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TEMA3. Iniciacindelosexplosivos3.1 Introduccin3.2 Descomposicin3.3 Calentamientolocalporchoque3.4 Propagacindeladetonacin

3.4.1 Zonadereaccinenexplosivosheterogneos3.4.2 Dimetrocrtico3.4.3 Densidaddelacarga3.4.4 Velocidaddedetonacin3.4.5 Influenciadelconfinamiento

3.5 Iniciacinporondasdechoque 3.5.1 Influenciadeldimetrodelacargainiciadora3.6 Iniciacinporestmulosdebajavelocidad 3.6.1 Iniciacinporfriccin 3.6.2 iniciacinporimpacto3.7 Transicindedeflagracinadetonacin3.1Introduccin

Losexplosivosydemsmaterialesenergticosdeintersprcticosonestablesencondicionesnormales.Estacaracterstica,dehecho,permitesuutilizacinsegurayfiable.

Para que se produzca la reaccin explosiva, sta debe ser iniciadamediante un aporte deenergaexterno,deformaqueenunapartedelasustanciasealcancelaenergadeactivacindelasmolculasysedesencadenelareaccin,queposteriormenteprogresarenelrestodelmaterial.

Talaportepuedeprocederdeunaumentodetemperatura,unallama,unestmulomecnicodel tipo impacto o friccin, una descarga electrosttica, un choque, etc. Las combustiones ydeflagraciones se inician normalmentemediante un calentamiento o una llama,mientras que lasdetonacionesseinicianconcasitotalgeneralidadmedianteondadechoque.Elimpactoylafriccinnoseempleanprcticamentecomofuentesdeiniciacin,aunqueenocasionesprovocaniniciacionesnodeseadas.

Cuantomenores laenerganecesariaparaproducir la iniciacin,sedicequeelexplosivoesmssensible.Laformadeiniciacininfluyeenelmododereaccin.As,unamismasustanciapuedereaccionarenformadedeflagracinsise la iniciamedianteuna llamaoun impacto,porejemplo,ypuede hacerlo en forma de detonacin si es iniciada por un choque intenso (siempre que su

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naturalezapermitaelmantenimientodeestergimen).Los explosivos, cuyo rgimen de funcionamiento es la detonacin, se inician en general

medianteunchoque,yunavezestablecidaladetonacin,eselpropiochoqueelquevainiciandolassucesivascapasdeexplosivoensuavance.

Enexplosivoshomogneoslainiciacinporelchoqueresultadelaelevacinuniformede la temperatura en la masa del explosivo producida por el propio choque, queconducealadenominadaexplosintrmica.

Enexplosivosheterogneos,yenparticularenlosexplosivosutilizadosindustrialmente,en losqueexistenhuecosydiscontinuidades,noseproduce laexplosin trmicaenmasa,sinoquelagranelevacindetemperaturaysubsiguienteexplosinseconcentraenpuntosdiscretosdelexplosivo.

3.2DescomposicinyexplosintrmicaLa velocidad de las reacciones qumicas aumenta rpidamente con la temperatura. En un

explosivo,todaslassustanciasreaccionantesseencuentranpresentesensupropiacomposicin,porlo que la reaccin podra tener lugar en todo momento. En realidad, a bajas temperaturas (atemperatura ambiente), la reaccines tan lentaque losexplosivos sonen general absolutamenteestablesysudescomposicinseproduciraenmilesdeaos,comosemuestraenlaFigura3.1.

Figura3.1

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Sinembargoatemperaturaselevadaslareaccinpuedeserrapidsima,pudiendoconsumirselamateriaexplosivaenfraccionesdesegundo.

La descomposicin qumica de un explosivo se puede producir de forma homognea,uniformementeentodasumasa,odeformalocalizadaenlazonaencontactoconunmediocaliente(porejemplo,una llamao lospropiosgasesdecombustin),queprovoca ladescomposicindeesazona,mientraselrestodelmaterialpermaneceinalteradoyestable.

La descomposicin homognea lenta tiene lugar en el almacenamiento de losexplosivos pero puede dar lugar a un calentamiento catastrfico si el explosivo semantieneatemperaturaelevadaduranteuntiempomsomenoslargo.

