En realidad, esta es una pregunta bastante complicada, ya que están sucediendo muchas cosas diferentes que son relevantes para varios tipos de explosivos, pero no necesariamente para todos los tipos. Ejemplo: algunos explosivos pueden quemarse sin explotar y deben ser iniciados por una onda de choque de alta velocidad.
He consolidado y resumido muchos datos relevantes de un par de fuentes primarias
- http://www.psemc.com/wp-content/…
- TRACE Fire Protection and Safety Consultants, Ltd.
Teoría de la explosión
- Si Física, Química, Biología y Matemáticas fueran continentes, ¿cuál sería el más grande y por qué?
- ¿Por qué algunos materiales se secan más rápido que otros?
- Química: si no hay un recipiente para contener tungsteno fundido, ¿cómo investigan los científicos sobre él?
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El término explosivos generalmente se usa en referencia a una amplia gama de materiales energéticos que pueden reaccionar químicamente para producir calor, luz y gas.
En general, un explosivo tiene tres características básicas:
- Es un compuesto químico inestable o una mezcla encendida por calor, choque, impacto, fricción o una combinación de estas condiciones;
- Al encenderse, se descompone muy rápidamente en una detonación (a diferencia de una deflagración, que es una descomposición más lenta como con el encendido de la pólvora);
- Tras la detonación hay una “liberación rápida de calor y grandes cantidades de gases a alta presión, que se expanden rápidamente con fuerza suficiente para superar las fuerzas de confinamiento, por ejemplo, las fuerzas de confinamiento de la formación rocosa circundante.
Explosivos
- Explosivos Una mezcla de sólidos o sólidos y líquidos que al iniciarse provocan una descomposición rápida y violenta, y producen grandes volúmenes de gas. (Fase condensada)
- Explosivos El término explosivos generalmente se usa en referencia a una amplia gama de materiales energéticos que pueden reaccionar químicamente para producir calor, luz y gas.
- Los explosivos son composiciones o mezclas de materiales, que son capaces de experimentar una reacción química exotérmica a velocidades extremadamente rápidas para producir productos de reacción gaseosos y / o sólidos a alta presión y temperatura.
- La característica de un explosivo es un atributo medido como un valor de rendimiento después o durante la reacción química. La velocidad de detonación, la presión de detonación, la velocidad de las fórmulas de detonación, la sensibilidad al choque, la sensibilidad de iniciación láser, la equivalencia TNT, el brillo, el impacto y la fricción se clasifican como características.
En general, un explosivo tiene tres características básicas:
- Es un compuesto químico inestable o una mezcla encendida por calor, choque, impacto, fricción o una combinación de estas condiciones;
- Al encenderse, se descompone muy rápidamente en una detonación (a diferencia de una deflagración, que es una descomposición más lenta como con el encendido de la pólvora);
- Tras la detonación hay una “liberación rápida de calor y grandes cantidades de gases a alta presión, que se expanden rápidamente con fuerza suficiente para superar las fuerzas de confinamiento, por ejemplo, las fuerzas de confinamiento de la formación rocosa circundante”.
CLASES DE EXPLOSIVOS QUÍMICOS
Según su velocidad de reacción química y las características de salida resultantes, los explosivos se clasifican como explosivos bajos y explosivos altos. No existe una línea clara de demarcación entre las dos clases, y dentro de cada clase puede haber explosivos de rendimiento considerablemente diferente, ya que se agrupan solo según la velocidad de reacción.
En general, los explosivos bajos, que deflagran (queman) en lugar de detonar y propagarse a velocidades de 1,000 metros por segundo (m / s) y menos, incluyen los propulsores, pirotecnia y explosivos iniciadores o de iniciación.
- Los ejemplos son nitrocelulosa, polvo de doble base, polvo sin humo, polvo negro, cordita y las mezclas de metaloxidificadores.
Los explosivos que detonan y se propagan a velocidades superiores a 1000 m / s, en general son explosivos altos e incluyen los explosivos secundarios.
- RDX, HMX, HNS, DIPAM, TETRYL, DATB, TATB, PETN, TNT, la mayoría de sus composiciones, y los explosivos primarios conducen azida y estireno de plomo.
Explosivos bajos
- Los explosivos bajos se deflagran (queman) en lugar de detonar, se queman progresivamente y la reacción es subsónica. Los bajos explosivos ejercen más un efecto de empuje o levantamiento (cuando están confinados), y generalmente se usan como polvos propulsores.
- Los explosivos bajos son sensibles al calor, la fricción y los golpes.
- Los ejemplos de bajos explosivos incluyen: polvo negro, polvo sin humo y polvo flash.
