe ser adecuadamente sensitivizada, con espacios vacuos, mezclando con micro esferas de vidrio o un agente gasificaste que produzca burbujas. CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I

90%

Fase Continua (Aceites y Ceras) Fase Dispersa (Aguas Oxidantes: N.A. - Na NO3 - CN) Interfase Emulsificante

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En la Figura N° 1, los prills de no llena más del 70 % del re vacios generados por los poro

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE INGENIERIAFIGURA DE MINAS N° 1:

ANFO Pesado

En la Figura N° 2, apreciamos que a medida que se le va agregando la emulsión matriz al “Anfo”, se va llenando los vacios de los intersticios y los poros del prill del Anfo, sin llegar a distanciarse los prill del Anfo. Esta densidad es aproximadamente 1,3 g/cm3 y a decir por los expertos, es considerada como la de mayor incremento de su energía.

De acuerdo al tamaño y gra ligeras variaciones de densi Densidad aparente aproxima

FIGURA N° 1:

En la Figura N° 2, apreciamos que a medida que se le va ag emulsión matriz al “Anfo”, se va llenando los vacios de los int FIGURA N° 2 En la figura apreciamos que adel medida queAnfo, se va sin agregando a unlos pril los poros prill del llegar a emulsion distanciarse recipiente con ANFO, se van llenando los vacuos de los interesticios 3y los Esta densidad es se aproximadamente g/cm ylaa dec Finalmente, si continuamos aumentando porcentualmente la Emulsión poros del prill. Al principio los prills no separan. En estas 1,3 condiciones densidad de aproximadamente 1.3. es considerada como de mayor incremento de su Matriz, se aprecia que losesprills de expertos, Anfo se irán distanciando cadalavez

Si continuamos agregando emulsion, los prills de nitrato empezaran a La mezcla de ANFO con Emulsión Explosiva se conoce como ANFO mas tal como se aprecia en la Figura N° 3. En este caso, la Pesado. La mezcla adquiere nuevas propiedades físicas antes de la separarse, distanciadose cada vez mas uno del otro. Debido a que el grill concentración de prillesdeel Anfo que sensitibizador, actúan como al el separse elementoentre ellos, dejaran de los nitrato elemento detonación y químicas durante la detonación: espacios sin sensitividad sensibilizador, van diluyendo en la Emulsión matriz. En la medida - El ANFO aumenta su resistencia al agua, porque la emulsión protege a se los prills de nitrato. que se van llenando los poros del NA, la densidad tratará de acercarse - La Emulsión adquiere sensitividad porque los prills porosos tienen Finalmente, si continuamo a la densidad de la Emulsión matriz, en perjuicio de la sensibilidad y la espacios vacuos.

!

Matriz, se aprecia que los mas tal como se aprec concentración de los pri sensibilizador, se van dilu que se van llenando los po a la densidad de la Emulsi velocidad de detonación.

velocidad de detonación.

La mezcle de puede dar en cualquier proporción. Por ejemplo si la mezcla es 30% de emulsión y 70% de Anfo,FIGURA la denominación del ANFO pesado N° 3 será AP 30/70 o AP37. En cada proporción, la mezcla tienen variación de sus propiedades, dando lugar a importantes consideraciones operativas.

La nomenclatura o tipificación del “Anfo Pesado” se ha generalizado con la siguiente relación: % Emulsión / % Anfo Así por ejemplo, para una proporción de 30 % de Emulsión matriz y 70 % de Anfo, se expresa como: FIGURA N° 3

HA 30/70 ó HA 30:70 ó HA 37.

La nomenclatura o tipificación del “Anfo Pesado” se ha gener % Emulsión / % Anfo CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I

Así por ejemplo, para una proporción de 30 % de Emulsión m PROFESOR: ROMEL VILLANUEVA LUJÁN

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ANEXO N° 1: CUADRO RESUMEN DE LA DENSIDAD, VOD Y PRESIÓN DE DETONACIÓN DEL ANFO PESADO.