Ladescomposicinlocalosuperficialtienelugarencasosdecombustin,porejemplo,deunpropulsante,oenlainiciacinporchoqueyenladetonacindelosexplosivos.

LaleydeArrheniusparalavelocidaddereaccin,conladependenciaexponencialdestaconlatemperatura,da laclaveparaelcomportamiento"metaestable"de losexplosivosantesdescrito.Llamandoralavelocidad:

Dondees la fraccinmsicadeexplosivo sin reaccionar, valorqueevolucionade la0alconsumirseelexplosivo.EltrminoZeE/RTeslaconstantedevelocidad;ZeselfactordefrecuenciaopreexponencialyE*eslaenergadeactivacin;nsedenominaordendelareaccin.3.3Calentamientolocalporchoque:puntoscalientes

EnlaFigura3.1hemosvistoladependenciadeltiempodedescomposicin(vidamedia)conlatemperaturay lacurvadauna ideaclaradecmo lavidamediadisminuyefortsimamentecon latemperatura, loqueequivale adecirque la velocidaddedescomposicin aumentaen lamismamedida.

La nitroglicerina, por ejemplo, es sumamente estable (en estado puro) a temperaturaambiente,conunavidamediademillonesdeaos;sinembargo,a700C,lavidamediaesapenasunnanosegundo.Unaondadechoqueenlanitroglicerina,avanzandoa7500m/sproduceunapresinen la nitroglicerina, antes de que sta reaccione, de unos 35GPa, impartiendo una velocidad departculas,u,deunos3000m/s; laenerga internadelmaterial,antesde reaccionar,es iguala la

RTE

nZedtdr

*

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energa cintica, u2/2, es decir, 4500 kJ/kg. El calor especfico de la nitroglicerina esaproximadamente1,5kJ/(kgK),luegolatemperaturadelanitroglicerinaantesdereaccionarserdeunos3000C.Lavelocidaddereaccinenestascondicionesser,sinduda,suficientementeelevadacornoparaqueseproduzcalareaccincompletaentodoelfrentededetonacinalmismotiempo.Lazonadereaccinsermuyestrecha.

Enlamayoradeexplosivoscomerciales,lavelocidaddedetonacinesinferior,ylaenergadecompresin del choque tambin lo ser, enmuchamayormedida (ya que la energa cintica delmaterialesproporcionalalcuadradodelavelocidad).Porejemplo,elchoquedeladetonacindeunaemulsin(supongamosqueconunavelocidaddedetonacinde4000m/s)produceunapresinenlapropiaemulsin,antesdereaccionar,deunos6,5GPa,yunavelocidaddepartculasdeunos1300m/s.Laenerga internaesportantode845kJ/kg.Elcalorespecficode laemulsinesdeunos2,5kJ/(kgK), con loque su temperatura sera sloalgo superiora300C si laenerga sedistribuyerahomogneamenteenelfrente.Aspues,elmecanismodechoqueycalentamientohomogneodelfrentenodalugaraunatemperaturasuficientecomoparaquelareaccincomienceentodol.Porel contrario, el calentamiento se produce localmente en unos puntos o centros de reaccin,denominadospuntoscalientes.

Cualquierheterogeneidadfsica,aunenexplosivosqumicamentehomogneos,actacomocentrodeiniciacin,opuntocaliente.Estasheterogeneidadespuedenser:

Cavidades, como poros, burbujas de aire o gas, etc. Es muy frecuente introducir estasheterogeneidadesenelexplosivodurante su fabricacin,medianteaditivosproductoresdegas("gasificacinqumica")omediantepequeasesferas("microesferas")devidriooplsticoconaireensuinterior.Estascavidadessecolapsanalpasodelaondadechoque,yelgasquecontienen puede alcanzar, por calentamiento adiabtico durante la compresin, unatemperatura suficiente para que el explosivo en contacto con ellas se descompongarpidamente,enformadeexplosintrmica.

Interaccin de choques. Cuando el choque incide sobre heterogeneidades, tales comopartculastantodeimpurezasinertescomoreactivas,bordesdegranosycristalesdeexplosivo,seproducenchoquesreflejadosytransmitidos,cuyacombinacindalugarenalgunospuntosapresionesmuyelevadas,yporconsiguientetemperaturas,queprovocanlareaccinlocal.Numerosas composiciones de explosivos comerciales contienen partculas de aluminiofinamente dividido que, adems de generar puntos calientes, incrementan la energa delexplosivo.