Explosivos Altos
- Los altos explosivos detonan, y el proceso de detonación es progresivo. Estos explosivos tienen una velocidad de reacción rápida y un rango de sensibilidad desde sensible (primario) a insensible (agentes de explosión)
- Los explosivos altos se dividen en tres categorías principales, explosivos primarios (o iniciadores), explosivos secundarios, refuerzos y explosivos secundarios, carga principal.
- Los explosivos altos son aquellos en los que la reacción química, que ha sido iniciada por calor o choque, se propagará a velocidades de detonación. El resultado simula una liberación instantánea de los productos de explosión. Esto se denomina detonación, o explosión de alto orden, para diferenciarlo de las explosiones de bajo orden, como la combustión rápida de pirotecnia y propulsores. Los productos de la combustión de altos explosivos producen temperaturas extremadamente altas (p. Ej. RDX 3600 ° K), grandes cantidades de gas y algunos sólidos. Los altos explosivos se pueden controlar para deflagrar y, como tales, se pueden usar como propulsores.
Explosión de la combustión
- Los combustibles de iniciación (un material que produce calor a través de la combustión) y la combustión rápida resultante del combustible en un área confinada. Varios combustibles cuando se encienden y confinan pueden provocar una explosión de combustión. (Combustibles difusos)
- Al igual que con muchos de los términos asociados con explosiones, también hay otros términos que describen explosiones de combustión, “Explosión de deflagración”. (Ver Deflagración) El uso de cualquiera de estos descriptores es correcto.
- Gases combustibles
- Gas natural, gas manufacturado, gas LP y gases similares comúnmente utilizados para fines comerciales o residenciales, es decir, calefacción, refrigeración o cocina.
- Gases industriales
- Se podría incluir una amplia variedad de productos en esta lista.
- Polvo
- Cabe señalar que una gran variedad de materiales, incluso aquellos que generalmente no se consideran combustibles, reaccionarán violentamente cuando estén en suspensión y en presencia de una fuente de ignición adecuada.
- Fumar
- Los subproductos de la combustión, en las condiciones adecuadas, pueden reaccionar violentamente y formar una explosión de combustión.
Detonación
- Combustión instantánea o conversión de un sólido, líquido o gas en grandes cantidades de gases en expansión acompañados de calor, choque y ruido.
- La detonación es una reacción química violenta dentro de un compuesto químico o mezcla mecánica que desarrolla calor y presión. La detonación es una reacción que avanza a través del material reaccionado hacia el material no reaccionado a una velocidad supersónica. El resultado de la reacción química es el ejercicio de una presión extremadamente alta sobre el medio circundante formando una onda expansiva de propagación que originalmente es de velocidad supersónica. Una detonación, cuando el material se encuentra en o cerca de la superficie del suelo, se caracteriza normalmente por un cráter.
- Onda de detonación
- Una onda de detonación es una onda de choque en un material reactivo (explosivo) donde la reacción química se lleva a cabo en el frente de choque.
- Velocidad de detonación
- La velocidad a la que la onda de detonación / combustión viaja a través del producto explosivo. La velocidad o la rapidez con que se produce la reacción química o la velocidad de la reacción. Solo los explosivos altos tienen una velocidad de detonación (VOD). La velocidad de reacción se mide en pies / segundo o metros / segundo. Velocidad de detonación (VOD): una onda de choque explosiva alta generalmente varía de 6500 pies / segundo (2,000 m / segundo) a 26,000 pies / segundo (8,000 m / segundo), la velocidad del sonido es 1085 pies / segundo (331 m / segundo) en el aire. 1 pie = .3048 metros
- Velocidad de explosión
- La velocidad a la que la onda de detonación / combustión viaja a través del producto explosivo. La velocidad o la rapidez con que se produce la reacción química o la velocidad de la reacción. La velocidad de explosión (VOE) se refiere a explosivos altos y bajos. La velocidad de reacción se mide en pies / segundo o metros / segundo.
- Brisance
- Brisance es el efecto de fragmentación destructiva de una carga en su vecindad inmediata. Los parámetros relevantes a este respecto son la velocidad de detonación y la densidad de carga (cuán compactos son los explosivos) y el calor de la explosión y el rendimiento de gas.
- Brisance también describe el efecto demoledor de un explosivo que es una combinación de potencia y velocidad. Cuanto mayor es la potencia y mayor es la velocidad de la detonación, mayor es el efecto de brisance y shattering. Los explosivos de alto brillo se utilizan para la voladura de rocas duras y los explosivos de bajo brillo se usan para la voladura donde se requiere un efecto de empuje o levantamiento mayor que el de romper.