PRUEBAS DE ANFO PESADO A DISTINTAS PROPORCIONES PROPORCION DE MEZCLA

ANFO (NA OLAN)

ANFO (NA BEREZNIKI BLCO)

ANFO (NA BEREZNIKI MELON)

SAN

ANFO

VOD (m/s)

DENSIDAD (g/cm3)

PRESION (kbar)

VOD (m/s)

DENSIDAD (g/cm3)

PRESION (kbar)

VOD (m/s)

DENSIDAD (g/cm3)

PRESION (kbar)

0

100

3630

0.76

25

3294

0.77

21

3300

0.73

20

10

90

3660

0.83

28

3546

0.88

28

3234

0.82

21

20

80

3690

0.93

32

3767

0.97

34

3562

0.94

30

30

70

3691

1.04

35

3728

1.16

40

3749

1.08

38

40

60

3706

1.22

42

3341

1.33

37

3306

1.30

36

45

55

3363

1.34

38

3225

1.31

34

3266

1.31

35

50

50

3120

1.35

33

3344

1.31

37

3183

1.32

33

60

40

3120

1.36

33

2995

1.33

30

3056

1.33

31

70

30

2623

1.37

24

2633

1.35

23

2690

1.35

24

80

20

1781

1.37

11

1717

1.37

10

No Detona

1.36

No Detona

90

10

No Detona

1.37

No Detona

1500

1.37

8

No Detona

1.38

No Detona

100

0

No Detona

1.39

No Detona

No Detona

1.39

No Detona

No Detona

1.39

No Detona

Emulsión Matriz: Producción del 15.03.08 (N.A. Berezniki/SQM/crolatil) Anfo al 6 %: Nitrato de Amonio Berezniki (blanco y melón) y Nitrato de Amonio Olan (blanco)

Se probaron distintas proporciones de AP y con distintos tipos o marcas de Nitrato de Amonio. SAN, es la emulsion es explosiva (Solución Acuosa de Nitrato)

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PRUEBAS DE ANFO PESADO A DISTINTAS PROPORCIONES

ANEXO N° 2:

GRAFICA DEL COMPORTAMIENTO DE LA DENSIDAD DEL ANFO PESADO

DENSIDAD Vs % EMULSION MATRIZ 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1

DENSIDAD. (g/ml)

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

90

100

EMULSION MATRIZ (%) ANEXO N° 3BLCO) ANFO (NA BEREZNIKI

ANFO (NA OLAN)

ANFO (NA BEREZNIKI MELON)

GRAFICA DEL COMPORTAMIENTO DE LA VELOCIDAD DE DETONACIÓN DEL ANFO PESADO

VOD Vs % ANFO 4000

3500

3000

V.O.D. (m/s)

2500

2000

1500

1000

500

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

ANFO (%)

ANFO (NA OLAN)

ANFO (NA BEREZNIKI BLCO)

ANFO (NA BEREZNIKI MELON)

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BALANCE DE OXIGENO DE COMPUESTOS Y MEZCLAS EXPLOSIVAS Como ya se ha visto antes. Para calcular el balance porcentual de oxigeno en un compuesto químico del tipo:

Se puede aplicar la siguiente formula:

Por ejemplo para el combustible Diesel (petróleo) :

C12 H 26

C12 H 26 N 0O0

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BALANCE DE OXIGENO DE MEZCLAS EXPLOSIVAS Por lo tanto el B.OME de una mezcla de “n” componentes, se puede determinar mediante el promedio ponderado de los balances de oxigeno individuales “B.OSUS“, de cada componente de la mezcla. Los pesos de ponderación son los porcentajes de proporción X de cada componente. Así:

n

( )

B.OME = ∑ ( B.Osus )i Xi 1

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En una formulación estándar de emulsión explosiva, se emplean las sustancias de la tabla con sus respectivas proporciones. El balance total de la mezcla es del orden de -9.7. De igual manera, en el Anfo pesado se debe considerar el porcentaje de cada componente: nitrato, petróleo y emulsión y sus respectivos balances de oxigeno. Como ejercicio, compruebe los valores de la tabla siguiente.