Calentamientoviscoso.Laelevadavelocidadmsica(milesdemetrosporsegundo)asociadaalchoquedalugaradisipacindeenergadebidaalaviscosidaddelmaterial,creandozonas

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calientes en las que se produce la explosin. En explosivos cristalinos, la friccin entrecristales,oladeformacinplsticadelosgranosalpasodelaondadechoquepuedetambindarlugaracalentamientoslocales.

Laenergageneradapor laexplosinde lospuntoscalientessedispersaenelmaterialsinreaccionar pormedio de ondas de choque, iniciando al explosivo en su entorno. La divergenciaesfricadeestos choqueshaceque seatenen rpidamente,por loque,paraqueelproceso semantenga,esnecesarialaexistenciadenuevospuntoscalientesenlasproximidades.Esosnuevospuntoscalientespuedencrearse,asuvez,porlainteraccindechoquesprocedentesdelaexplosindepuntoscalientesactivadosanteriormente.

3.4Propagacindeladetonacin3.4.1Zonadereaccinenexplosivosheterogneos

Deacuerdoconelmecanismodeformacindepuntoscalientesdescrito,lazonadereaccinde un explosivo heterogneo es una secuencia de "microexplosiones", seguida por una rpidacombustindelmaterialhastaelfinaldelareaccin.Lazonadereaccinestara,as,formadapordosregiones,comoserepresentaenlaFigura3.2.

En una primera zona, los puntos calientes activados por la onda de choque producen

explosionestrmicas.Por detrs de esta zona de calentamiento y explosin de puntos calientes, se produce la

reaccin delmaterial activado por la energa de las explosiones en aqullos; elmaterial debe ser

Figura3.2

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capazdereaccionarasuficientevelocidadparaquelareaccinsehayaproducidoantesquelasondasde relajacin procedentes de los bordes de la carga hagan disminuir la presin , lo que podraprovocarqueelmaterialnoreaccionaraasuficientevelocidad,"apagndose" ladetonacin.Cuantomayor seaelnmerodepuntos calientesactivados,ni, ladistanciaentreellos sermenor, y senecesitarun tiempomenorpara la reaccindelmaterialentreellos, favorecindose la reaccincompletaylaliberacindetodalaenergadelexplosivo.3.4.2Dimetrocrtico

Lapropagacindeladetonacinseproducirdeformasostenidayestablesilacompetenciaentrelaliberacindeenergaenlareaccinylallegadadelasondasderelajacindesdelosbordesdelacargaesfavorablealaprimera.Enlamayoradelasaplicacionesdelosexplosivos,lacargaesdeformacilndrica(cartuchosocolumnadeexplosivoagranelenunbarreno).Cuandoladetonacintienelugaralolargodeunacargacilndrica,elfrentededetonacinnoesenrealidadplano,sinoquepresentaunaciertadivergenciahacia los lateralesde lacarga.Estoestmotivadopor laexpansinradialqueseproduceen lasuperficie lateral,quetiendeahacerdisminuirtanto lapresincomo latemperatura;adems, lasondasde relajacinprocedentesde los laterales interactancon todoelfrente, siendo la influenciamenospronunciadahaciael centrode la carga.Como consecuencia, lavelocidaddedetonacinlocalenlosbordesdelacargaesinferioralavelocidadeneleje.Elresultadoesqueelfrenteesconvexo.

Cuantomenor es el dimetro de la carga, los efectos de los bordes se hacen sentirms

Figura3.3

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acusadamente sobre todoel frentededetonacin,yaque lasondasde relajacinalcanzanaunamayorpartedel frenteenel tiempoenque la reaccinqumica se completa,ystepresentaunacurvaturamayor. Existe un valor del dimetro de la carga por debajo del cual la detonacin esincapaz de progresar, pues la presin en el frente se ve inmediatamente disminuida por lasrarefaccioneslaterales,conloquelavelocidaddelasreaccionesdisminuyeynoseliberasuficienteenerga lo suficientemente rpido comopara sostener ladetonacin.Estedimetromnimoparaque se pueda mantener la detonacin se denomina dimetro crtico. En cartuchos de dimetroprximoal crticoel radiode curvaturaResaproximadamente igualaldimetrode la carga.Paradimetrosde lacargagrandes,el radiodecurvaturadel frenteesunas3,5veceseldimetrode lacarga.3.4.3Densidaddelacarga

