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Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería en Minas

Trabajo de Investigación

“Detonadores Pirotécnicos y Electrónicos” Nombre Asignatura Profesor F. de entrega

: Arturo Salinas Salinas : Métodos de Explotación : Eduardo Contreras : 14 de Abril del 2016

Resumen Ejecutivo El informe aborda principalmente acerca de los detonadores, los cuales fueron clasificados en detonadores pirotécnicos y electrónicos. A su vez los pirotécnicos se sub clasifican en detonadores de mecha lenta, cordón detonante, detonador con tubo de choque e iniciadores eléctricos. Se explica cómo están conformados, su estructura interna, características, funcionamiento, las aplicaciones que tienen en la industria minera, sus principales ventajas y desventajas de cada uno, y los costos.

Introducción Nuestro país se caracteriza por ser experimentado en el ámbito de la minería. Actualmente producimos aproximadamente 5,4 millones de toneladas de cobre fino al año, lo que representa un tercio de la producción a nivel mundial. Para poder llegar a generar tales cifras, constantemente se ha ido innovando y mejorando el proceso de extracción del mineral, es por esto que en este informe se profundizará en uno de los elementos más importantes utilizados en las tronaduras. Las tronaduras – donde la roca es fragmentada producto de la detonación de cargas explosivas - son una de las principales actividades mineras, ya que son necesarias durante todo el proceso; desde generar el ingreso al yacimiento, realizar trabajos en la unidades de explotación, laboreos mineros como galerías, túneles, piques, etc. hasta el proceso mismo de explotación del mineral. Dada la importancia que tienen las tronaduras en la minería, se hace de vital necesidad contar con un sistema que facilite el proceso, minimice los costos y vele por la seguridad e integridad de los trabajadores, así es como cobran relevancia los llamados detonadores.

¿Qué es un detonador? Los detonadores o también llamados iniciadores, como el nombre lo indica son elementos que se utilizan para iniciar explosiones, estos van insertos en las perforaciones y acompañan a los explosivos con el fin de dar comienzo a la explosión. Existe una variedad de detonadores que varían en su forma de iniciación, pero se pueden clasificar principalmente en detonadores pirotécnicos y detonadores electrónicos.

Detonadores Pirotécnicos Se pueden clasificar dependiendo de su sistema de iniciación: 1. Detonadores de mecha lenta u ordinarios : Está constituido por una capsula metálica de cobre o aluminio, cerrada por un extremo y que en su interior se encuentra un explosivo iniciador (primario) y un explosivo base (secundario).

Ilustración 1 Detonador de mecha lenta indicando sus respectivos componentes

La característica principal de este sistema es que el canal de transmisión es un tren explosivo (mecha) de pólvora negra, que se encuentra recubierto por fibras textiles y materiales impermeabilizantes que lo protegen de la humedad, abrasión y esfuerzos mecánicos. Es esta mecha la que lleva la energía en forma de llama, a una velocidad constante de 2 minutos por metro lineal, hacia una carga explosiva sensible al calor. Actualmente este tipo de detonadores se utiliza en pequeñas operaciones de tronaduras en la pequeña minería.

Ventajas  

Simple manejo Bajo costo, es decir, son más económicos

Desventajas   

No hay control absoluto luego que la mecha en encendida No es preciso Seguridad cuestionable

2. Cordón detonante: Se compone de un cordón de policloruro de vinilo (PVC) que le otorga flexibilidad, resistencia a la humedad y a la tracción. En su interior se encuentra una capa de algodón y fibras sintéticas, junto a una carga lineal de pentrita que varía según el tipo de cordón, partiendo desde los 3 g/m. Su velocidad de detonación aproximada es de 7000 m/s.

Ilustración 2 Estructura interna de un cordón detonante y características externas como flexibilidad.

El cordón detonante puede ser empleado como línea principal o también para iniciar líneas adicionales conectadas con nudos u otros elementos, formando una red que puede hacer detonar los barrenos de forma simultanea .

Ilustración 3 Uso del cordón detonante como línea principal y líneas secundarias.

Ventajas

Desventajas

 

Simple funcionamiento.  Produce alto nivel de ruido. Tamaño ajustable a través del  No puede verificarse la continuidad corte del cordón de otra manera que no  Otorga tiempos flexibles. sea visual.  Es consumido en su totalidad  Puede presentar perturbación en el durante la detonación. taco y el explosivo. 3. Detonadores con tubo de choque: El detonador se compone de una cápsula de aluminio que contiene una carga base de pentrita (PETN), una carga primaria de nitrato de plomo, un portarretardo de aluminio, un sistema amortiguador de onda de detonación (DIB) y un tapón de goma semiconductora que va unido al tubo de choque El portarretardo o también llamado tren de retardo puede estar formado por uno, dos o tres elementos pirotécnicos que le otorgan un tiempo de retardo al detonador.

