UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA

DEL PERÚ

FILIAL AREQUIPA

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

Informe final del trabajo de investigación titulado:

VELOCIDAD DE DETONACION

Integrantes:

Aleman Huanca, Mayra Apaza Rojas Karolina Nieto Manrique, Angel Ugarte Palomino, Giancarlo

Profesor asesor:

Ing. Reategui, Fulton

AREQUIPA – PERÚ

2015

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Dedicatoria

El presente trabajo realizado con mucho empeño está dedicando a nuestros padres, a nuestros docentes y a la universidad UTP-Filial Arequipa, espero que nuestro trabajo les sirva de algo y que este bien elaborado ya que todos estamos poniendo nuestro gran esfuerzo para que todo salga como queremos, Gracias.

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Agradecimiento

Agradecemos primeramente a Dios por darnos la vida y por estar bien de salud, a nuestros padres y a los validadores de nuestros instrumentos, que hacen todo lo posible para ayudarnos en nuestro estudio, y así podamos salir adelante como futuros profesionales.

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Lista de Contenidos

Dedicatoria........................................................................................................................2

Agradecimiento.................................................................................................................3

Lista de Contenidos.........................................................................................................4

Introducción.....................................................................................................................5

Capítulo I: Planteamiento Teórico.................................................................................8

1.1 Descripción del Problema....................................................................................8

1.2 Interrogantes de Investigación............................................................................8

1.2.1 Interrogante general.........................................................................................8

1.2.2 Interrogantes específicas.......................................................................................8

1.3 Objetivos de Investigación...................................................................................8

1.3.1 Objetivo general................................................................................................8

1.3.2 Objetivos específicos.........................................................................................8

1.4 Justificación de la Investigación..........................................................................6

1.5 Antecedentes de Investigación.............................................................................6

1.6 Marco Teórico.......................................................................................................7

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MARCO TEORICO

La velocidad de detonación, es la velocidad a la que ocurre la reacción química entre el

combustible y el occidante , y se genera a lo largo de la columna del explosivo ,tiene un

rango de 1.500 a 7.500m/s para los explosivos de uso industrial .La VOD puede

utilizarse como una herramienta que determina la eficiencia de una reacción explosiva .

Velocidad de detonación

La velocidad de detonación también conocida como velocidad explosiva, es la  velocidad   a la que el frente de  onda de choque   viaja a través de un  explosivo   en  detonación .

Las velocidades de detonación son siempre mayores que la velocidad local del sonido en ese medio material. La velocidad de detonación es proporcional a la  potencia   cedida por la detonación del explosivo, por tanto a mayor velocidad, mayor será también la energía cedida por unidad de tiempo, que radica en la onda de choque y en la elevación de la  temperatura   y  presión   de los gases. La eficacia de un explosivo se determina por el equilibrio entre el valor de la  impudencia   del explosivo,(producto de su  densidad   por su velocidad de detonación) y de la impedancia del objeto que va a sufrir la voladura, (producto de su densidad por su velocidad de propagación sísmica).

En general, la velocidad de detonación se incrementa con un menor tamaño de las partículas de explosivo, el aumento de diámetro de carga, y el aumento del confinamiento.2También influye el grado de envejecimiento.

Para un mismo tipo de explosivo, la velocidad depende del diámetro del cartucho, del grado de confinamiento y de la energía recibida para su iniciación.

Explosivos nobles o ultra rompedores: Con velocidades de detonación superiores a 7000 m/s. Ejemplos: pentrita, hexógeno, tetralita.

Altos explosivos o explosivos rompedores: Con velocidades de detonación entre 2000 y 7000 m/s.

Explosivos deflagradores: Sólo deflagran. Sus velocidades de combustión son menores de 2000 m/s.3 Ejemplos: pólvora negra, pólvora sin humo.

