Contenido CAPACIDAD DE TRABAJO DE LOS EXPLOSIVOS...............................................2
Determinación del “Brisance mediante el ensa!" de #ess......................$% Princi&i" del m't"d"........... m't"d"...................... ..................... ..................... .............................................. ...................................
%$ CAPACIDAD DE TRABAJO DE LOS EXPLOSIVOS
La energía liberada durante los procesos explosivos se puede utilizar para llevar a cabo trabajo mecánico. La suma de todas las formas de trabajo mecánico realizado se asigna como el trabajo total realizado a causa de la energía de un explosivo. Dado que el trabajo mecánico sobre el entorno se realiza por productos gaseosos a causa de la energía térmica liberada durante el proceso de explosivo, la energía térmica total liberada puede ser tomada aproximadamente como la medida de la capacidad de trabajo potencialmente utilizada de un explosivo. Q =q M g=qV ρO
Donde q es el calor liberado por unidad de una masa de explosivo, M g es la masa del explosivo, V es el volumen del explosivo, y ρO es la densidad del explosivo. i se !ace una idea aproximada de que los productos gaseosos se comportan como un gas ideal, entonces el cambio de su energía interna " dE # es igual a la suma del calor intercambiado con el entorno " dQ # y el trabajo mecánico realizado " dA #. dE =dQ + dA
$demás, si se considera el proceso explosivo como un proceso adiabático en el que no !ay intercambio de calor con el entorno, es decir, la ecuaci%n anterior se convierte. dE =dA =c V dT
dQ = 0
, entonces
&s decir, el trabajo total, sin pérdidas, será A max =∫ c V dT
&l trabajo total es el trabajo máximo que serán realizadas por muc!os productos gaseosos si su energía se transforma por completo en el trabajo mecánico. &l trabajo máximo también se conoce como potencial explosivo, sin embargo, en la práctica, las diferentes formas de las pérdidas están siempre presentes. 'or lo tanto, el verdadero trabajo mecánico realizado a causa de la energía explosiva es siempre menor que el potencial explosivo. $l explicar las posibles formas de acci%n explosiva en el entorno que uno tiene que tener en mente las condiciones bajo las cuales el proceso explosivo se lleva a cabo, así como características de la explosiva dada. 'or ejemplo, cuando un propelente "o alto explosivo# se quema en las condiciones semicerrados y cerrados, entonces los productos gaseosos calientes que se forman durante la combusti%n ejercen una presi%n sobre el entorno, realizando así diferentes tipos de trabajo mecánico. 'ero, en el caso de la detonaci%n, la interacci%n entre los productos de detonaci%n y el entorno es muy diferente y por lo tanto la capacidad de un explosivo para realizar ciertos tipos de trabajo mecánico es diferente también. $ saber, a la llegada de una onda de detonaci%n explosiva a la superficie, los productos gaseosos ejercen un fuerte impacto dinámico en el medio ambiente. Debido al impacto, una onda de c!oque se origina y comienza a viajar por los medios de su entorno tales como el aire, el agua o s%lidos. Dependiendo de la densidad del medio en comparaci%n con la densidad de los productos de detonaci%n en el comienzo de su expansi%n, que o bien se continuará moviéndose "en el aire, por ejemplo# o se detendrá y reflejará. &sto (ltimo sucederá cuando los productos impacten contra una barrera rígida. )uando la detonaci%n se produce en el aire, los productos gaseosos que tienen una mayor densidad inicial que la densidad del aire de repente presionan !acia abajo el aire circundante. &n consecuencia, el aire comienza a moverse en la forma de una nube esférica. u borde anterior es la parte delantera para una onda de c!oque
