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• Paula Viviana Díaz Cerda

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Universidad de Santiago de Chile Departamento de ingeniería en Minas

Sistema de Iniciacion electrónico y pirotécnico para tronadura.

Profesores: Eduardo Contreras Bernardo Reyes Integrantes: Paula Díaz Gabriel Gurrea Fecha : 19/4/2012

Índice Resumen……………………………………………………………..…………….…………. Pág.3 Introducción……...…………………………………………………………………….….…. Pág.4 Detonadores………………………………………….…………………..…………….…..…...Pág.5 Detonadores Electrónicos……………………………………………..……………………….Pág.6 Tipos Detonadores Electrónicos………………………………………………….…….……...Pág.7 Ventajas y Desventajas Detonadores Electrónicos………………………….………………....Pág.8 Detonadores Pirotécnico………………………………………………….…………………….Pág.9 Ventajas y Desventajas Detonadores Pirotécnicos…………………….……………………….Pág.10 Costos………………………………………………………………..………………………….Pág.11 Conclusion.………………………………………………………………………………..……Pág.12 Bibliografia……………………………………………………………………………………..Pág.13

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Resumen Actualmente la minería se esmera por reducir el consumo de energía y dos vías para lograrlo son: mejorar la productividad del equipo de minería mediante el mejoramiento de la facilidad de excavación, facilitar el chancado, la trituración, y el ritmo de producción de un tonelaje determinado; o reducir el uso de explosivo sin comprometer las operaciones aguas En términos del impacto humano, es necesario contener los niveles de vibración y golpe de aire. De todo lo anterior se desprende que un requisito claro es el mejor control sobre las operaciones de tornadura a un costo razonable, por ende la llegada de los sistemas de detonadores electrónicos confiables y fáciles de junto con el buen uso de la tronadura pirotecnica representa una solución para abordar la mayoría de estos aspectos, si no todos ellos. Hoy en día se sabe que empleando explosivos adecuados y sistemas de iniciación de alta precisión se puede impactar sobre aspectos relevantes, como la eficiencia de la lixiviación. De esta forma, una de las tecnologías que cada día adquiere más relevancia y mayor presencia lo constituyen los detonadores de retardo electrónico, especialmente por las presiones de diversa índole que actualmente enfrenta la industria minera. Y si bien el uso de estos sistemas implica un mayor costo y un cuidado especial, su inversión genera beneficios. La adopción general de estos sistemas desempeña un papel importante, mejorando la capacidad de monitoreo y control sobre las operaciones. Esto a su vez posibilita un mayor rendimiento técnico y mejor generación de informes y análisis, al proporcionar control electrónico y retroalimentación de desempeño al equipo de operación, con esto ha sido posible mejorar enormemente la eficiencia y los costos de operación. Aunque no podemos dejar atrás los detonadores pirotécnicos, los cuales se han usado durante muchos años en la industria de la minería. El primer método de iniciación, mecha y fulminante, proporcionaba un sistema de bajo costo y poco riesgo. Su uso ha disminuido debido a la introducción al mercado de sistemas más sofisticados y menos peligroso, como los ya nombrados detonadores electrónicos. Sin embargo, los sistemas de iniciación no eléctricos fueron progresando en términos de seguridad, fiabilidad, versatilidad y facilidad de uso. Una selección cuidadosa de los elementos en el sistema no eléctrico permitirá que se inicien tronaduras grandes más fácilmente y en forma segura. Es por eso que este informe trate sobre los aspectos básicos de estos sistemas, desde una definición simple de detonador, pasando por las parte que conforman estos sistemas electrónicos y pirotécnicos hasta llegar a sus diversas aplicaciones hoy en día en nuestro país.

