trabajo final de explosivos
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA
DEL PERÚ
FILIAL AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
Informe final del trabajo de investigación titulado:
VELOCIDAD DE DETONACION
Integrantes:
Aleman Huanca, Mayra Apaza Rojas Karolina Nieto Manrique, Angel Ugarte Palomino, Giancarlo
Profesor asesor:
Ing. Reategui, Fulton
AREQUIPA – PERÚ
2015
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Dedicatoria
El presente trabajo realizado con mucho empeño está dedicando a nuestros padres, a nuestros docentes y a la universidad UTP-Filial Arequipa, espero que nuestro trabajo les sirva de algo y que este bien elaborado ya que todos estamos poniendo nuestro gran esfuerzo para que todo salga como queremos, Gracias.
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Agradecimiento
Agradecemos primeramente a Dios por darnos la vida y por estar bien de salud, a nuestros padres y a los validadores de nuestros instrumentos, que hacen todo lo posible para ayudarnos en nuestro estudio, y así podamos salir adelante como futuros profesionales.
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Lista de Contenidos
Dedicatoria........................................................................................................................2
Agradecimiento.................................................................................................................3
Lista de Contenidos.........................................................................................................4
Introducción.....................................................................................................................5
Capítulo I: Planteamiento Teórico.................................................................................8
1.1 Descripción del Problema....................................................................................8
1.2 Interrogantes de Investigación............................................................................8
1.2.1 Interrogante general.........................................................................................8
1.2.2 Interrogantes específicas.......................................................................................8
1.3 Objetivos de Investigación...................................................................................8
1.3.1 Objetivo general................................................................................................8
1.3.2 Objetivos específicos.........................................................................................8
1.4 Justificación de la Investigación..........................................................................6
1.5 Antecedentes de Investigación.............................................................................6
1.6 Marco Teórico.......................................................................................................7
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MARCO TEORICO
La velocidad de detonación, es la velocidad a la que ocurre la reacción química entre el
combustible y el occidante , y se genera a lo largo de la columna del explosivo ,tiene un
rango de 1.500 a 7.500m/s para los explosivos de uso industrial .La VOD puede
utilizarse como una herramienta que determina la eficiencia de una reacción explosiva .
Velocidad de detonación
La velocidad de detonación también conocida como velocidad explosiva, es la velocidad a la que el frente de onda de choque viaja a través de un explosivo en detonación .
Las velocidades de detonación son siempre mayores que la velocidad local del sonido en ese medio material. La velocidad de detonación es proporcional a la potencia cedida por la detonación del explosivo, por tanto a mayor velocidad, mayor será también la energía cedida por unidad de tiempo, que radica en la onda de choque y en la elevación de la temperatura y presión de los gases. La eficacia de un explosivo se determina por el equilibrio entre el valor de la impudencia del explosivo,(producto de su densidad por su velocidad de detonación) y de la impedancia del objeto que va a sufrir la voladura, (producto de su densidad por su velocidad de propagación sísmica).
En general, la velocidad de detonación se incrementa con un menor tamaño de las partículas de explosivo, el aumento de diámetro de carga, y el aumento del confinamiento.2También influye el grado de envejecimiento.
Para un mismo tipo de explosivo, la velocidad depende del diámetro del cartucho, del grado de confinamiento y de la energía recibida para su iniciación.
Explosivos nobles o ultra rompedores: Con velocidades de detonación superiores a 7000 m/s. Ejemplos: pentrita, hexógeno, tetralita.
Altos explosivos o explosivos rompedores: Con velocidades de detonación entre 2000 y 7000 m/s.
Explosivos deflagradores: Sólo deflagran. Sus velocidades de combustión son menores de 2000 m/s.3 Ejemplos: pólvora negra, pólvora sin humo.
MEDIDAD DE VELOCIDAD DE DETONACION
La medida de la velocidad de detonación se puede realizar por diferentes métodos, según la precisión requerida. Los métodos más frecuentes son los de Dautriche, el del cronógrafo y el de Kodowimeter.1 4 5
A veces se recurre a una predicción aproximada basada en el comportamiento teórico de los gases, (véase condición Chapman-Jouguet) porque en la práctica es difícil de medir.