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BALANCE DE OXIGENO DEL ANFO PESADO

B.O. DEL ANFO PESADO

A medida que aumentamos la proporción en peso, de emulsión en la mezcla, el balance global se hace mas negativo. El efecto de tener una deficiencia de oxigeno es una combustión incompleta, como se vera mas adelante. Por esta razón, cuando sea necesario emplear las mezclas tipo AP55 en adelante, se debe disminuir el porcentaje de combustible o incrementar la sensitividad de la mezcla explosiva mediante otros métodos.

-0.03 0

-1.31 -1.5

!

-1.96

Por otro lado, un balance negativo cercano a cero, por ejemplo la mezcla AP37 tienen un B.O global de -2.1, no es del todo perjudicial y en ocasiones puede ser favorable.

B.O. (%)

-2.60

!

-3.24

-3

-3.88 -4.52 -4.5

-5.17

!

Una solución operativa corriente, en las minas, cuando se tiene probabilidad de gases nitrosos, es aumentar el porcentaje de combustible para “reducir” los oxígenos responsables de oxidar el nitrógeno.

-6

ANFO

Como se verá mas adelante, un exceso de oxigeno conduce a la formación de óxidos nitrosos. Como el oxígeno es fácil de obtener, es preferible que la mezcla tenga un balance ligeramente negativo, de esta manera damos un margen de seguridad, para no tener un exceso de oxigeno y la posibilidad de formar gases nitrosos.

AP 28

AP 37

AP 46

AP 55

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AP 64

AP 73

AP 82

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GASES DE DETONACIÓN Los humos negros, indican la presencia de carbono “C”, normalmente es resultado de la combustión incompleta del Diesel, por falta de Oxigeno. El CO2, que en condiciones normales es estable e incoloro, podría descomponerse en un medio altamente energético. Los tonos rojizos y pardos, indican la presencia de di-oxido de nitrógeno. El NO2 se produce instantes después de la detonación cuando el gas producto NO entra en contacto con el oxigeno de la atmosfera.

Los tonos grises a blanco provienen del vapor de agua H2O concentrado.

DETONACIÓN BALANCEADA

Elementos que intervienen: Carbono (C) Hidrogeno (H) Oxígeno (O) Nitrógeno (N) Combustibles: Carbono, Nitrógeno, Oxidante: Oxigeno Gases producidos: Nitrógeno (Incoloro) CO2 (Incoloro) H2O (Blanco)

Recordemos que la ecuación esta balanceada cuando hay oxigeno suficiente y necesario para la reacción completa del combustible CURSO: VOLADURA E INGENIERA DE EXPLOSIVOS - I

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ECUACIÓN NO BALANCEADA Cuando la mezcla explosiva es rica en combustible como el diesel (fuel), este por ser un reductor conduce a una disminución del oxigeno (Henley, K, 2010) presente durante la detonación.

Productos de la detonación con poco oxígeno:! - Monóxido de carbono (CO) Incoloro! - Agua (H2O) Blanco! - Nitrógeno (N2) Incoloro

Entonces,! ¿ Cuando se producen los gases de color pardo-anaranjado ?

Cuando el óxido nítrico se oxida aun mas, al entrar en contacto con el oxigeno ambiental, rápidamente forma óxidos nitrosos que tienen tonos de color rojo-pardo.

Cuando el explosivo es rico en oxigeno, parte del oxido extra reacciona con el nitrógeno formando oxido de nitrogeno NO, el cual luego de la detonación, con el oxigeno ambiental forma NO2.

Productos de la detonación con oxígeno en exceso:! - Bióxido de carbono (CO2) Incoloro! - Oxido de nitrógeno (NO) Incoloro! - Agua (H2O) Blanco/Gris! - Nitrógeno (N2) Incoloro

Las mezclas de Anfo pesado, tienen mayor probabilidad de producir gases NOx que la emulsion pura. ! Debido a las diferentes velocidad de reacción entre la emulsión y losprillsde nitrato de amonio, menor confinamiento y menor temperatura de reacción.

Se puede ver que en estas condiciones se produce la menor cantidad de gas nitrógeno. Sin embargo, si hay diesel en abundancia puede quedar mucho sin reaccionar completamente.