Ilustración 4 Estructura interna de un detonador con tubo de choque

El tubo de transmisión consiste en un tubo de plástico que contiene una finísima capa de material reactivo (15 mg por metro). Dicho tubo una vez iniciado conduce la onda de detonación de baja energía a una velocidad aproximada de 2000 m/s hacia el detonador.

Ilustración 5 Tubo de choque que muestra el paso de la onda de choque.

El uso de este tipo de detonadores se da en la mayoría de las voladuras que requieran secuenciación de los barrenos, ya sea en minas a cielo abierto, subterráneas u obras civiles; además de ser utilizados en tronadura de banqueo, en tronaduras de desarrollo horizontal, vertical e inclinado y producción en minería subterránea. Ventajas     

Es de fácil uso Es resistente a los golpes Buena precisión Alta seguridad Tiempos flexibles

Desventajas  

No puede ser ajustado por corte El tubo queda como restante o desperdicio luego del disparo.

4. Detonadores eléctricos: Los detonadores instantáneos están compuestos por una capsula metálica de aluminio o cobre que está cerrada por uno de sus extremos; en su interior encontramos un inflamador, un explosivo primario y un explosivo base; en los detonadores temporizados encontramos además una cápsula retardadora. Un detonador eléctrico se activa mediante el uso de energía eléctrica; cuando una corriente pasa por los hilos de conexión atravesando la pequeña resistencia de la cerilla con una intensidad de corriente suficientemente grande que hace que se caliente la resistencia hasta alcanzar la temperatura de inflamación de la pasta explosiva que la rodea. Ilustración 6 Estructura interna de un detonador eléctrico instantáneo y uno En los detonadores de tiempo, la temporizado. inflamación de la cerilla provoca la inflamación del elemento retardador, de manera que cuando este elemento retardador termina de arder, la combustión llega a la carga primaria que detona haciendo detonar a su vez a la carga base.

Clasificación de los detonadores eléctricos a) Según su sensibilidad: 

Sensibles (S): Estos detonadores son apropiados para lugares en los que no existe peligro de corrientes estáticas y extrañas. Uno de los hilos de este detonador es siempre de color rojo. Necesitan para su iniciación una corriente de una intensidad superior a 1,2 Amperios.



Insensibles (I): Estos detonadores son más seguros que los sensibles ante las corrientes extrañas. Su impulso de encendido es cinco veces mayor y su corriente de seguridad superior al doble. Este tipo de detonadores se utiliza en los casos en que si bien no es previsible la existencia de energía peligrosa, se quiere tener una mayor seguridad. Uno de los hilos de este detonador es siempre de color rosa. Necesitan para su iniciación una corriente de una intensidad superior a 2,5 Amperios. Altamente Insensible (AI): Estos detonadores reducen considerablemente los riesgos de autoencendido cuando existe energía peligrosa debido a líneas eléctricas, emisoras, electricidad estática, etc.; esto no quiere decir que los



detonadores AI resulten totalmente seguros en todos los casos en los que exista este tipo de problemas, ya que a pasar de que su corriente de seguridad es veinte veces mayor y su impulso de encendido trescientas veces mayor que en los detonadores de tipo S, puede existir algún caso en que estas corrientes peligrosas mencionadas, sobrepasen los límites de seguridad incluso de los detonadores AI. Necesitan para su iniciación una corriente de una intensidad superior a 25 A. Uno de los hilos de estos detonadores es siempre de color verde.

b) Según si tiempo de detonación: 

Instantáneos: Estos detonadores no llevan portarretardo, y por tanto la inflamación de la cerilla produce instantáneamente la explosión de la carga primaria y esta a su vez de la carga base. Uno de los hilos de estos detonadores es siempre de color blanco.



De microrretardo: Estos detonadores llevan portarretardo, y por tanto la inflamación de la cerilla produce con un determinado desfase la explosión de la carga primaria y esta de la carga base. Uno de los hilos de estos detonadores es siempre de color amarillo.



De retardo: estos detonadores llevan portarretardo, y por tanto la inflamación de la cerilla produce con un determinado (500 ms) desfase la explosión de la carga primaria y esta de la carga base. Uno de los hilos de estos detonadores es siempre de color azul.

Los sistemas de iniciación eléctricos, se conectan de tal manera que forman un circuito que se une a la fuente de energía por medio de una línea principal; dentro de los tipos de conexiones existentes tenemos los en serie, paralelo y en serie/paralelo.

Ilustración 7 Detonadores eléctricos conectados en serie, paralelo y en serie/paralelo.

