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TERMOQUIMICA DE LOS EXPLOSIVOS La termoquímica de los explosivos se refiere a los cambios de energía interna, principalmente “en forma de calor. La energía almacenada en 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. La ley de conservación de la energía establece que en cualquier sistema aislado la cantidad total de energía es constante, aunque la forma puede cambiar: Energía Potencial + Energía Cinética — Constante la energía suministrada se transforma en Trabajo útil ya que tienen lugar algunas pérdidas Existen dos métodos alternativos que pueden usarse para calcular los cambios de energía: uno, aplicando las leyes físicas y químicas conocidas y otro, 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 temperatura máximas. Por esto, es frecuentemente necesario realizar unos cálculos teóricos basados en el conocimiento de las leyes químico-físicas para predecir las propiedades de los explosivos o parámetros de la detonación. BALANCE DE OXIGENO Salvo la NG y el NA, la mayoria de los explosivos son deficientes en oxigeno, pues no tienen oxigeno suficiente para convertir cada átomo de carbono e hidrógeno presentes en la molécula explosiva en dióxido de carbono y agua. Normalmente, un explosivo no utiliza el oxígeno atmosférico durante el proceso de detonación. Por esto, el calor generado por la explosión de un producto deficiente en oxígeno es menor que el generado en condiciones de oxidación completa. El balance de oxígeno se expresa como un porcentaje que es igual a la diferencia entre el 100% y el porcentaje calculado (oxígeno presente-oxígeno necesario). En el caso de deficiencia de oxígeno el balance se da con signo negativo. En muchos explosivos la sensibilidad, la potencia y el poder rompedor aumentan conforme lo hace el balance de oxígeno, hasta alcanzar un máximo en el punto de equilibrio. En los explosivos con balance de oxígeno positivo, el oxígeno disponible se combina con los átomos de carbono para formar CO2 y óxidos de nitrógeno, algunos de color rojo. Los

humos rojos indican una cantidad de combustible insuficiente en la reacción, que puede ser debida a una mezcla, segregación o pérdida de combustible. Los explosivos con balance de oxígeno negativo forman óxidos incompletos, en particular CO, que es venenoso e incoloro. Los gases nitrosos se reducen mucho, por lo que en bastantes casos los explosivos se formulan con un pequeño balance de oxígeno negativo. VOLUMEN DE EXPLOSION Es el volumen que ocupan los gases producidos por un kilogramo de explosivo en condiciones normales. El volumen molecular, o volumen de la molécula gramo de cualquier gas, en condiciones normales es 22,4. Si se considera por ejemplo la NG, se tiene:

La explosión de 1 g-mol de NG genera 29/4= 7,25 g/mol de productos gaseosos a 0 0C y a presión atmosférica, por lo que el volumen de explosión será:

A una temperatura mayor el volumen de gases aumenta de acuerdo con la ley de GayLussac. Así, para el caso anterior considerando un incremento de 15 0C se tiene:

Normalmente, el volumen de explosion se expresa en términos de moles de gas por kilogramo de explosivo.

Para el ejemplo anterior se obtiene un valor de 31,9 moles de gas por kg de NG. ENERGIA MINIMA DISPONIBLE

Se entiende por energía minima disponible la cantidad de trabajo que realizan los productos gaseosos de una explosión cuando la presión permanece constante a 1 atm. Por ejemplo, la nitroglicerina al detonar produce un incremento del volumen molecular del 700%, mientras que la presión resistente se mantiene constante.

La ecuación diferencial para el trabajo de expansión es:

donde: Magnitud de la fuerza. dl =Elemento de distancia a través de la que se aplica la fuerza. Como la fuerza es igual a la presión por unidad de superficie, puede escribirse:

pero al ser «As x dl» el Cambio de volumen experimentado por los productos gaseosos, ya que constante, se tiene:

donde: — Trabajo de expansión. P= Presión resistente (1 atm). Volumen de explosivo. Volumen de los gases de explosión. Como el volumen del explosivo «V 1» es depreciable frente al volumen de los gases producidos «Vz», la cantidad de trabajo disponible viene dada por:

Para el caso de 1g-mol de nitroglicerina, sustituyendo en la ecuación anterior, se tiene:

Esa cantidad de trabajo se considera que es la energía mínima disponible.

TEMPERATURA DE LA EXPLOSION Es la temperatura a la que llega el proceso de reaccion explosive, en el caso de cada product, se expresa en grado centigrados(°C) o Kcal/Kg. Como en cualquier caso de combustión, la temperatura absoluta viene dada por:

donde: Qkv=¿Calor total desprendido a volumen constante. Mf =¿Peso en kg de cada uno de los productos de la reacción. Cc=¿ Calores específicos a la temperatura Como «ce = f (Te)», Kast y Beyling publicaron unas funciones de la forma «Ce= a— »para cada uno de los productos, de tal manera que se puede establecer:

A donde:

y por tanto:

b T

PRESION DE EXPLOSION Para los gases perfectos se cumple la relación «P x V = R x Te», pero para los gases reales se puede aplicar la Ley de Van der Waals:

En explosivos se desprecia el

valor, de donde se deduce la llamada Ley

de Sarrau(b=α )

El valor de «N» sería igual a cero en el caso de los gases perfectos, en los que «V — O» cuando «P = Cuando esto no ocurre «V — u», que representa el volumen de las moléculas gaseosas. Si además existe un cuerpo sólido incompresible al este sólido conserva prácticamente su volumen Luego el «Covolumen», en los gases y productos de una explosión, es igual a «u + Aunque éste es un concepto teórico, se acude a él para cálculos aproximados, igualando «u» al volumen de los gases a 200C por kilogramo de explosivo, dividido por 1.000, es decir:

manteniendo con un valor concreto. Si en la ecuación de Sarrau se considera «V» (volumen del barreno aproximadamente igual al del cartucho, en la primera fase de la explosión) y una densidad del explosivo «Pe», expresada en kg/l, para un kg de explosivo, 1 se tendrá v= y entonces: Pe

expresión que recibe el nombre de Noble y Abel. Al producto «R x Te» se le denomina «Presión o Fuerza Específica (fs) que puede interpretarse como la presión de I kg de explosivo que ocupara un litro de volumen y cuyos gases de explosión fueran perfectos «u = O». Es un concepto teórico que simplifica algunas fórmulas y permite comparar explosivos.

A partir de «fe se obtiene el valor de «P».

La presión «P» en MPa, cuando «pe» se expresa en kg/m 3, viene dada por:

El valor de «a» ha sido estimado por Hino (1959) a partir del volumen específico «vs» (volumen del explosivo o del barreno entre la masa de explosivo):

BIBLIOGRAFIA

- Manual de perforacion y voladura de rocas - https://books.google.com.co/books? id=TrwIMcDiuQUC&pg=PA134&lpg=PA134&dq=metodos+alternativos+pa ra+calcular+los+cambios+de+energia&source=bl&ots=qZhgEtloAs&sig=k4 r4mnhsZwtX3plvNg0R_RsicLk&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwjh64vBg9fV AhVB2SYKHbWBDjoQ6AEIJDAA#v=onepage&q=metodos%20alternativos %20para%20calcular%20los%20cambios%20de%20energia&f=false