MEDIDAD DE VELOCIDAD DE DETONACION

La medida de la velocidad de detonación se puede realizar por diferentes métodos, según la precisión requerida. Los métodos más frecuentes son los de Dautriche, el del cronógrafo y el de Kodowimeter.1 4 5

A veces se recurre a una predicción aproximada basada en el comportamiento teórico de los gases, (véase condición Chapman-Jouguet) porque en la práctica es difícil de medir.

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Las velocidades de detonación habituales en gases toman valores desde 1800 m/s hasta 3000 m/s. Las velocidades típicas para explosivos sólidos muchas veces se extienden más allá de 4000 m/s hasta 10300 m/s.

VELOCIDAD DE DETONACION PARA EXPLOSIVOS CONFINADOS

Si el explosivo se confina antes de la detonación, como dentro de un proyectil de artillería, la fuerza producida se centra en un área mucho más pequeña, y la presión se intensifica de forma masiva. Esto da lugar a que la velocidad de detonación sea mayor que si el explosivo hubiese sido detonado al aire libre. Las velocidades de detonación de gases no confinados son aproximadamente un 70 a 80 por ciento de las velocidades de detonación para gases confinados.

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Introducción

Velocidad de detonación Es la velocidad con la cual la onda de detonación viaja por el

explosivo, puede ser expresada para el caso de explosivos confinados como no

confinados; por sí misma es la propiedad más importante cuando se desea clasificar un

explosivo. Como en la mayoría de casos el explosivo está confinado en un barreno, el

valor de velocidad de detonación confinada es el más importante. La velocidad de

detonación de un explosivo depende de: La densidad, de sus componentes, del tamaño

de las partículas y del grado de confinamiento. Al disminuir el tamaño de las partículas

dentro del explosivo, incrementar el diámetro de la carga o incrementar el

confinamiento aumentan las velocidades de detonación (ver Figura B.1) Las

velocidades de los explosivos inconfinados son generalmente del orden del 70 % al 80

% respecto a las velocidades de explosivos confinados.

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Capítulo I: Planteamiento Teórico

1.1 Descripción del Problema

La velocidad de detonación es un indicador importante de la energía global o de

la potencia de la detonación, y en particular de la potencia explosiva (brisance) o

efectividad para la rotura de un explosivo por lo que conocer dicha velocidad es de

suma importancia para utilizar en diferentes tipos de rocas según su dureza.

1.2 Interrogantes de Investigación

1.2.1 Interrogante general

- ¿Cómo influye la velocidad de detonación en el proceso de voladura?

1.2.2 Interrogantes específicas

- ¿Cómo se controla la velocidad de detonación?

- ¿Cómo hacer más efectiva la velocidad de detonación?

1.3 Objetivos de Investigación

1.3.1 Objetivo general

- Conocer cómo influye la velocidad de detonación en el proceso de voladura

1.3.2 Objetivos específicos

- Saber cómo se controla la velocidad de detonación.

- Aprender cómo hacer más efectiva la velocidad de detonación.

1.4 Justificación de la Investigación

- ¿Por qué se hace?

- Porque es de suma importancia conocer la eficiencia del explosivo que se va a

utilizar debido a la variada dureza de un yacimiento. Por lo que saber la

velocidad de detonación nos hará más sencillo aplicar el explosivo adecuado

para cada situación.

1.5 Antecedentes de Investigación

(a) Título: Manual del especialista en voladura

Autor: Sociedad internacional de ingenieros en explosivos

Procedencia: Ohio USA

Año: 2008

Fuente:

http://es.scribd.com/doc/167505821/ISEE-Manual-del-Especialista-en-Voladura#scribd

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1.6 Marco Teórico

Velocidad de detonación.

V = velocidad buscada.

v = Velocidad de mecha. (Conocida).

t = BC + CE = BE (1)

V v v

BC = BE – CE V = BC . v (2)

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V

D E

Mecha patrón vCB

A

V v BC – CE

La velocidad de detonación es la característica más importante del explosivo.