Unparmetrofundamentalqueinfluyeenelvalordeldimetrocrticodeunexplosivoesladensidad.Existendostiposdecomportamientosopuestos,segnlanaturalezadelexplosivo:enunos,eldimetrocrticodisminuyeconladensidad,yenotrosaumentaconsta.Ladensidadesindicativa,porunaparte,delaenergadisponibleenelexplosivoporunidaddevolumen,yporotra,delnmerodeheterogeneidadesqueexisten(esdecir,potencialespuntoscalientes).Amayordensidad,mayorcontenidoenergtico,ypor tanto,mayorenergadisponibleparamantener laondadechoque;acambio, a mayor densidad, la porosidad debe ser menor, y menor el nmero de cavidades,discontinuidades, poros y, en definitiva, heterogeneidades que puedan actuar como puntoscalientes.

Figura3.4

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1. Losexplosivoscuyodimetrocrticodisminuyealaumentar ladensidadsonexplosivosdeenergaelevada(llamadosenocasiones"altosexplosivos",comotrilita,hexgeno,pentrita,etc).Lapresindedetonacindeestosexplosivosesmuyelevada,demodoqueelnmerodepuntos calientes activoses siempre suficienteparadesencadenar las reacciones, aunque ladensidadseaaltayexistanpocospuntoscalientes;losqueexistan,seactivarnporlaelevadapresin.Alaumentarladensidad,loharenigualmedidalaenerga,conloqueelsoportedeladetonacin sever reforzado,ysta sepodrpropagarendimetrosmenores.Entre losexplosivosindustriales,lasgelatinasogomaspertenecenaestetipo.

2. Elsegundogrupocorrespondeaexplosivoscuyapresindedetonacinesmuchomenorqueen los anteriores. Es necesaria la existencia de un nmero suficiente de puntos calientes,relativamentegrandes,paraqueexistaunaactivacindelareaccin.Dichaactivacinnoestasegurada,como sucedaen losaltosexplosivos,por lo insuficientede lapresin,demodoqueseconvierteencondicinindispensable,porencimadelacantidaddeenergaquepuedaliberarseenlapropiareaccin.Enconsecuencia,elmecanismoglobalde ladetonacinsevecomparativamente ms favorecido cuanto menor sea la densidad (y mayor el nmero depotencialespuntos calientes), por lo que se podr propagar enmenores dimetros cuantomenorsealadensidad.Lamayorpartedeexplosivosutilizados industrialmentetienenestecomportamiento.En la Figura3.4 se representan losdimetros crticosde la trlita (primer grupo) yun anfo

(segundo grupo). En ambas grficas sepuede apreciar, ademsde la influenciade ladensidad, elefectodeltamaodegranosobreeldimetrocritico.

Cuandoeltamaodegranodelexplosivoesgrueso,lospuntoscalientessondemayortamao,pero tambin es mayor el tiempo necesario para que se completen las reacciones. Lo contrariosucede,naturalmente,cuandoelgranoes fino.Engeneral, laexistencia 'demspuntoscalientes,aunque de menor tamao, favorece la iniciacin y, adems, las reacciones se completan msrpidamente.Porello,eldimetrocrticocasisiempredisminuyecuandolohaceeltamaodegrano.

3.4.4VelocidaddedetonacinLa velocidad de detonacin, para un explosivo dado, depende de su densidad.De forma

anlogaaloquesucedeconeldimetrocrtico,existendostiposdecomportamientodelavelocidaddedetonacinfrentealadensidad,identificablesperfectamenteconlasdoscategorasdeexplosivosdescritas.

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En los explosivos de elevada energa y presin de detonacin, la velocidad crecemontonamente con ladensidad,debidoaqueexisteunamayorenergaporunidaddevolumenpara sustentar el choque, siendo menos importante el hecho de que al aumentar la densidad elnmerodepuntoscalientesdisminuya.Esteeselcasode laFigura3.5 (a),donde se representa lavelocidad de detonacin de una hexolita (mezcla hexgeno/trilita) en funcin de la relacindensidad/densidadmxima.