creada. Los productos gaseosos se mueven detrás del frente de onda de c!oque. Después de una distancia de *+*, radios de la carga explosiva, los productos ya empiezan a quedarse atrás del frente de onda de c!oque. &n una distancia de -+- radios, estos permanecerán completamente detrás y se expandirán a la presi%n atmosférica. &n consecuencia, la principal forma de una acci%n explosiva como consecuencia de la detonaci%n es un fuerte impacto de los productos de detonaci%n y onda de c!oque en el medio circundante como peque/as distancias forman la superficie explosiva y la onda de c!oque en las distancias más grandes exclusivamente. in embargo, el potencial de trabajo de un explosivo no puede posiblemente ser expresada por medio de un solo parámetro termoquímica o parámetro de detonaci%n de un explosivo dado, tal como el calor liberado en las reacciones químicas o velocidad de detonaci%n. La capacidad de un cierto explosivo para realizar una clase definida de trabajo químico está determinada por varios parámetros0 la cantidad de gases formados en las reacciones el calor liberado, y la velocidad de detonaci%n. )uál de estos parámetros será el más importante para un tipo definido de trabajo depende principalmente de la condici%n bajo la cual el proceso se lleva a cabo explosivo. i, por ejemplo, un explosivo detona "o se quema# en condiciones cerradas o semicerradas "por ejemplo, en un taladro#, los parámetros más importantes para un potencial de trabajo de un explosivo son la cantidad de los productos gaseosos formados y el calor liberado. La velocidad de detonaci%n no juega un papel demasiado importante en este caso. &l potencial de trabajo de un explosivo, es decir, su fuerza, se puede predecir te%ricamente por medio de energía interna de los productos gaseosos o por medio de energía específica " f
# como parámetro termodinámicamente calculable más relevantes "1o!ler
y 2eyer, -3340 c!midt, -35*#0 f = pV =nRT
&l concepto de energía específica se puede explicar de la siguiente manera. )uando nos imaginamos la reacci%n de un explosivo para continuar sin una
expansi%n de volumen sin desprendimiento de calor, es posible calcular un valor termodinámico te%rico de la presi%n, que es la forma diferente la presi%n de onda de c!oque "detonaci%n#, i esta presi%n es a!ora multiplicado por el volumen del explosivo, se obtiene un valor de energía, la 6energía específica6, que es el mejor parámetro te%ricamente calculable para la comparaci%n de las 67ortalezas explosivos6 &ste valor de explosivos está convencionalmente se indican en 6metro+toneladas por 8g6.
i se considera la capacidad de un explosivo para crear un fuerte efecto de rotura en el entorno más pr%ximo de la carga explosiva, entonces el parámetro más importante para potencial de trabajo explosivo será la velocidad de detonaci%n. La capacidad de un explosivo para efectuar dic!o trabajo mecánico se llama 6brisance ability "capacidad de potencia rompedora#6. La palabra viene del briser, cosa que en francés significa 6!acer a/icos6, 6fragmentar6 9risance ability es principalmente el resultado del fuerte impacto dinámico de los productos de detonaci%n y ondas de c!oque en medio circundante. por tanto, esto es plenamente de la naturaleza dinámica de impulso. e !an !ec!o intentos para !acer cálculos te%ricos de la 6capacidad de potencia rompedora del explosivo6. )abe se/alar que algunos autores incluso !an comenzado a partir de diferentes supuestos físicos. $sí, por ejemplo, 1ast y :ess "citado en 9aum et al. -33# consideran que la potencia rompedora debe ser definido por la fuerza de la explosi%n, es decir, por la energía liberada por unidad de tiempo. in embargo, :ess descuida la influencia de la densidad del explosivo. ;oma una fuerza por unidad de masa explosiva, mientras que 1ast da mayor importancia a la densidad explosiva.
A max ρO τ
Donde B es la potencia rompedora y τ es la duraci%n del tiempo durante el trabajo. ;eniendo además que
τ es inversamente proporcional a la velocidad de
detonaci%n y A max es proporcional a la energía específica, la expresi%n de 1ast se convierte= B = f ρO D
&n -3*, 1ast introdujo el valor de potencia rompedora como una medida de la capacidad de un explosivo al fragmento o demoler un objeto s%lido cuando se dispara en contacto directo él. &l valor de potencia rompedora 9, se expresa como= B = f ρO D
Donde D es la velocidad de detonaci%n, ρO es la densidad de carga, y f
es la presi%n específica calculada en forma de la ley de los gases ideales
a la temperatura de explosi%n definida por= f = p0 v 0
T 273
Donde p es la presi%n atmosférica, y v es el volumen específico de los 0
0
productos de reacci%n gaseosos "cm4 > g# en el *?41 temperatura y presi%n po. La temperatura de explosi%n ; "1# viene dada por= T =
Qv cv
+ 273
Donde c v es el calor específico medio de los productos de la explosi%n.
