Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería en Minas Métodos de Explotación
Detonadores Pirotécnicos Franco Herrera Olivares
Profesor: Bernardo Reyes Cabrera Coordinación: B-1
Fecha: 03/04/2014
Índice 1.
2.
Introducción............................................................................................................................................... 3 1.1
Motivos que dan inicio al estudio: .................................................................................................... 3
1.2
Objetivos ........................................................................................................................................... 3
Desarrollo .................................................................................................................................................. 4 2.1
Detonadores: ................................................................................................................................ 4
2.2
Detonadores pirotécnicos: ........................................................................................................... 4
2.2.1
Sistema no eléctrico de iniciación:....................................................................................... 4
2.2.1.1
Detonadores ordinarios y Mecha Lenta: ........................................................................ 4
Ventajas: .............................................................................................................................. 5
Desventajas: ......................................................................................................................... 5
Aplicaciones: ........................................................................................................................ 5
Costos: ................................................................................................................................. 5
2.2.1.2
Detonadores Nonel o sistema de tubo de choque .......................................................... 6
Ventajas: .............................................................................................................................. 6
Desventajas: ......................................................................................................................... 7
Aplicaciones: ........................................................................................................................ 7
Costos: ................................................................................................................................. 7
2.2.1.3
Cordón detonante: .......................................................................................................... 7
Ventajas: .............................................................................................................................. 8
Desventajas: ......................................................................................................................... 8
Aplicaciones: ........................................................................................................................ 8
Costos: ................................................................................................................................. 8
2.2.2
Sistema eléctrico de iniciación: ........................................................................................... 9
2.2.2.1
Detonadores eléctricos:................................................................................................... 9
Ventajas: ............................................................................................................................ 12
Desventajas: ....................................................................................................................... 12
Aplicaciones: ...................................................................................................................... 12
Costos: ............................................................................................................................... 12
3.
Conclusión ............................................................................................................................................... 13
4.
Bibliografía ............................................................................................................................................... 14
1. Introduccion 1.1 Motivos que dan inicio al estudio: La minería en Chile es demasiado importante, forma parte de la identidad y es la clave para el desarrollo de los chilenos ya sea en el ámbito económico o para su sociedad y cultura. La minería siempre ha estado presente en la historia de chile, desde que los indígenas habitaban las tierras chilenas y extraían mineral para ocuparlo en la fabricación de herramientas. Chile es uno de los mayores productores y exportadores de cobre en el mundo, pero para que esto sea posible los chilenos han desarrollado técnica como la tronadura, que sin ella sería imposible los procesos que continúan y son de gran relevancia para la obtención y extracción de las rocas que poseen minerales, como el chancado, la molienda, etc. Por ende las tronaduras deben ser ejecutadas por personas capacitadas que reducirán al mínimo las probabilidades de error. Los ingenieros buscan reducir los costos de operación y maximizar al máximo posible la productividad de manera competente y segura para los trabajadores, además de contar con las herramientas necesarias para realizar esta labor, como por ejemplo los detonadores que activan los explosivos. Por lo tanto es sumamente importante saber lo que es un detonador. Los detonadores pirotécnicos han perdurado a lo largo de la historia de la minería, siendo los preferidos por muchas empresas privadas o estatales, ya que proporcionan buen control en la secuencia de explosiones y minimizan el impacto ambiental. Pero en la actualidad sus usos han disminuidos por la aparición en el mercado de detonadores electrónicos. 1.2 Objetivos El informe se enfocara en los detonadores pirotécnicos por la gran importancia que tienen y su larga trayectoria en la minería, por lo tanto el objetivo principal es que el lector al final del estudio comprenda lo siguiente:
Descripción general de los diferentes tipos de detonadores pirotécnicos Sus formas de uso Ventajas y desventajas de cada tipo Aplicaciones de cada tipo Costos de cada tipo
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2. Desarrollo 2.1 Detonadores: Un detonador es un dispositivo utilizado para activar un artefacto explosivo, como TNT, dinamita, o plástico secundario. Estos detonadores son usados en la minería, en trabajos como tronaduras o voladuras. Los detonadores se pueden diferenciar en dos grandes grupos: pirotécnicos y electrónicos. 2.2 Detonadores pirotécnicos: Se pueden diferenciar en dos grandes grupos:
Sistemas eléctricos de iniciación: son los que se activan por medio de energía eléctrica. Sistemas no eléctricos de iniciación: son los que no se activan por medio de energía eléctrica.