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Introducción Las tornaduras son un proceso de gran importancia en la minería ya que a través de estas se realizan procesos necesarios para la obtención y extracción de la roca que posee el mineral, dentro de estos procesos podemos encontrar desarrollos de obras subterráneas (galerías, túneles, piques cavernas, etc.). Desarrollo obras en superficie (rampas, caminos Bancos en Estéril, etc.), además está la tornadura de producción y de reducción secundaria. Es por eso que las tronaduras deben ser de gran precisión y eficiencia ya que es un proceso fundamental en la producción minera , en particular sabemos que es la primera etapa del proceso de conminución, sea este definido por sus propias fases , siendo el “Chancado” él primero que requiere de una fragmentación mínima (la cual debe ser obtenida por una correcta tornadura ) para iniciar el proceso y continuar en la Molienda. Debido a lo anterior nace la urgencia de tener una herramienta que facilite el proceso y que minimicé los costos de operación y gestión. De esta forma, una de las tecnologías que cada día adquiere más relevancia y mayor presencia lo constituyen los detonadores electrónicos llegando a ser ocupado casi en su totalidad en la” Gran Minería” debido a las presiones de diversa índole que actualmente enfrenta la industria minera. Si bien el uso de estos sistemas implica un mayor costo y un cuidado especial, su inversión genera beneficios a corto y largo plazo. A su vez existen los detonadores pirotécnicos los cuales han perdurado en la industria minero con el pasar de los años, estos sistemas son los preferidos y recomendados para la iniciación de mallas grandes de tornaduras, proporcionando buen control sobre la secuencia de detonación y minimizando el impacto de los trastornos ambientales. En el presente informe veremos la tornadura pirotécnica, características y distintos tipos; además los últimos avances tecnológicos en lo que respecta a la Tronadura por iniciación Electrónica lo referente al funcionamiento de los distintos tipos de métodos utilizados y los beneficios comparativos entre estos. Respecto a las voladuras por iniciación electrónica cabe señalar que nos hemos basado en los últimos estudios realizado por la empresa” DetNet” Quien se dedica exclusivamente al desarrollo y comercialización de sistemas de detonadores electrónicos para voladuras, Hablando de los detonadores de estudio podemos mencionar que son detonadores de última generación (3G) lanzados al mercado en mayo del 2010. Es importante destacar que los detonadores electrónicos nacen bajo el Halo de la empresa “DetNet” en conjunto con un grupo de ingenieros, en el año 1984 en Sudáfrica.

¿Qué es un detonador?

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Un detonador es un dispositivo que permite iniciar altos explosivos, de acuerdo con un tiempo de retardo que contiene en el interior del "casquillo". Son considerados explosivos, ya que en su interior tienen 2 explosivos (primario y secundario) de alta sensibilidad. Por su parte los detonadores electrónicos fueron desarrollados a fines de los 80, y están formados por una unidad de retardo electrónico y un explosivo base. Estructura de los detonadores electrónicos El sistema del detonador electrónico se compone básicamente de dos elementos, uno de los cuales es el detonador propiamente tal y el otro el mando y programación. Detonador: Compuesto por una carga base, una carga primaria, un fusible, un microchip, y un cable eléctrico. Mando de programación: Esta conformado por una parte analógica, una digital y el sistema de encendido.

Detonadores Electrónicos 5

Funcionamiento Como vimos anteriormente el mando de programación esta 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 enseguida la señal de encendido a la cerilla inflamatoria. En este tipo de detonadores, el tiempo de disparo no se consigue gracias a un porta-retardo 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 y dependiendo del tipo de detonador electrónico. El sistema de retardo está compuesto por una mecha que arde con una determinada velocidad (segundos / metro), una pasta pirotécnica con una mejor precisión (milisegundos) y la última generación de sistemas de secuenciación basados en sistemas electrónicos con décimas de milisegundos de precisión. Esto significa que los detonadores diseñados para ser iniciados a 200 milisegundos, pueden iniciarse, por ejemplo, a 197 milisegundos o a 203 milisegundos. Este efecto se conoce como Dispersión. En principio, esto puede no ser relevante, pero en las operaciones de voladura (donde, a veces, cientos de detonadores son iniciados en un corto periodo de tiempo), este efecto de dispersión puede influir en la fragmentación, vibraciones o en el comportamiento global de la voladura. La dispersión crece a medida que el tiempo de retardo aumenta. El efecto de dispersión ha sido minimizado debido a mejoras técnicas y a inversión en investigación y desarrollo, que han mejorado las pastas de retardo, pero es muy difícil encontrar una sustancia pirotécnica sin dispersión. Esto ha sido resuelto introduciendo circuitos electrónicos en los sistemas de retardo de los detonadores. Actualmente la electrónica está muy desarrollada y los circuitos electrónicos son tan diminutos que es posible introducir estos sistemas en la cápsula de un detonador. Este es el principal motivo del desarrollo de los detonadores electrónicos. Finalmente, esta mejora permite un mejor grado de fragmentación y una menor vibración cuestión que no implica un costo mucho mayor, ya que, los actuales sistemas de iniciación electrónica proporcionan al ingeniero de voladuras el total control de la voladura.

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Tipos de detonadores eléctricos empresa DetNet 1.

SmartShot.