Detonador
- En un tren explosivo, ese componente que, cuando es detonado por el cebador, a su vez detona un explosivo alto menos sensible pero más grande (generalmente el refuerzo); o cuando contiene su propio cebador inicia la detonación.
- Un detonador es cualquier dispositivo que contiene una carga detonadora que se utiliza para iniciar la detonación en un explosivo. El término incluye, pero no se limita a, tapas de granallado eléctrico de tipo instantáneo y de retardo, casquillos de granallado no eléctricos utilizados con fusibles de seguridad y conectores de retardo del cable de detonación.
- La tapa de voladura (eléctrica o no eléctrica) se usa a menudo para denotar un detonador.
Quemación rápida
- Quema rápida
- La deflagración es una reacción química rápida en la que la producción de calor es suficiente para permitir que la reacción continúe y se acelere sin la entrada de calor de otra fuente. La deflagración es un fenómeno de superficie con los productos de reacción que fluyen lejos del material sin reaccionar a lo largo de la superficie a velocidad subsónica. El efecto de una verdadera deflagración bajo confinamiento es una explosión. El confinamiento de la reacción aumenta la presión, la velocidad de reacción y la temperatura, y puede causar la transición a una detonación.
- Deflagración a la transición de detonación (DDT)
- En detonadores donde los explosivos primarios se inician por calor de llama, pero se transforman en una detonación.
Explosión sentada
- El asiento de la explosión se define como el “cráter” o “área de mayor daño” causado por la explosión. Esta área también se llama “epicentro” y es el punto de origen de la explosión. El inicio de explosivos o el área donde ocurre una explosión mecánica dejará un área visible para indicar la ubicación del “epicentro”. Sin embargo, a menudo como resultado de daño estructural, colapso y daño similar, el área del “epicentro” puede estar algo enmascarada. Sin embargo, con un análisis cuidadoso esta área a menudo se puede detectar.
- Caracteristicas
- Cráter
- Altas presiones
- Tasas rápidas de aumento de presión
- Detonaciones – velocidad explosiva supersónica
- Combustibles o productos involucrados
- Explosivos
- Calderas de vapor
- BLEVE
- Gases o vapores líquidos fuertemente confinados
Explosión no sentada
- Esas explosiones donde no hay evidencia física de un solo lugar donde se originó la explosión. Las explosiones no asentadas generalmente son el resultado de la ignición de combustibles difusos tales como gases (es decir, gas natural, GLP, gases cloacales, gases industriales), vapores de líquidos agrupados (es decir, vapores de gasolina, diluyentes de laca, MEK) y polvos.
- Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, mediante un análisis cuidadoso de la escena, a menudo existe una dirección definida de sobrepresión que puede detectarse aunque no haya formación de cráter. Además, el epicentro es donde está la fuente de ignición y no la ubicación de la fuga de gas combustible.
- Caracteristicas
- Sin cráter
- Combustibles de amplia difusión
- Tasas moderadas de aumento de presión
- Deflagraciones subsónicas
- Combustibles
- Gases combustibles
- Una categoría general de explosiones de combustión que se producen como resultado de la ignición de combustibles difusos como gases (es decir, gas natural, GLP, gases de alcantarillado, gases industriales), vapores de líquidos agrupados (es decir, vapores de gasolina, diluyente de laca, MEK).
- Polvos
- Los materiales sólidos finamente divididos, tales como polvos y finos, cuando están en suspensión y se encienden, pueden producir explosiones violentas y destructivas. Cabe señalar que incluso los materiales generalmente no considerados combustibles pueden producir una explosión cuando se queman en suspensión.
- Como la reacción de combustión es una reacción superficial, las tasas de aumento de presión generadas por la combustión dependen en gran medida del área superficial de las partículas de polvo dispersas. Cuanto más fino es el polvo, más violenta es la reacción.
- Líquidos combinados inflamables / combustibles
- Humo Backdraft
Una secuencia de activación, también llamada tren explosivo , es una secuencia de eventos que culmina en la detonación de explosivos. Por razones de seguridad, los explosivos altos más utilizados son difíciles de detonar. Se utiliza un explosivo primario de mayor sensibilidad para desencadenar una detonación uniforme y predecible del cuerpo principal del explosivo. Aunque el explosivo primario en sí mismo es generalmente un compuesto más sensible y costoso, solo se usa en pequeñas cantidades y en formas empaquetadas de manera relativamente segura. Por diseño, hay explosivos bajos y explosivos altos hechos de tal manera que los explosivos bajos son altamente sensibles (es decir, su ‘Figura de insensibilidad’ es baja) y los explosivos altos son relativamente insensibles. Esto no solo brinda seguridad inherente al uso de explosivos durante el manejo y el transporte, sino que también requiere una secuencia de activación de explosivos o un tren explosivo. La secuencia de activación explosiva o el tren explosivo consiste esencialmente en un ‘iniciador’, un ‘intermediario’ y el ‘alto explosivo’.