2.2.1
Sistema no eléctrico de iniciación:
2.2.1.1 Detonadores ordinarios y Mecha Lenta: Es el elemento que sirve para transformar la llama de una mecha en una detonación que sirve de onda inicial para provocar la de otro explosivo. 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. El procedimiento de iniciación de esta carga se lleva a cabo mediante una mecha lenta, la cual es introducida por el extremo libre del detonador. Este extremo libre, deja a la vista parte del explosivo, explosivo que es extremadamente sensible al choque y al rozamiento, por lo que no debe tocarse con ningún objeto, salvo por la mecha lenta al momento que queramos dar fuego al detonador. Fig. 1.1. La mecha está 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. Las mechas están clasificadas en tres categorías:
CLASE A, Tipo III: Implica que es una mecha plástica recubierta con una cera parafínica, entrampada en un doble tejido ubicado sobre el recubrimiento plástico. Permite resistir al chispeo lateral y a la humedad. CLASE B, Tipo III: Este Tipo de mecha resiste Chispeo Lateral. CLASE C, Tipo III: Este Tipo de mecha no resiste Chispeo Lateral, ni la Humedad, es una mecha de muy baja calidad.
El tiempo de combustión es normalmente de 2 minutos por metro, con una tolerancia del ± 10%. Aunque la velocidad de combustión de la mecha depende de la altitud geográfica donde se utilice.
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Figura 1.1. Detonador Ordinario Es necesario utilizar unas precauciones antes de utilizar una mecha como tener en cuenta la humedad y suciedad, forma de corte. El corte de !a mecha lenta para que se produzca un buen contacto con la mezcla de ignición del detonador debe ser normal al eje del núcleo de la misma. Fig. 1.2.
Figura 1.2. Precauciones de uso
Ventajas: o o
Desventajas: o o o
Simple manejo Bajo Costo
No hay control absoluto luego de que la mecha es iniciada No es preciso Control de seguridad cuestionable
Aplicaciones: Las aplicaciones de estos accesorios se han ido reduciendo a lo largo del tiempo, siendo en estos momentos muy esporádica su utilización. Sin embargo, aún es usado en pequeñas operaciones de iniciación, tronadura secundaria, pruebas de laboratorios, donde se requiere aplicar métodos más económicos.
Costos:
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No hay mucha información, pero son más económicos que los demás detonadores. 2.2.1.2 Detonadores Nonel o sistema de tubo de choque Los detonadores no eléctricos (nonel), son elementos altamente precisos en tiempo, que constan de una capsula de aluminio, que contiene en su interior una carga primaria de Azida de plomo, una secundaria de PETN, un sistema amortiguador de onda de detonación (DIB) y un tapón de goma semiconductora. Fig. 2.1.
Figura 2.1. Detonador Nonel Estos sistemas se caracterizan por emitir una onda de choque de baja velocidad (aproximadamente 2000 m/s) que se propaga a través de un tubo de plástico en cuyo interior contiene una película delgada de explosivo de 20 mg/m, la cual es transmitida hacia el detonador. La reacción no es violenta, es relativamente silenciosa y no causa interrupción ni al explosivo ni al taco. La iniciación puede realizarse mediante un detonador, un cordón detonante o una pistola especial cargada con cartuchos de fogueo. Los intervalos de retardo de estos detonadores de fabricación sueca son de 25 ms, 100 ms, 200 ms y 500 ms, abarcando desde un tiempo mínimo de 75 ms hasta un máximo de 2.000ms, dependiendo de los números de la serie.
Características del detonador:
o
Carga explosiva: El extremo inferior del detonador contiene una carga base de PETN y una carga primaria de Azida de Plomo lo que le confiere una potencia equivalente a fuerza N° 12. Cushion Disk: Es un “anillo limpiador” su función es asegurar Ia limpieza posterior de todos los restos de explosivos adheridos en Ia pared interior del casquillo. Está diseñado para otorgar una gran resistencia al impacto y a la detonación por simpatía. Tren de retardo: formado por uno, dos o tres elementos pirotécnicos. Delay Ignition Buffer (DIB): Acelerador de energía, permite una mayor precisión y evita el problema de reversión de la onda de choque. Sello antiestático: elemento fundamental para eliminar el riesgo de iniciación por descargas estáticas accidentales
o
o o o
Ventajas: o o
Fácil de usar El sistema no se inicia por golpes
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o o o
o o
Resistentes No perturba el taco ni el explosivo No puede iniciarse accidentalmente por descargas eléctricas, corrientes estáticas, transmisiones de radio de alta frecuencia, fuego y fricción ni es afectado por las corrientes extrañas. Buena precisión Alta seguridad
Desventajas: o Puede llegar a cortarse producto de detritus de taco de mala calidad. o Existe probabilidad de corte de iniciación cuando se emplea en combinación con cordón detonante no apropiado. o imposibilidad de comprobar los circuitos de disparo, teniendo que basarse ésta en la simple inspección visual.