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Las velocidades de detonación habituales en gases toman valores desde 1800 m/s hasta 3000 m/s. Las velocidades típicas para explosivos sólidos muchas veces se extienden más allá de 4000 m/s hasta 10300 m/s.
VELOCIDAD DE DETONACION PARA EXPLOSIVOS CONFINADOS
Si el explosivo se confina antes de la detonación, como dentro de un proyectil de artillería, la fuerza producida se centra en un área mucho más pequeña, y la presión se intensifica de forma masiva. Esto da lugar a que la velocidad de detonación sea mayor que si el explosivo hubiese sido detonado al aire libre. Las velocidades de detonación de gases no confinados son aproximadamente un 70 a 80 por ciento de las velocidades de detonación para gases confinados.
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Introducción
Velocidad de detonación Es la velocidad con la cual la onda de detonación viaja por el
explosivo, puede ser expresada para el caso de explosivos confinados como no
confinados; por sí misma es la propiedad más importante cuando se desea clasificar un
explosivo. Como en la mayoría de casos el explosivo está confinado en un barreno, el
valor de velocidad de detonación confinada es el más importante. La velocidad de
detonación de un explosivo depende de: La densidad, de sus componentes, del tamaño
de las partículas y del grado de confinamiento. Al disminuir el tamaño de las partículas
dentro del explosivo, incrementar el diámetro de la carga o incrementar el
confinamiento aumentan las velocidades de detonación (ver Figura B.1) Las
velocidades de los explosivos inconfinados son generalmente del orden del 70 % al 80
% respecto a las velocidades de explosivos confinados.
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Capítulo I: Planteamiento Teórico
1.1 Descripción del Problema
La velocidad de detonación es un indicador importante de la energía global o de
la potencia de la detonación, y en particular de la potencia explosiva (brisance) o
efectividad para la rotura de un explosivo por lo que conocer dicha velocidad es de
suma importancia para utilizar en diferentes tipos de rocas según su dureza.
1.2 Interrogantes de Investigación
1.2.1 Interrogante general
- ¿Cómo influye la velocidad de detonación en el proceso de voladura?
1.2.2 Interrogantes específicas
- ¿Cómo se controla la velocidad de detonación?
- ¿Cómo hacer más efectiva la velocidad de detonación?
1.3 Objetivos de Investigación
1.3.1 Objetivo general
- Conocer cómo influye la velocidad de detonación en el proceso de voladura
1.3.2 Objetivos específicos
- Saber cómo se controla la velocidad de detonación.
- Aprender cómo hacer más efectiva la velocidad de detonación.
1.4 Justificación de la Investigación
- ¿Por qué se hace?
- Porque es de suma importancia conocer la eficiencia del explosivo que se va a
utilizar debido a la variada dureza de un yacimiento. Por lo que saber la
velocidad de detonación nos hará más sencillo aplicar el explosivo adecuado
para cada situación.
1.5 Antecedentes de Investigación
(a) Título: Manual del especialista en voladura
Autor: Sociedad internacional de ingenieros en explosivos
Procedencia: Ohio USA
Año: 2008
Fuente:
http://es.scribd.com/doc/167505821/ISEE-Manual-del-Especialista-en-Voladura#scribd
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1.6 Marco Teórico
Velocidad de detonación.
V = velocidad buscada.
v = Velocidad de mecha. (Conocida).
t = BC + CE = BE (1)
V v v
BC = BE – CE V = BC . v (2)
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V
D E
Mecha patrón vCB
A
V v BC – CE
La velocidad de detonación es la característica más importante del explosivo.
Cuanto más grande sea la velocidad de detonación del explosivo, tanto mayor es su
potencia.
Se entiende por detonación de un explosivo a la transformación casi instantánea
de la materia sólida que lo compone en gases. Esta transformación se hace a
elevadísimas temperaturas con un gran desprendimiento de gases, casi 10.000 veces su
volumen.
Sea un cartucho de un determinado explosivo M del cual queremos hallar su
velocidad de detonación V. Si le introducimos un detonador en el interior y a su vez le
practicamos dos orificios B y C de los que salen una mecha patrón cuya velocidad de
detonación es conocida, v, y colocamos una placa de plomo, como indica la figura,
tendremos lo siguiente.
Al explotar el detonador explota todo el cartucho, pero lo hace antes en B que en
C, ¿por qué?. Porque está más cerca del detonador.