DEFINICIONES CLAVE
La temperatura de descomposición es la temperatura a la que se producen reacciones exotérmicas y endotérmicas en un explosivo cuando se calienta. La prueba mide la diferencia de temperatura entre el explosivo y un material de referencia térmicamente inerte, ya que ambos se calientan a una velocidad constante de aumento de temperatura. Un DSC o DTA detecta cambios exotérmicos o endotérmicos que ocurren en el explosivo mientras se calienta. Estos cambios pueden estar relacionados con la deshidratación, descomposición, transición cristalina, fusión, ebullición, vaporización, polimerización, oxidación o reducción. La temperatura a la que se produce el diferencial máximo entre la muestra y la temperatura de referencia antes del autocalentamiento es el valor de temperatura de descomposición informado
La temperatura de autoignición de un explosivo es la temperatura a la que un material reaccionará cuando la muestra comience a liberar calor debido al autocalentamiento. Esto se logra colocando una muestra en un entorno controlado automáticamente. La temperatura aumenta a una velocidad controlada hasta que el material de la muestra comienza a liberar calor. Cuando se produce el autocalentamiento, no se permite que la temperatura adicional del horno ingrese a la muestra. El valor reportado es usualmente menor que el valor reportado para la temperatura de descomposición. La temperatura de autoignición es un valor crítico al comparar varios explosivos. Los valores informados pueden variar en función del tipo de horno utilizado o del método de control del horno. La tasa de calor aplicada por el horno debe ser inferior a 0.1 ° C por minuto cuando se produce el autocalentamiento. La temperatura de autoignición puede determinarse mediante el cálculo de los resultados de temperatura de descomposición obtenidos por un calorímetro diferencial de barrido (DSC) o un analizador térmico diferencial (DTA).
Temperatura crítica : la temperatura crítica que utiliza el método de Los Alamos Scientific Laboratories (LASL) se basa en una prueba de tiempo de explosión. La muestra explosiva se presiona dentro de un casco de tapa explosiva y se cubre con un tapón con faldón. Luego, la muestra se deja caer en un baño de metal líquido precalentado, y el tiempo de explosión se mide como el tiempo hasta el sonido creado por la ruptura de la carcasa o el desenganche del tapón. La temperatura crítica se puede definir como la temperatura mínima a la que se puede calentar un espécimen de un tamaño, forma y restricción de límite especificados sin sufrir una fuga o explosión térmica. El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) define la temperatura crítica como la temperatura a la cual un alto explosivo de una configuración dada se calienta a explosión.
Presión de detonación: la presión de detonación de un explosivo es esa presión, expresada en kilobars (kbars), en el frente de detonación de la zona de reacción química. La presión de detonación de un explosivo particular es función de su densidad.
Las muestras de estabilidad térmica se someten a temperaturas elevadas para permitir la observación de tendencias características de detonar, encenderse, descomponerse o sufrir un cambio de configuración en condiciones de almacenamiento adversas. La muestra se coloca en un horno a prueba de explosión mantenido a una temperatura predeterminada durante un período de tiempo (típicamente 48 horas). La temperatura del horno y del explosivo se controla continuamente durante todo el período de prueba. Las observaciones registradas incluyen si la muestra de ensayo explotó, se encendió y / o sufrió un cambio en la configuración, como una pérdida de peso o un cambio de color.
Choque Iniciación de un explosivo, es necesario enviar un choque al explosivo mediante la aplicación de fuerza mecánica. El inicio del explosivo es una función tanto de la intensidad de la fuerza como de la tasa de aplicación a una unidad de área. El inicio de un explosivo por choque se expresa en términos de sensibilidad al choque en un umbral del 50%. Un explosivo sensible puede resistir una gran fuerza aplicada lentamente sobre un área de superficie grande como en una prensa, pero detonar violentamente cuando la misma fuerza se aplica repentinamente o en un área de superficie mucho más pequeña. La detonación violenta también puede ocurrir con una fuerza aplicada repentinamente, como un golpe de martillo agudo
Umbral de sensibilidad a los golpes : muchos explosivos altos no se detienen fácilmente por aplicación directa de calor o por golpes mecánicos, sino que requieren un choque producido por la reacción química del explosivo mismo. Estos se llaman explosivos secundarios altos.
Para Explosiones Nucleares, vaya aquí: la respuesta de Allen E Hall a ¿Cuánto dura una explosión nuclear?