Aplicaciones: o Para uso en minería a cielo abierto, subterránea y obras civiles o Para iniciar explosivos del tipo dinamitas, emulsiones pequeño diámetro y pentolitas APD. o Los Detonadores No Eléctricos de la serie Milisegundo (MS), son utilizados en tronadura de banqueo en minería a cielo abierto y en tronaduras de desarrollo horizontales, verticales e inclinados y producción en minería subterránea
Costos: o Detonador No Eléctrico MS chicote 4,2 mts = 2,87 us$/unidad o Detonador No Eléctrico LP chicote 4,2 mts = 3,12 us$/unidad o Detonador No Eléctrico Handidet chicote 9,1 mt = 5,41 us$/unidad o Detonador No Eléctrico Conectadet chicote 9,2 mt = 4,25 us$/unidad o Detonador No Eléctrico TD chicote 100 mt = 29,45 us$/unidad o Detonador No Eléctrico MS Connector = 4,0 us$/unidad Estos costos son aproximados, los cuales corresponden a la empresa ENAEX.
2.2.1.3 Cordón detonante: Según la concentración lineal de PETN, en Chile se comercializan cordones de 1.5, 10.3.8, 5, 10, 32 y 42 gr/m rodeados por varias capas de hilados y fibras textiles, con un recubrimiento exterior de cloruro de polivinilo que permite que tengan unas características adecuadas de flexibilidad, impermeabilidad, resistencia a la tracción y a la humedad. Fig. 3.1. El cordón detonante es relativamente insensible y su velocidad de detonación es cercana a 7.000 m/s.
Figura 3.1. Cordón Detonante
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Ventajas: o o o o
Desventajas: o o o o
Simple Ajuste de tamaño por corte Tiempos flexibles Consumido durante la detonación
Alto nivel de ruido Reacción violenta Perturba el taco y el explosivo No puede verificarse continuidad excepto por inspección visual.
Aplicaciones: Su misión principal es transmitir la detonación iniciada por un detonador a una carga de explosivo, pero también se emplean en otros usos según su concentración de PETN:
Costos: El difícil determinar un costo, pero en la página de la empresa ENAEX, se puede extraer un cuadro con el costo de cordón detonante 5gr/m además de otros detonadores:
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2.2.2
Sistema eléctrico de iniciación:
2.2.2.1 Detonadores eléctricos: Los detonadores eléctricos como su nombre lo indica, son los que se activan por medio de energía eléctrica. De acuerdo con el lapso de tiempo transcurrido entre el momento en que se energética el detonador y el instante en que se produce la detonación de las cápsulas se agrupan en:
Detonadores instantáneos. Detonadores de retardo. Detonadores de microrretardo.
Están constituidos por una cápsula de aluminio o cobre en la que se aloja un inflamadorpirotécnico, una carga explosiva compuesta por un explosivo primario y un explosivo secundario. Cuando el detonador es de tiempo, tanto si es de retardo o microretardo, lleva incorporado entre el inflamador y el explosivo un elemento de retardo con un tiempo de combustión especificado. Fig. 4.1. Desde el punto de vista eléctrico los detonadores se clasifican según el impulso de encendido o energía por unidad de resistencia eléctrica que se precisa para provocar la inflamación de la píldora del detonador. Así pues en chile los tipos de sistemas usados y según su sensibilidad son: - Detonador de Sensibilidad Normal. - Detonador Insensible. - Detonador Altamente Insensible Características de los detonadores eléctricos DYNO NOBEL
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Detonador Temporizado
Detonador Instantáneo
Figura 4.1. Detonador temporizado y detonador Instantáneo En las tronaduras, los detonadores eléctricos se conectan entre si formando un circuito que se une a la fuente de energía por medio de una línea troncal principal, Los tipos de conexiones posibles realizar son (La formulas e imágenes que aparecerán a continuación son del “Manual de Tronadura de ENAEX”):
En serie:
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Este tipo de circuito es el más utilizado por su sencillez y por la posibilidad de comprobación por simple continuidad del mismo. Si el número de detonadores es alto, la tensión del explosor necesario es elevada y el amperaje que resulta es pequeño pues viene dado por:
En paralelo:
La resistencia Total viene dada por:
Este sistema de conexión se utiliza sobre todo, en trabajos subterráneos y es recomendable cuando el riesgo de derivación es alto.