9ec8er y c!midt "citado en 9aum et al, -3?# parten de una suposici%n !idrodinámicamente correcta sobre el proceso de detonaci%n y pensar que potencia rompedora se puede definir por medio de sobrepresi%n "p# en la detonaci%n de la onda de frente. ∆ p= p cj− pe = ρO DW
Las ecuaciones fundamentales de la teoría !idrodinámica de la detonaci%n son=
(
p2 − p 1 D= v 1 v 1 −v 2
W = ( v 1− v 2 )
(
)
1 2
p 2− p1 v 1− v 2
)
1 2
D=W + C
$quí D es la velocidad de detonaci%n0
W
y C son las velocidades de
partículas y sonido en el medio, respectivamente "productos de la detonaci%n# inmediatamente detrás del frente de onda0 v , p , y T son las variables de estados. 'artiendo de la suposici%n correcta de que en el momento de la colisi%n con una barrera la densidad de los productos de detonaci%n aumenta, y por tanto también la presi%n que act(a sobre la barrera, @udenberg sugiere que la potencia rompedora puede ser definida por la cantidad resumida. 2
pimp= ∆ p + ρ1 W 2
Donde ρ W es el momento en la zona de ondas de detonaci%n. 1
&l autor llama
pimp
como la fuerza impulsiva, y por fuertes ondas de
detonaci%n propone la expresi%n=
pimp=
y + 1 p cj y
eg(n Aeldovic! y tanyu8ovic! "9aum et al, -33, -3?#, potencia rompedora no depende s%lo de sobrepresi%n en el frente de onda de detonaci%n, sino en su duraci%n también. 'or lo tanto, los autores proponen que potencia rompedora debe ser definido por presi%n de acci%n impulsiva en una unidad de la zona de barrera, es decir, por impulso específico. Balor específico impulso puede ser calculada aproximadamente si se conoce la dependencia de presi%n+tiempo, suponiendo que no !ay dispersi%n lateral de los productos de detonaci%n, esto tiene la forma. p= A ρ
y
y que el exponente politr%pico tiene el valor de 4 "que es aproximadamente correcta para las ondas fuertes de detonaci%n y para las densidades de productos de detonaci%n cerca de la densidad en el punto )C#, así como que la velocidad del sonido en el punto )C y esta dada por la ecuaci%n. 3
C CJ = D 4
&cuaciones de gases dinámicos para el flujo isotr%pico uniforme
(
)
2 "# c + (" # c ! $ −1
()
"#
2
$ −1 x
c
)
=0
&ntonces la ecuaci%n para el cálculo de la presi%n que act(a sobre la barrera como una funci%n del tiempo, se obtiene p=
( ) ( ) 64 27
p cj
% !D
3
La integraci%n de la ecuaci%n anterior conduce al impulso total " f # de la onda de c!oque reflejada
'
& =∫ pd! = % / D
( ) ( ) 32 27
pcj (
% D
Donde es la secci%n transversal de la carga explosiva y
%
es la longitud de
la carga. ;eniendo esto 1
pcj ) ρO D
2
4
&ntonces la ecuaci%n para la impulsiva se convierte
( )
& =
8
27
( )
( pO D% =
8
27
M E D
Donde M E =( p O % es la masa de la carga explosiva. 'ara la determinaci%n experimental de la voladura capacidad "llamado también la energía de los productos de detonaci%n, la fuerza de explosivos, etc.# y potencia rompedora se propone una serie de métodos diferentes. Lo que la mayoría tienen en com(n es el !ec!o de que la capacidad de trabajo no se expresa en unidades de trabajo, pero con mayor frecuencia a tr avés de algunos otros parámetros= grado de compresi%n de los cilindros metálicos, aumento de volumen después de explosivo dentro del bloque de plomo, abolladura profundidad formada en la placa de acero después de la explosi%n, etc. 'ara la determinaci%n de la capacidad de voladura y potencia rompedora de explosivos, se utilizan los métodos siguientes= • • • • • • •
'rueba del bloque de plomo ";est de ;rauzl# 'rueba de explosi%n debajo de agua 'rueba del mortero balístico 'rueba del cilindro 'rueba de :ess 'rueba de 1ast 'rueba del abolladura de la placa
Determinación del “Brisance” mediante el ensay de !ess
Princi"i del m#td$
La potencia rompedora de un explosivo se determina sobre la base de la compresi%n de un cilindro de plomo bajo la acci%n de la onda de c!oque originada por la detonaci%n de una carga explosiva a prueba. La determinaci%n de la potencia rompedora se basa en la suposici%n de que la compresi%n cilindro de plomo es proporcional a la potencia rompedora de una carga
explosiva.
La potencia
rompedora de
un
explosivo puede
ser
expresada ya sea directamente a través de la deformaci%n del cilindro de plomo o como una potencia rompedora relativa en relaci%n con un explosivo de referencia. B =$ △ %
@&7&@&)E$= + +
@ 2eyer, C 1o!ler, $ :omburg. &xplosives. ixt! edition. Fermany $ 'ersson, @ :olmberg, C lee. @oc8 9lasting and &xplosives
&ngineering. + $. )oo8. ;!e Cournal of )!emical '!ysics, Bol -. G..$. -3H?.