Por lo tanto las ondas no se encuentran en el punto medio D, sino en otro punto
E (visible en la placa por ser de plomo la placa).
El tiempo empleado en seguir un camino o el otro es el mismo, por lo tanto se
cumple (1), y operando llegamos a (2) que nos determina la velocidad de detonación V
de un explosivo.
Para algunos trabajos interesan explosivos lentos, de poca potencia. (En canteras
de roca ornamental). Si queremos grandes producciones (sobre todo estéril), usaremos
explosivos de baja velocidad de detonación, de poca potencia.
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Potencia explosiva.
La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para fragmentar
y proyectar la roca.
Depende por un lado de la composición del explosivo, pese a que siempre es
posible mejorar la potencia con una adecuada técnica de voladura.
Para la medida de la potencia de un explosivo existen en el laboratorio diferentes
técnicas de las cuales es la más empleada la del péndulo balístico. Por este
procedimiento se mide la potencia de un explosivo en porcentaje en relación con la
goma pura, a la que se le asigna por convenio la potencia del 100 %.
Densidad de encartuchado.
La densidad de encartuchado es también una característica importante de los
explosivos, que depende en gran parte de la granulometría de los componentes sólidos,
y tipo de materias primas empleadas en su fabricación. El usuario en este caso nada
tiene que hacer.
Al ser fundamental que los fondos de los barrenos estén completamente llenos
de explosivos, si estos tuvieran densidad menor de uno y los barrenos tuvieran agua
física, los cartuchos flotarían siendo imposible la carga del barreno. Utilizar en este caso
explosivos de densidad inferior a uno sería un gravísimo error.
Diámetro crítico: Cualquier explosivo en forma cilíndrica tiene un diámetro por
debajo del cual no se propaga la velocidad de detonación.
Para explosivos nitrados, como el NO3 NH4, puede alcanzar valores hasta de 10
pulgadas, pudiendo ser insignificante tanto para la pentrita como para el nitruro de
plomo, que son los que se utilizan en los cordones detonantes y detonadores.
Es necesario decir que en el diámetro crítico influye la densidad y el confinamiento de
los explosivos en los barrenos.
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1110
Características Intrínsecas.
TAMAÑO Y TIPO DE GRANO.
Tienen forma de granos, parecidos a los granos de arroz, son porosos, rellenos
de aire, ya que así tienen una mayor velocidad de liberación de la energía. La porosidad
óptima parece estar próxima a 0´07 cm³ /gr
CONTENIDO EN FUEL- OIL.
La influencia del fuel-oil incorporado a la mezcla de nitrato amónico, en
proporciones variables viene reflejada en la figura. La máxima velocidad de detonación
se alcanza para un contenido en fuel-oil de 5´5 %; igualmente para esta proporción se
alcanza el equilibrio en oxígeno.
En la zona (1), al disminuir el porcentaje en fuel-oil, significa que aumenta el
porcentaje en nitrato, y como este es un dador de oxígeno, la zona (1) presenta un claro
exceso en oxígeno. En esta zona se ve que la velocidad de detonación disminuye muy
rápidamente, a la vez que el descenso en porcentaje en fuel-oil.
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(1)5 6 7 8 94321
Equilibrio en oxígeno
2500
3000
3500
4000
(2)
V (m/s)
% Fuel - Oil
En la zona (2), donde ya la proporción en nitrato amónico es más pequeña, hay
un defecto de oxígeno, y si bien la velocidad de detonación también disminuye, lo hace
de forma más suave que en la zona (1).
CONTENIDO DE AGUA.
En la figura se muestra la influencia del agua sobre la velocidad de detonación
de las nagolitas. Es de sobra conocida la propiedad del nitrato amónico de ser muy
hidroscópico (absorbe la humedad). Con porcentajes de contenidos en agua inferiores al
9% la velocidad va disminuyendo, pero conservando siempre velocidades mayores a los
2000 m. Con humedades superiores al 9% no se deben utilizar nagolitas a granel; En
este caso habría que encargar nagolitas envueltas en plástico para retrasar dicha
absorción de agua.
SENSIBILIDAD.
Se entiende por sensibilidad la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo
para ser detonado.