El SmartShot es un sistema de iniciación de disparo inalámbrico seguro, fiable, fácil de usar y diseñado para ser utilizado en cualquier parte. Además posee un rango de tiempo entre 0 a 20000ms con un alcance en línea de mira de 3000m Dentro de sus principales características podemos señalar que dispara 1600 detonares, modo inalámbrico, programación, auto y combinada.

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DigiShot y DigiShot Plus

El sistema de iniciación electrónica DigiShot es un innovador avance en la tecnología de 2 vías permitiendo lograr beneficios en base a la exactitud de tiempo de la iniciación electrónica a su particularidad de programación y robustez de los conectores de superficie. Sus principales características tenemos la gran exactitud de los tiempos de retardo que permite logra una mejor fragmentación mejorando el throughput del chancado, control en las vibraciones. Posee un software que puede ser manejado por cualquier tipo de usuario, el sistema de iniciación electrónica DigiShot automáticamente chequea la funcionalidad del detonador mientras asigna concurrentemente su ubicación según el patrón de voladura 3.

Quick Shot

Quick Shot es un sistema de iniciación electrónico con detonadores pre programados que ha sido diseñado para entornos donde la seguridad y la facilidad de uso son esenciales puesto que posee la capacidad de centralizar las voladuras Las características del Quick Shot ideales para las minas subterráneas , ya que logra centralizar las voladuras , generar tiempos precisos para aplicaciones en minera subterráneas puesto que posee una conexión en cadena y testeo de la instalación en forma continua , esto se complementa con un sistema de fácil uso 4.

Hot Shot

Este sistema puede ser ocupado en minería subterránea a o en superficie , tiene la capacidad promedio de hasta 600 detonadores , es simple de usar . Posee un retardo máximo de 20000m

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Ventajas y desventajas de los detonadores electrónicos Ventajas: • • • • • •

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No explosionan sin código activación. Están dotados de protecciones de sobretensiones. Su tensión de operación es pequeña. Son insensibles a corrientes estáticas. Permiten un total control de la tornadura. Reducción de las vibraciones producidas por voladuras Mejora de la fragmentación: Cada tipo de roca tiene una secuenciación que hace que la energía del explosivo se aproveche lo mejor posible, mejorando así los resultados de las voladuras. Así, para mejorar la fragmentación, para rocas blandases mejor establecer secuencias de retardo más largas y en rocas duras, es mejor acortar dicha secuencia. Este aspecto está influenciado por la velocidad sísmica de la roca, por lo que al ser esta propiedad un parámetro que varía para cada roca, al ser, por definición, un medio heterogéneo. De este modo, con la precisión de los detonadores electrónicos es posible adaptar la secuenciación en función de la roca existente. Precisión de tiempo de iniciación Capacidad de programar todos los detonadores Asignar cualquier tiempo de incremento en milisegundos a los detonadores, permitiendo un amplio rango de posibilidades de mejoras en las voladuras

Desventajas: • • •

Uno de los inconvenientes es la inversión necesaria para la adquisición de los equipos y accesorios del sistema. Este inconveniente es el mismo que se presenta para cualquier otro sistema, al necesitar equipos específicos para cada caso. Requerimiento de personal capacitado y apto necesario como para cualquier otro equipo o máquina que se usa actualmente en construcción y minería. Quizá el principal inconveniente es la una mala selección de los tiempos de iniciación pueden implicar la obtención de resultados contrarios a los previstos. Esto, que a priori puede parecer contradictorio no es difícil que ocurra. Por ejemplo este hecho puede ocurrir en voladuras en las que la secuenciación elegida haga que se disparen al mismo tiempo varios detonadores

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Detonadores Pirotécnicos Se pueden clasificar en dos grandes grupos:

1. Sistemas No Eléctricos de Iniciación a. Detonadores ordinarios y de Mecha Lenta Están formados por un casquillo de aluminio que contiene dos cargas: una carga base de un explosivo de alta velocidad de detonación en el fondo del tubo y una carga primaria de un explosivo más sensible. La mecha esta formada por un núcleo de pólvora negra en el interior de una envoltura cilíndrica formada por hilos textiles y capas impermeabilizantes, resistentes a la abrasión, a la humedad y a los esfuerzos mecánicos. La velocidad de combustión a lo largo del núcleo de pólvora, se expresa por el tiempo que tarda en arder un metro de mecha, en general, suele estar comprendida entre 100-140 segundos por metro. La vivacidad de la llama depende de la cantidad de pólvora que contenga la mecha y de la tensión con que los hilados hayan formado el recubrimiento sobre la pólvora. Las aplicaciones de estos accesorios son muy esporádicas, se utilizan aun en la pequeña minería. b. Detonadores por cordones detonantes de muy bajo gramaje Los cordones de muy baja energía están constituidos por un alma de pentrita con un gramaje variable entre 0.8 y 1.5 g/m rodeada de hilados y de una cubierta de plástico flexible de pequeño diámetro. El detonador situado en uno de los extremos del cordón es similar al eléctrico, quedando su inflamador sustituido por el cordón detonante, y el cual suele estar rematado en el extremo opuesto al detonador por un conectador de plástico que facilita su unión a la línea principal de disparo, constituida por un cordón de mayor gramaje Presentan una gran ventaja que es la no iniciación de los agentes explosivos como son los hidrogeles y el ANFO pudiendo así conseguirse el cebado en el fondo. c.