1. Enelsegundogrupodeexplosivos,laetapacrticaeslacreacindepuntoscalientesactivos;a densidades bajas, existen suficientes heterogeneidades para funcionar como puntoscalientes,yelaumentodeenergadisponiblealaumentar ladensidadhaceque lavelocidaddedetonacinaumente,comosucedaconelprimergrupo.Apartirdeunaciertadensidad,elnmerodepuntoscalientesdejadesersuficienteparainiciarbienlareaccin,conloquestasedesarrollaamenorvelocidadyseveafectadaporlasrarefacciones.Enconsecuencia,lavelocidaddedetonacindisminuye,llegndoseaunvalordedensidadenqueladetonacindejadepropagarse,por faltadesuficientespuntoscalientes.Estadensidadsedenominade"muerte"delexplosivo,yaquestequedainsensibilizado.EnlaFigura3.5(b)serepresentalavariacindevelocidaddedetonacindelpercloratoamnicoconladensidad,representativadeestetipodecomportamiento.En las dos grficas de la Figura 3.5 se representan curvas de velocidad de detonacin vs.

densidadparavariosdimetrosde carga.En todos loscasos, lavelocidaddedetonacinaumenta

Figura3.5

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coneldimetro.Estaesotraconsecuenciaimportantedelainteraccinentrelazonadereaccinylasondas de relajacin. A mayor dimetro, estas ltimas tardan ms tiempo en llegar a la zona dereaccin,ylohacenmsatenuadas,conloquesedisponedeuntiempomayorparaquesecompletelareaccinantesdesullegada.Lavelocidaddedetonacinaumentaconstantementeconeldimetro,aproximndoseaunvalorlmite,paradimetroinfinito,conocidocomovelocidaddedetonacinideal,similaralvalorCJ.EnlaFigura3.6serepresentanvelocidadesdedetonacindevariosexplosivosenfuncindeldimetro.

3.4.5InfluenciadelconfinamientoLa existencia de un material resistente que contenga al explosivo hace que las ondas de

relajacinseandemenorintensidadquecuandoladetonacinseproducesinconfinamiento.Debidoaesto,elconfinamientoproducelossiguientesefectos:

Eldimetrocrticodisminuye. Lavelocidaddedetonacinaumenta.

EnlaFigura3.6sepuedenobservarlosvaloresdevelocidaddedetonacinparaelAnfoyunaemulsinsinconfinaryconfinadosentubodeacero.

3.5Iniciacinporondasdechoque

Figura3.6

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Sehadescritoladetonacincomounaondadechoquemantenidaporunareaccinqumica,enlaquelacompresinenelfrentedechoqueinicialareaccin,yaseadeformahomogneaoenpuntosdiscretos,llamadospuntoscalientes.

Al contrario que un choque no reactivo, cuya velocidad depende por completo de lascondiciones iniciales, la detonacin tiene una fuerte tendencia a aproximarse a una velocidaddeterminada, cuyo valor es "casi" independiente de las condiciones iniciales y de contorno. Laestabilidaddelasdetonacionesenunaciertavelocidadesnotable.Lasondasdechoquequeincidenen lasuperficiedeunacarga,yaseandemayoromenorpresinque ladedetonacinestacionariadel explosivo, iniciarn, si es el caso, ondas que crecern o decaern hasta convertirse endetonacionesestacionarias.

El choque al que se somete inicialmente al explosivo puede ser, en principio, demayorintensidad (presin), de igual intensidad o de intensidadmenor que la de detonacin CJ en elexplosivo.

En el primer caso, la detonacin se denomina sobreimpulsada, y su intensidad siempredecrecehastaquesealcanzanlascondicionesCJ.Enelltimocaso,ladetonacinessubimpulsada,ypodrllegaradesarrollarseendetonacinCJono,dependiendodesuintensidadinicialylasprdidasdeenergalateralesporondasderarefaccinenlosbordesdelacarga.Elcasodeigualintensidadeseldeiniciacindelexplosivoporelchoquedesupropiadetonacin,quepropagalamismaatodololargodelacarga.3.5.1Influenciadeldimetrodelacargainiciadora

Sabemosqueexisteunaciertapresinumbralquedebesuperarlaondadechoqueiniciadoraparaestablecerunadetonacinestableenlacargareceptora.