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4 86 102
2000
2500
3000
3500
% en H2O
V
Los anfos son unos explosivos de detonación “ no ideal ”, es decir, son muy
insensibles, cualidad esta que es útil para evitar accidentes, pero puede provocar el fallo
en el barreno.
En la mayoría de los casos se usan como carga de columna, siendo la carga de
fondo las gomas, encargándose estas de la correcta explosión de toda la carga.
En ocasiones la nagolita se puede utilizar sola en grandes diámetros de sondeo,
mayores siempre de 7 pulgadas. En este caso conviene aumentar l sensibilidad,
consiguiéndose esto con el aumento de la densidad en el interior del barreno, prensando
la nagolita con la tacadera, con cuidado en pasarnos, ya que la nagolita podría sufrir
fallos, debiendo procurar que la densidad no sobrepase del 0´95 – 0´96 %.
Factores externos.
DENSIDAD DE CARGA.
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gr / cm³10´950´90´850´8
3”
4”
5”
2000
2500
3000
3500
La figura muestra la influencia de la densidad de carga sobre la velocidad de
detonación.
Se observa que el aumento de la velocidad de detonación es casi lineal con el
aumento de la densidad. En la figura se muestran tres diámetros de sondeo siendo casi
paralelas las tres curvas.
La densidad de carga debe conseguirse en el proceso mismo de su colocación en
el barreno mediante técnicas que van desde el compactado hasta el llenado por
cargadores especiales. De esta forma podríamos conseguir densidades incluso
superiores a la unidad, pero en general la sensibilidad disminuye notablemente con
densidades superiores a 0´95.
DIÁMETRO DE CARGA.
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3 4 5 6 7 8
4000
3500
3000
2800
Diámetro en pulgadas
El efecto del diámetro de la carga sobre la velocidad de detonación en los anfos
se aprecia en la figura; en ella se puede observar como crece la velocidad de detonación
a medida que el diámetro de barreno aumenta hasta cierto límite, (9 – 8 pulgadas), a
partir del cual la velocidad de detonación permanece constante.
Este hecho ha llevado a la tendencia de utilizar calibres de perforación cada vez
mayores, porque de esta manera aprovechamos mejor las características de la nagolita, a
la vez que se reducen los costos totales por metro cúbico de roca arrancada.
Las nagolitas se pueden usar de carga única de barreno para diámetros de entre
10 a 12 pulgadas y en terrenos semiduros como máximo.
Se sabe que un diámetro próximo a las dos pulgadas es el diámetro crítico más
bajo para lograr una autopropagación satisfactoria de los anfos, por lo tanto nunca se
debe usar este explosivo con diámetros inferiores a las dos pulgadas. Lo más normal es
utilizarla como carga de columna utilizando como carga de fondo explosivos muy
potentes: gomas y riogeles. En este caso con diámetros de 3 pulgadas a mayores se
pueden utilizar para rocas de semiduras a duras.
INICIACIÓN DE LAS NAGOLITAS.
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Detonador
Cordón detonante
Cartucho goma 2
Retacado
Anfo
Cebado axial.
Al estudiar la iniciación de un explosivo hay que tratar de conseguir de él una
velocidad de detonación lo más barata posible para conseguir un mayor
aprovechamiento de su potencia.
El iniciador de un barreno cargado de anfo debe proporcionar una energía
suficiente para provocar la detonación de todas sus partículas, porque de no ser así
puede provocar defragación o detonación parcial. Este fenómeno se puede observar
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Goma 2
por la emisión de humo naranja que es desprendido después de la explosión. Estos gases
son óxidos nitrosos provocados por:
1. Insuficiencia de cebado.
2. Presencia de agua en el barreno.
3. Mala mezcla de N.A. y F.O.
Diversos estudios han demostrado que independientemente de que se consiga la
potencia mínima necesaria para iniciar el anfo, es imprescindible también utilizar una
cantidad mínima de un explosivo muy potente.
Todos los parámetros vistos (diámetro de barreno, dimensión de los granos,
homogeneidad de la mezcla, etc.) influyen en el valor de la velocidad de detonación
alcanzada.
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Referencias
http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Tabla_de_velocidades_de_detonaci
%C3%B3n_de_explosivos
http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_detonaci%C3%B3n
http://oa.upm.es/21540/1/PFC_Nadia_Sira_Linares_Carrasco.pdf
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