Detonadores Hercudet

Este sistema esta formado por un explosor especial conectado a los detonadores mediante un fino tubo de plástico que cierra el circuito. El explosor introduce en dicho circuito una mezcla gaseosa de dos componentes, oxigeno más gas combustible, iniciando la explosión de la misma cuando toda la línea esta llena de esa mezcla. Esto constituye una ventaja frente a otros no eléctricos, ya que da la posibilidad de comprobar el circuito, porque se introduce en el mismo un determinado caudal de aire o nitrógeno midiendo a continuación la presión.

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La detonación se propaga a una velocidad de 2400 metros por segundo, iniciando a su paso los detonadores conectados en sus extremos pero no el explosivo en contacto con los tubos, por lo que también hace factible el cebado en fondo. d. Detonadores Nonel Son cápsulas explosivas de microrretardo, ya que en su interior poseen un elemento retardor, que permite detonarlo a diferentes intervalos de tiempo. Esta formada por un tubo delgado plástico especial, recubierto en su interior por una sustancia reactiva que al ser activada conduce una onda de choque cuya presión y temperatura son suficientes para iniciar al fulminante de retardo. La velocidad de la onda de choque dentro del tubo es de unos 2000 metros por segundo. Este tipo de detonador es un sistema eficaz de iniciación para uso de minería subterránea, superficial y obras civiles, ofrece una alta seguridad de manipulación y los beneficios de sincronización sin riesgo, eliminando toda posibilidad de conexiones erróneas, además es más fácil adiestrar al nuevo personal en el encendido Nonel, ya que no necesita un control ni un calculo de las resistencias y perdidas a tierra. Ventajas Sistemas no eléctricos

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No sufren destrucción después de haber sido iniciado.

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No pueden iniciarse accidentalmente por descargas eléctricas, corrientes estáticas, transmisiones de radio frecuencia, fuego y fricción ni es afectado por las corrientes extrañas.

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Pueden sufrir nudos y quiebres bruscos, no perdiéndose sus característica de iniciación.

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Aumentan la flexibilidad de diseño, permitiendo una amplia elección de intervalos de retardo para lograr resultados específicos de tronadura.

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Se conectan en forma sencilla y rápida, sin requerir de accesorios especiales.

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La señal propagada por el tubo del interior es silenciosa.

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Permite lograr diagramas muy flexibles.

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Su aplicación se expande tanto para la minería subterránea como la de cielo abierto y obras civiles.

Desventajas Sistemas no eléctricos.

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Existe probabilidad de corte de iniciación cuando se emplea en combinación con cordón detonante no apropiado.

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Puede presentar un grado de error en el microretardo incluido, por lo cual los electrónicos son más precisos.

2. Sistemas Eléctricos de Iniciación El sistema de iniciación eléctrico puede convertir un impulso eléctrico en una detonación, en un tiempo determinado. Estos accesorios están constituidos por una cápsula de aluminio o cobre en la que se encaja un inflamador, un explosivo iniciador y un explosivo base. Si el detonador es de retardo o microretardo entre el inflamador y el explosivo primario existe un elemento pirotécnico retardador.

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De acuerdo con el lapso de tiempo transcurrido entre el momento en que se energitiza el detonador y el instante en que se produce la detonación de la capsula se agrupan en: -Detonadores instantáneos -Detonadores temporizados: De retardo y microretardo En las tronaduras los detonadores eléctricos se conectan formando un circuito que se une a la fuente de energía por medio de una línea troncal principal. Los tipos de conexiones que se emplean son: -En serie: Es el más utilizado por su sencillez y la posibilidad de comprobación por simple continuidad del mismo. - En Paralelo: Este sistema de conexión se utiliza sobre todo en trabajos subterráneos y es recomendable cuando el riesgo de derivación es alto. -En serie-Paralelo: se emplea cuando el número de detonador es muy grande y es necesario reducir la resistencia total para adaptarse a la capacidad del explosor.