En serie y paralelo:
En conexiones equilibradas se tiene:
Este tipo de circuito se emplea cuando el número de detonadores es muy grande y es necesario reducir la resistencia total para adaptarse a la capacidad del explosor. Una fórmula para determinar
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el número óptimo de series en paralelo a partir de un conjunto de detonadores, disponiendo ya de un explosor, es:
Ventajas: o o o o
Desventajas: o o
Se inician simultáneamente El amarre correcto se puede confirmar al medir la resistencia antes de la iniciación Exactitud y dispersión de las cápsulas con que funciona Confiablidad
Susceptibilidad a la iniciación por efecto de rayos o corrientes eléctricas inducidas El disparo de grandes tronaduras con detonadores eléctricos puede requerir varios sistemas de generación de potencia
Aplicaciones: Existen en el mercado detonadores resistentes a altas presiones de agua para voladuras submarinas, detonadores de cobre para ambientes grisuosos o inflamables y detonadores para prospecciones sísmicas. Estos son utilizados en tronaduras y en minería a cielo abierto, subterránea y obras civiles
Costos: o o o
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 Estos costos son aproximados y corresponden a la empresa ENAEX.
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3. Conclusion La mayor importancia de los detonadores pirotécnicos, es el papel fundamental o utilización que desempeñan en minería a cielo abierto, subterránea, obras civiles, como por ejemplo para iniciar explosivos, para ser utilizados en tronadura de banqueo en minería a cielo abierto, en tronaduras de desarrollo horizontales, verticales e inclinados, producción en minería subterránea o en pequeñas operaciones de iniciación, tronadura secundaria, pruebas de laboratorios, donde se requiere aplicar métodos más económicos. Sin todos estos procesos serían imposibles los siguientes (Carguío, transporte, chancado, molienda, etc.) lo que implica que no se lograra el objetivo de explotación, obtención de recursos y generación de utilidades a partir de un respectivo yacimiento. El desafío es ocupar los explosivos de la manera más eficiente posible, un ingeniero que domine todos los tipos de detonadores podrá saber con exactitud en que ocasión y momento utilizarlos, según las condiciones atmosféricas y de terreno que estén presentes, para de este modo optimizar las ganancias de la empresa. Si bien en termino de costos los detonadores de mecha lenta son económicos, traen problemas como poca precisión y seguridad, lo que en minería es un gran problema, ya que es primordial la seguridad de los trabadores, por lo tanto es importante volver a enfatizar que un buen profesional a cargo cumplirá con los requisitos que se necesitan en la minería actual, como la seguridad y el medio ambiente. Es importante destacar que cualquier tecnología nueva traerá beneficios y nuevos desafíos como introducir más seguridad a los detonadores y requerirá que sus usuarios comprendan las diferencias, capacidades y complejidades con el fin de evitar errores.
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4. Bibliografía
Chavez, Walterio. “Explosivos y tronaduras”, (Departamento de Seguridad Minera, Subdirección Nacional de Minería, Servicio Nacional de Geología y Minería, SERNAGEOMIN. Auspiciado por: Empresa Nacional de Minería, ENAMI): (Agosto de 1994, primera edición), Santiago de Chile. IMPRESOS OGAR. Unión Española de Explosivos: “Manual de empleo de explosivos” (Unión Española de Explosivos, S. A. (UEE)): (Abril de 2002), Madrid, España. Gráficas Rógar, S. A. Navalcarnero. Hector Mora. “Manual de radioscopia”. Editorial club universitario. San Vicente (Alicante). Disponible en: http://books.google.cl/books?id=M7_9R3TYL0C&printsec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=f alse. “Accesorios de Voladura”. Disponible en: http://es.scribd.com/doc/36333125/13-Accesoriosde-voladura. ENAEX. “Manual de Tronadura”. Disponible en: http://es.scribd.com/doc/18663711/Manualde-TronaduraEnaex. “Detonador, Tipos, Iniciadores municiones láser, Historia” Disponible en: http://centrodeartigos.com/articulos-utiles/article_114042.html.
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