Figura3.7

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Cuandolacargainiciadoraesdepequeodimetro,ladetonacinseestableceenlazonadeexplosivo receptor en contacto con ella. Las prdidas laterales de energa en la detonacin asestablecida, siesenunpequeodimetro,puedenprovocarqueaqulla lleguea fallar,aunqueelfrentededetonacinseexpanda.Hayquetenerpresentequeladetonacin,establecidaaxialmenteenlacarga,nopuedecambiarfcilmentededireccin(almenosenunadistanciapequea),yaquesuvelocidad y presin en sentido radial son pequeos, insuficientes para iniciar al explosivolateralmente.

Elexplosivo lateralsindetonary losbordesde lacarga reflejarn loschoquesaquesevensometidosen formadeondasde traccin (rarefacciones,presiones "negativas")quehacen caer lapresin y la temperatura en el frente de detonacin cuando lo alcanzan, provocando unamenorvelocidad en la reaccin qumica y pudiendo llegar, finalmente, a "apagarla". En la Figura 3.7 semuestralaposicindelfrentededetonacinenunacargadehidrogelde10cmdedimetro,iniciadaconmultiplicadoresdevariosdimetros.Ladetonacinprogresaparadimetrosdelmultiplicadorde5cmysuperiores,mientrasqueseapagaconmultiplicadoresdemenordimetro;eldimetrocrticodelhidrogelencuestines6cm.

Cuantomenorseaeldimetrodelacargainiciadora,mayordebeserlapresindelchoqueparaobtenerunadetonacinestable.Conviene resaltarque, comoenel caso representadoen laFigura3.8,esposibleobtenerunadetonacinestableenelexplosivoreceptorauncondimetrosdecarga iniciadora inferioresaldimetrocrticodeaqul,aunqueenestecaso lapresinde iniciacindebesersuficientementeelevada:enelejemplorepresentado,lapresindelchoqueiniciadores190kbar;lapresinCJdelexplosivoreceptores97kbar.

Lacargainiciadora(porejemplo,unmultiplicador)puedecolocarsetotaloparcialmenteenelinteriordelexplosivoreceptor.Enestecaso,elexplosivoestsometidoalapresindelosproductosdeladetonacinalolargodelasuperficiecilndricadelmultiplicadorantesdequeladetonacindeste alcance el extremo. Si la presin en la superficie lateral es suficiente, se puede iniciar ladetonacinenelexplosivoenestazona,conloquelasuperficieeficazdeiniciacindelmultiplicadoresmayor que cuando solo est en contacto por la base. Si, por el contrario, la presin lateral esinsuficiente para la iniciacin, resulta indiferente que el multiplicador est o no sumergido en elexplosivo.

3.6IniciacinporestmulosdebajavelocidadEnelapartadoanteriorsehaconsiderado la iniciacinde losexplosivosmedianteondasde

choquecuyamagnitudenpresinyvelocidadescomparablealadetonacin,yaseaporencimaopordebajo.Esteeselmtodoutilizado,contotalgeneralidad,parainiciarladetonacindelosexplosivoscualquieraque sea suaplicacin,ya seamedianteundetonador,unmultiplicadoroporelchoque

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transmitidodesdeuncartuchodeexplosivoaotro.Enesteapartado,consideraremos la iniciacinporfenmenoscaracterizadosporvelocidadesmaterialesvariosrdenesdemagnitudinferioresalasdedetonacin.Estos fenmenos,de losque losms importantesson la friccinyel impacto,estnmuyrelacionadosconlaseguridadenelusodelosexplosivos.

Esunhechocomnmenteaceptadoquelainiciacinenestoscasosseproduceporexplosintrmica:elcalorseconcentraenpuntoscalientescreadosporelestimulo,en losqueseproduce laexplosin,queseextiendeaotraspartesdelexplosivoporlaaccindelosgasescalientes,odeondasdecompresin,oambos.

La temperatura que debe alcanzar un punto caliente para provocar una explosin trmicadependede laspropiedadestrmicasdelexplosivoysuspropiedadescinticas .Adems,paracadaexplosivo, la temperatura depende del tamao del punto caliente, siendo mayor la temperaturacrtica cuantomenoreselpunto.En laTabla3.3 se indican temperaturas crticasdeexplosindepuntoscalientesenalgunosexplosivosparavariosradiosdedichospuntos.