Este tipo de detonadores se aplican en voladuras submarinas cuando estos son resistentes a altas presiones agua, también se utilizan en ambientes grisuosos (presencia de grisú, gas metano derivado de las minas de carbón) o inflamables,

además de ocuparse en tronaduras, minería a cielo abierto, minería subterránea y obras civiles. Ventajas   

Desventajas

Mayor seguridad en ambientes susceptibles a inflamación Pueden iniciarse simultáneamente Se puede comprobar el amarre correcto midiendo la resistencia antes de iniciación





Peligro de iniciación por efecto de rayos o corrientes eléctricas inducidas (transmisiones de radio, relámpagos) Necesidad de equipos de medición y generador de corrientes como óhmetro y explosores.

Detonadores Electrónicos Los detonadores electrónicos tienen un sistema para almacenar energía eléctrica dentro del detonador para poder realizar la iniciación a voluntad. Están constituidos por una

capsula de aluminio que se encuentra cerrada en uno de sus extremos, que contiene en su interior un condensador, un inflamador, un explosivo iniciador (carga primaria), un explosivo base y lo más importante un microchip.

Ilustración 8 Estructura de un detonador electrónico.

El mando de programación está conformado por una parte analógica, una digital y el sistema de encendido. La parte analógica trata las señales recibidas por los cables de conexión y las envía a la parte digital, la cual, interpreta estas señales y genera los tiempos de retardo, los cuales pueden ser regulados con gran exactitud dando de manera inmediata la señal de encendido a la cerilla inflamatoria. En este tipo de detonadores, el tiempo de disparo no se consigue gracias a un portaretardo sino a un microchip que puede ser programado en la propia voladura, minimizando los inventarios y diseñando la voladura “a medida”. Este microchip se encuentra alojado en el interior de una cápsula de aluminio y solo puede ser activado con un código de activación brindando así una mayor seguridad. El microchip es el encargado de que el detonador se dispare al transcurrir el tiempo de retardo deseado. Los tiempos de retardo varían entre 1 y 25000 milisegundos aproximadamente. Ventajas   

Desventajas

Permite el control total de la voladura Mayor seguridad al no iniciarse sin un código de seguridad Insensibles a corrientes estáticas

 

Alto costo unitario Complejidad en su uso (necesidad de un especialista con dedicación exclusiva)

Costos Los costos de los detonadores son referenciales de la empresa Enaex. 

Detonador No Eléctrico MS chicote 4,2 mts = 2,87 us$/unidad

    

Detonador No Eléctrico LP chicote 4,2 mts = 3,12 us$/unidad Detonador No Eléctrico Handidet chicote 9,1 mt = 5,41 us$/unidad Detonador No Eléctrico Conectadet chicote 9,2 mt = 4,25 us$/unidad Detonador No Eléctrico TD chicote 100 mt = 29,45 us$/unidad Detonador No Eléctrico MS Connector = 4,0 us$/unidad

  

Detonador Eléctrico Insensible Instantáneo chicote 2 mt = 3,86 us$/unidad Detonador Eléctrico Insensible MS chicote 5 mt = 4,61 us$/unidad Detonador Eléctrico Insensible LP chicote 5 mt = 4,55 us$/unidad

El valor de los detonadores electrónicos varía dependiendo del largo de sus chicotes. Y tienen un valor promedio de 27 $us la unidad. Más de los valores de los accesorios.

Conclusión Con toda la información encontrada y seleccionada, se puede confirmar la importancia que tienen los detonadores en la industria minera. Encontrándose una variedad de estos que han ido evolucionando con el paso del tiempo. Cada cual presenta ciertas diferencias, como el tiempo de retardo, su sistema de iniciación ya sea producto del fuego, electricidad, golpe de choque o a través de un micro chip; que le otorgan ciertas ventajas y desventajas, como el grado de control, seguridad a la hora de trabajar con ellos, costos, etc. Si bien los detonadores que más se han utilizado son los pirotécnicos debido a su facilidad de uso y menor costo; cada vez van ganando más terreno los detonadores electrónicos en la gran minería, gracias a la mayor precisión y seguridad que otorgan a la hora de trabajar con ellos. Se espera que con el paso del tiempo vayan surgiendo mejores tecnologías que faciliten aún más el negocio minero.

Bibliografía  “Cordón detonante”. INDUMIL https://www.indumil.gov.co/producto/explosivos/563-cordón-detonante  “Accesorios para la voladura”. La web del minero http://www.lawebdelminero.es/la_puta_mina/el_carbon/explosivos.htm

 “Detonadores no eléctricos” https://www.indumil.gov.co/doc/Eventos/Memorias%20Seminarios %20Comercial/Detonadores%20no%20electricos.pdf  “Sistemas de Iniciación” Orica Mining. http://www.oricaminingservices.com/es/es/page/products_and_services/initiating_syste ms/initiating_systems  “Iniciadores”. Explosivos industriales http://explosivos.wikidot.com/tipos-de-detonadores  “Detonadores electrónicos”. Explosivos industriales http://explosivos.wikidot.com/detonadores-electronicos