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 taladro Formación de fractura (radial y de tensión)

Corte Calor y luz Movimiento de la masa rocosa Vibración del terreno Golpe de aire La 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.

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.

Si un explosivo está compuesto de H, C, O, y N y si existe suficiente oxígeno para reaccionar y formar CO 2, H 2 O, y N 2 quiere decir que está balanceado en oxígeno. El resultado del balance de oxígeno debe tender a cero, se expresa de la siguiente manera: donde: O 0,C 0 y H 0 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.

Ejemplo Se tiene una mezcla explosiva ANFO, cuya composición es NH 4 NO 3 y CH 2, calcular el balance de oxígeno: 3NH 4 NO 3 + CH 2 = 7H 2 O + CO 2 + 3N 2 + Q 3 Kcal/kg Peso molecular NH 4 NO 3 = Peso molecular CH 2 = (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: NH 4 NO 3 = 50,0Kg; CH 2 = 2,9Kg

3 NH 4 NO 3 1CH 2 3 x x TOTAL Cálculo de los átomos gramos (atm-gr) de cada elemento en los ingredientes de 1kg de mezcla explosiva IngredientesPeso Molecular %O0O0 H0H0 C0C0 N0N0 NH 4 NO CH Atm-gr/Kg ,

Hallando el balance de Oxígeno

EJERCICIO Se tiene una mezcla explosiva cuya composición porcentual en peso es como sigue: NH 4 NO 3 = 50% NaNO 3 = 35% C = 6% C 2 H 2 = 3%. AL = 6%

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.

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.

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 CO 2, H 2 O, N 2, y O 2

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.

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. Q 3 =Q P -Q R Donde: Q 3 = Calor de explosión Liberado (Kcal/kg). Q P = Calor de los productos componentes. Q R = Calor de reactantes finales.

Calores de Formación de Productos de Explosión a 298ºK ProductoFórmula Calor de formación Kcal/mol Kcal/kgPeso Molecular Dióxido de Carbono CO Nitrato de Amonio NH 4 NO Monóxido de Carbono CO Agua H2OH2O Petróleo diesel CH

Calores de Formación de Productos de Explosión a 298ºK (Cont) ProductoFórmula Calor de Formación Kcal/mol Kcal/kgPeso Molecular Nitrato de Sodio NaNO Carbonato de Calcio CaCO Nitrógeno N0014 Hidrógeno H-52.1 Oxido Nitroso NO Trioxido de Aluminio Al 2 O Nitro Glicerina C 3 H 5 (ONO 2 )

Ejercicio Calcular el calor de explosión de ALANFO que tiene la siguiente composición porcentual: Al=9.848%; AN=87.596%; FO=2.556% SOLUCION: Recordando: Q 3 =H P -H R 3NH 4 NO 3 + CH 2 + 2Al= 7H 2 O + CO 2 + 3N 2 + Al 2 O 3

Ejercicio (cont) IngredientesP.M.% O0O0 H0H0 C0C0 N0N0 AL NH 4 NO CH Al At-gr/Kg

Ejercicio (cont) Calculo de At-g/100g

Ejercicio (cont) Calculo de At-g/100g

Ejercicio(Cont) Calculo de moles formados

Ejercicio(Cont) Calculo de Calor de los Productos Q P ProductoMol/KgKcal/MolKcal/Kg H20H CO N2N AL 2 O TOTAL

Ejercicio(Cont) Calculo de Calor de los Reactantes Q R Ingredientes%Kcal/KgKcal/Kg me NH 4 NO CH Al TOTAL

Ejercicio(Cont) Calculo de Q 3

Termoquímica de explosivos La “ley de conservación de la energía” establece que en cualquier sistema aislado la cantidad de energía es constante, aunque la forma puede cambiar, así: Energía potencial + Energía cinética= cte.

Los parámetros termoquímicos mas importantes de un proceso de reacción son: presión, calor de explosión,balance de oxígeno, volumen de gases, T° de explosión y energía disponible.

Presión, es el efecto de la acción expansiva de los gases calientes de una explosión. Presión de detonación: Es la presión que existe en el plano “CJ” detrás del frente de detonación, en el recorrido de la onda de detonación.

Es función de la densidad y del cuadrado de velocidad y se expresa en kbar o en Mpa. En explosivos comerciales varía entre 500 y 1500 Mpa. Es un INDICADOR significativo de la capacidad de fragmentación que posee un explosivo

Su valor práctico expresado en Kbar es: PD=ῥe x VOD x W 10-5 PD=presión de detonación en Kbar VOD= velocidad de detonación en m/s ῥe= densidad de explosivo g/cm3 W= velocidad de partícula m/s 10-5= factor de conversión