Ventajas

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Muestran una baja probabilidad de traslape para tronaduras de tamaño pequeño,

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Buen control de la fragmentación y niveles de trastornos ambientales para tronaduras de tamaño pequeño,

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Se inician simultáneamente y el amarre correcto se puede confirmar al medir la resistencia antes de la iniciación.

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Mejor fragmentación para una misma carga explosiva.

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Mayor seguridad en ambientes grisuosos o susceptibles de inflamación,

Desventajas •

Su principal desventaja es la susceptibilidad ala iniciación por efectos de rayos o corrientes eléctricas inducidas (relámpagos, transmisiones de radio)

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Costos Para determinar los costos de los detonadores, nos contactamos con la empresa chilena Enaex, la cual nos envió una planilla de costos referenciales de sus productos, estos valores son netos y se les debe agregar el IVA:

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

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Detonador No Eléctrico LP chicote 4,2 mts = 3,12 us$/unidad

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Detonador No Eléctrico Handidet chicote 9,1 mt = 5,41 us$/unidad

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Detonador No Eléctrico Conectadet chicote 9,2 mt = 4,25 us$/unidad

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Detonador No Eléctrico TD chicote 100 mt = 29,45 us$/unidad

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Detonador No Eléctrico MS Connector = 4,0 us$/unidad

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Detonador Eléctrico Insensible Instantáneo chicote 2 mt = 3,86 us$/unidad

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Detonador Eléctrico Insensible MS chicote 5 mt = 4,61 us$/unidad

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Detonador Eléctrico Insensible LP chicote 5 mt = 4,55 us$/unidad

Con los productos electrónicos es diferentes ya que sus valores tienen relación con el largo de los chicotes y estos pueden tener valores promedios de 27 US$/unidad + los valores de los accesorios que se emplean más el servicio de la voladura. Los sistemas tradicionales son aparentemente más económicos, pero involucran un mayor riesgo operacional y ambiental. Dependiendo de la cantidad de pozos y la forma que adquiere la malla los costos pueden ser superiores a los sistemas que usan solo tubos de choque. Los sistemas electrónicos son los más caros, pero este alto costo puede ser beneficioso en el sentido de la utilidad que ellos ofrecen al obtener mejores fragmentación del material y pueden ser absorbidos por una disminución de otros costos que involucren la tronadura.

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Conclusión La tronadura, como primera etapa del proceso de molido de la roca, tiene como misión el preacondicionamiento o preparación de ésta para su posterior procesamiento, para así obtener un producto comercializable y en la forma más económica posible. El desafío, entonces, es transferir la energía del explosivo de la manera más eficiente para iniciar este proceso, propendiendo así a que las etapas siguientes se vean favorecidas. Es por esto que los sistemas de iniciación se han vuelto esenciales a la hora de obtener una mejor tronadura, ya que es el que transfiere la señal de detonación de barreno a barreno en un tiempo preciso. El sistema de iniciación no solo controla la secuencia de disparo de los barrenos, sino que también afecta la cantidad de vibración por una voladura, el tamaño de la fragmentación producida entre otros. Esto ha significado la necesidad de mejorar a través del tiempo estos sistemas, dándoles más precisión y seguridad, para quienes los emplean. Así es como pasamos de los detonadores comunes de mecha a la última tecnología en detonadores electrónicos, los cuales aseguran una gran precisión y control sobre el sistema. Si bien en términos de consumo los detonadores pirotécnicos son los más demandados. El uso o demanda de los detonadores electrónicos ha ido ganando su espacio, sobre todo en la gran minería y trabajos especiales de tronadura. Esperamos que en el futuro se siga avanzando en la elaboración de nuevas y más avanzadas tecnologías en detonadores, para así obtener un mejor proceso de tronadura y aumentar el porcentaje de ganancias de los negocios mineros.

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Bibliografía “Manual del uso de explosivos” versión 2002 Unión Española de Explosivos. “Sistema de iniciación electrónicos para tornadura” DetNet, detonadores Electrónicos 2010/SERNAGEOMIN

Limitada Mayo-

“Manual de explosivos” versión 1991, IRECO Chile Ltda. www.dynonobel.com http://es.scribd.com/doc/36333125/13-Accesorios-de-voladura http://es.scribd.com/doc/18663711/Manual-de-TronaduraEnaex

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