Explosivo

Temperaturadeexplosin(K)

Radiodelpuntocaliente

10m 100m 1mm

Trilita 900 710 590

Hexgeno 610 550 510

Percloratoamnico 770 660 570

3.6.1Iniciacinporfriccin

Cuando se ponen en contacto dos slidos, el contacto en realidad solo tiene lugar en lascrestasde las irregularidadesdesussuperficies.Si loscuerpossedeslizanentreselcalorgeneradopor la friccin se concentra en las zonas de contacto. Estas zonas se comportan corno puntoscalientes, cuya temperatura depender de la presin, velocidad de deslizamiento y conductividadtrmicadelmaterial;cuantomayorseaestaltima,msfcilmentesertransferidoelcaloraotraspartesdelmaterialymsdifcilseralcanzartemperaturaselevadas.Elvalorlmitedelatemperaturaquepuedealcanzarunpuntocalientepor friccineselpuntode fusin;cuandoelmaterial funde,

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dejadesoportarlacarga,pasandosufuncinaotrospuntosdelasuperficie.El mecanismo de calentamiento por friccin fue muy estudiado en los aos 50 y 60 por

Bowdenycolaboradores.Segnellos,hayunatemperaturacrticadelpuntocalienteparaproducirlainiciacin del explosivo. En explosivos slidos, si el explosivo funde a temperatura inferior a lanecesariaparaproducirsudescomposicin,sermuypocosensiblea la friccin,yaqueel lquidopresentauna resistencia a ladeformacinmuchomenorqueel slido, con loqueel aumentodetemperaturapor friccin sermenor; adems, la fusin absorbergranpartedel calorproducido.Estoesloquesucedeenlamayoradeexplosivossecundarios.

Losexplosivosprimarios,porelcontrario,sedescomponenatemperaturasinferioresaladefusin, lo que puede explicar su gran sensibilidad a la friccin.Aello seune, adems, lamenorenergadeactivacindelosexplosivosprimariosencomparacinconlossecundarios.

Enexplosivoslquidosodenaturalezaplsticaogel,elcalentamientoporfriccinseproducepordisipacinviscosaodeformacinplstica.Lapresenciadeburbujasdeaireuotrogasproduceigualmente calentamientos locales por compresin adiabtica. Cuando en estos explosivos existenfases slidas (por ejemplo, nitratos o partculas de aluminio), de puntos de fusin elevados, elcalentamientopor friccinenellaspuededar lugara temperaturassuficientementeelevadascomoparaproducirlaexplosin.

3.6.2IniciacinporimpactoCuandoseproduceunimpactosobreunexplosivoporlacadasobreelmismodeunamasa,o

por la propia cada del explosivo, la energa cintica produce un calentamiento del explosivo nouniforme,sinoconcentrado,unavezms,enpuntoscalientesdebidosa:

Compresinadiabticadeburbujas. Friccinentrecristalesdelexplosivoofasesslidaspresentes. Disipacinviscosa. Deformacinplstica.

El calentamiento por compresin adiabtica de burbujas de gas es una fuente de puntoscalientes sumamente eficaz. Por ejemplo, la nitroglicerina, cuando est totalmente libre de deburbujas, puede necesitar una energa de impacto de unos 50 J para iniciarse; sin embargo, si lanitroglicerinacontieneburbujasde0,1mmdedimetro,lainiciacinseproduceconunaenergatanpequeacomo0,04J.Ademsdelacompresinadiabtica,bajolaaccindelimpactoseproduceunapulverizacindel liquidoen finaspartculasenel interiorde lasburbujasque,calentadasporelgas

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comprimido,sufrenunaexplosintrmica,transmitiendoelcaloralexplosivo.Estemecanismohacedelasburbujasunafuentedecalormuchomayorquelasimplecompresinadiabtica.Esposiblequeexistaunfenmenosimilardefractura'decristalesenexplosivosslidos.