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INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE DIESEL Mezclas explosivas con poco fuel incrementan la producción de NOX, por otro lado un exceso de fuel reduce la producción de NOx, pero podria generar humos negros.

CONDICIONES DEL TERRENO:

!

✓Si los gases se reportan en ciertas zonas de la mina, quizá es porque hay alguna interacción entre el explosivo y los materiales de roca o litología de un sitio en particular. ✓Los estratos de arcilla en contacto con el agua puede producir un hinchamiento paulatino de las caras internas del taladro, lo cual puede producir un aumento de presión estática, que afecta la densidad puntual del explosivo. ✓Los terrenos deslenables o poco consolidados reducen el confinamiento necesario para la detonación, que puede ser incompleta.

Recordemos que si hay poco diesel para “quemar” entonces el oxigeno pasara al oxidar el nitrógeno, dando NOx. Si hay mucho diesel, el oxigeno no alcanzara para “quemar bien” todo el hidrocarburo, dando C.

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PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS COMO PARAMETROS DE VOLADURA

Explosivos Ideales: Tienen las mismas características de detonación (presion, velocidad), independientemente del diámetro, de la forma del explosivo y de las condiciones del entorno. Por ejemplo los explosivos primarios TNT, PENT, NG.

HOJA DE DATOS TÉCNICOS DE LOS EXPLOSIVOS

!

Explosivos No Ideales: Sus características dependen del diámetro, temperatura, confinamiento y otras condiciones del entorno. Por ejemplo el Anfo, las mezclas de Anfo/Emulsion, los slurries, etc. Propiedades para la selección de explosivos: Las propiedades que determinan el desempeño o calidad de la detonación de un explosivo bajo determinadas circunstancias, se denominaran parámetros para selección de los explosivos serían muy importantes en el diseño de voladura, como veremos mas adelante.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Los fabricantes, para que puedan comercializar sus explosivos, deben sustentar una hoja técnica de las propiedades de los explosivos. Así:

Densidad! VOD! Balance de Oxigeno! Volumen de Gases! Calor de Explosion! Diámetro Critico! Resistencia al Agua

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TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE LOS EXPLOSIVOS Las materias explosivas con catalogados como sustancias o materiales peligros. Para el caso de los explosivos existen reglamentos específicos para su transporte y almacenamiento adecuado en orden con la ley peruana. Ademas existen permisos para su manipulación.

ESCUELA

TALLER

CAMINO PUBLICO

D1

D2

LINEA FERREA

D3

PLANTA DE PREPARACION ANFO

D5

D6

Parapeto entre Polvorines

D4

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PREPARACION DE MEZCLA EXPLOSIVA IN SITU EMULSION

BRAZO DE DESCARGA

N . AMONIO

FO

COMANDOS MANUALES

TORNILLO SIN FIN B. MONO

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La acción de mezclado de los componentes de una “mezcla explosiva” se puede realizar en campo, en el lugar de uso.! Los componentes individuales no tienen propiedades explosivas. Por lo tanto, se dice que la mezcla es sensitiva después que ha sido adecuadamente mezclada en campo, justo antes de ser vertida al taladro de voladura. Un sistema mecanizado, compuesto por tolvas, tanques, bombas y ductos, se montado sobre el chasis de un camión. A esto se le llama camión mezclador de explosivos o “camión fabrica”. La dosificación correcta de los componentes está controlada por sistemas hidráulicos, bombas, servos y actuadores sobre mecanismos: apertura de compuertas, augers, inyectores, mezcladores estáticos y otras partes mecánicas.! Un sistema de control basado en sensores de presión, temperatura, de nivel, envían información a un computador el cual reporta indicadores, en tiempo real, en la cabina de mando.

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PRUEBAS DE CALIDAD A LAS QUE SON SOMETIDOS LOS EXPLOSIVOS

Resistencia al Fuego y Altas temperaturas

Resistencia a las bajas temperaturas

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Resistencia al Agua Estatica y Dinamica

Resistencia al Impacto

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