3.7TransicindedeflagracinadetonacinEnunadeflagracinounacombustin,talescomoseproducenenunpropulsanteslidooen

una llamanormal,elmaterial fresco reaccionaa consecuenciadel calor recibidodesde la zonadellama.En lasdetonaciones,comosehavisto, lareaccinse iniciaen lassucesivascapasdematerialporelavancedeunaondadechoque.Comparandounoyotrofenmenoentrminosdevelocidadde reaccin o velocidad de propagacin, la detonacin es 103 o 104 veces ms rpida que ladeflagracin,ylosfenmenos.detransportejueganescasooningnpapelenelproceso.

El cambiodeun rgimendedeflagracinaunodedetonacin, cuando tiene lugar,es casisiempre extremadamente rpido y, podra decirse, impredecible. La detonacin se iniciainvariablemente por delante del frente de combustin; a partir de ah, la onda de detonacinprogresahaciaadelanteenelmaterial,yseobservaenocasionesuna"retonacin"desdeelpuntodeiniciacinhaciaelfrentedecombustin,demanerasemejantealmecanismoexplicadodeiniciacinsobreimpulsadadeexplosivosheterogneos.Laexplicacindelfenmenoeslasiguiente:

a)Delfrentededeflagracin(subsnico)secreanondasdecompresinquesemuevenhaciaadelanteamayorvelocidadqueelfrente.

b) El aumento de presin hace aumentar la velocidad de reaccin, acelerndose lacombustinElaumentodevelocidad,asuvez,haceaumentarlavelocidaddegeneracindegasesylapresin,enuncicloautoalimentadoquehacequelasondasdepresingeneradasenelfrentedecombustinseancadavezdemayorvelocidad.

c) Por delante de la combustin se va formando un frente de compresin cada vez msabrupto, debido a la continua captura de las ondas generadas posteriormente, cuya velocidad ypresinesmayorquelasquelaspreceden.Estefrenteseconvierteenunchoqueque,sitieneunaintensidad (presin) suficiente, activa los puntos calientes y se desarrolla hasta convertirse endetonacindelaformaexplicadaenlainiciacinporchoque.

Lapresinproducidaenlasuperficiededeflagracinocombustinactacomounpistn,quegeneraondasdepresin(snicas)haciadelante.

Paraqueseproduzcalatransicinesimprescindibleeldesarrollodeunaondadecompresina partir del frente de deflagracin. Para que esta onda se convierta en un choque de presinsuficiente para iniciar la detonacin (normalmente decenas de kilobares) el explosivo debe estar

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confinado.Estehechoesperfectamenteconocidoen laprctica:unmtodocomndedestruccindeexplosivosessucombustinenunespacioabierto.Porelcontrario,unexplosivosometidoaunfuegoenelinteriordeuntubometlicodeparedgruesadetonarcontodaprobabilidad.

Losfactoresqueinfluyenenqueunadeflagracincambieadetonacinsonlossiguientes: Tamaodegrano.Unexplosivoenformadepolvofinorequerirmuypococonfinamiento,ya

que la gran superficie de combustin que presenta producir una gran velocidad degeneracindegasyungranaumentodepresin.

Masadeexplosivo.Cuantomayorseasta,existirnms,probabilidadesdequeseestablezcala detonacin, ya que la propia inercia de la masa de explosivo rodeando al frente decombustin actuar como "autoconfinamiento". Adems, existir una mayor distancia ytiempodisponiblesparaquelasondasdepresincrezcan.

Velocidaddecombustin.Cuantomayorseasta,elaumentodepresinsermsacusado,ysefavorecerlatransicin.

Resistencia y masa del confinamiento. En los primeros estadios del fenmeno, elconfinamiento debe resistir la presin generada. Si el confinamiento rompe, la presin seliberaylatransicinpuededetenerse.Sinembargo,enlosestadiosfinales,laspresionessonsuperioresaloquevirtualmentecualquiermaterialconfinantepuedesoportar;enesepunto,lapropia inerciadelconfinamientoes laque limita lavelocidaddeexpansin lateral.Siestavelocidad es inferior a la .de crecimiento de la presin en la transicin a detonacin, stapodrdesarrollarse.

Sensibilidadalchoquedelexplosivo.Cuantomayorseasta,menorserlapresinnecesariaparaqueseinicieladetonacin.Porejemplo,enlosexplosivosprimarios,cuyasensibilidadalchoqueesgrande, latransicindedeflagracinadetonacinseproduceconmuypequeascantidadesdeexplosivoysinprcticamenteconfinamiento.