Cuanto más grande sea la velocidad de detonación del explosivo, tanto mayor es su

potencia.

Se entiende por detonación de un explosivo a la transformación casi instantánea

de la materia sólida que lo compone en gases. Esta transformación se hace a

elevadísimas temperaturas con un gran desprendimiento de gases, casi 10.000 veces su

volumen.

Sea un cartucho de un determinado explosivo M del cual queremos hallar su

velocidad de detonación V. Si le introducimos un detonador en el interior y a su vez le

practicamos dos orificios B y C de los que salen una mecha patrón cuya velocidad de

detonación es conocida, v, y colocamos una placa de plomo, como indica la figura,

tendremos lo siguiente.

Al explotar el detonador explota todo el cartucho, pero lo hace antes en B que en

C, ¿por qué?. Porque está más cerca del detonador.

Por lo tanto las ondas no se encuentran en el punto medio D, sino en otro punto

E (visible en la placa por ser de plomo la placa).

El tiempo empleado en seguir un camino o el otro es el mismo, por lo tanto se

cumple (1), y operando llegamos a (2) que nos determina la velocidad de detonación V

de un explosivo.

Para algunos trabajos interesan explosivos lentos, de poca potencia. (En canteras

de roca ornamental). Si queremos grandes producciones (sobre todo estéril), usaremos

explosivos de baja velocidad de detonación, de poca potencia.

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Potencia explosiva.

La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para fragmentar

y proyectar la roca.

Depende por un lado de la composición del explosivo, pese a que siempre es

posible mejorar la potencia con una adecuada técnica de voladura.

Para la medida de la potencia de un explosivo existen en el laboratorio diferentes

técnicas de las cuales es la más empleada la del péndulo balístico. Por este

procedimiento se mide la potencia de un explosivo en porcentaje en relación con la

goma pura, a la que se le asigna por convenio la potencia del 100 %.

Densidad de encartuchado.

La densidad de encartuchado es también una característica importante de los

explosivos, que depende en gran parte de la granulometría de los componentes sólidos,

y tipo de materias primas empleadas en su fabricación. El usuario en este caso nada

tiene que hacer.

Al ser fundamental que los fondos de los barrenos estén completamente llenos

de explosivos, si estos tuvieran densidad menor de uno y los barrenos tuvieran agua

física, los cartuchos flotarían siendo imposible la carga del barreno. Utilizar en este caso

explosivos de densidad inferior a uno sería un gravísimo error.

Diámetro crítico: Cualquier explosivo en forma cilíndrica tiene un diámetro por

debajo del cual no se propaga la velocidad de detonación.

Para explosivos nitrados, como el NO3 NH4, puede alcanzar valores hasta de 10

pulgadas, pudiendo ser insignificante tanto para la pentrita como para el nitruro de

plomo, que son los que se utilizan en los cordones detonantes y detonadores.

Es necesario decir que en el diámetro crítico influye la densidad y el confinamiento de

los explosivos en los barrenos.

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1110

Características Intrínsecas.

TAMAÑO Y TIPO DE GRANO.

Tienen forma de granos, parecidos a los granos de arroz, son porosos, rellenos

de aire, ya que así tienen una mayor velocidad de liberación de la energía. La porosidad

óptima parece estar próxima a 0´07 cm³ /gr

CONTENIDO EN FUEL- OIL.

La influencia del fuel-oil incorporado a la mezcla de nitrato amónico, en

proporciones variables viene reflejada en la figura. La máxima velocidad de detonación

se alcanza para un contenido en fuel-oil de 5´5 %; igualmente para esta proporción se

alcanza el equilibrio en oxígeno.

En la zona (1), al disminuir el porcentaje en fuel-oil, significa que aumenta el

porcentaje en nitrato, y como este es un dador de oxígeno, la zona (1) presenta un claro

exceso en oxígeno. En esta zona se ve que la velocidad de detonación disminuye muy

rápidamente, a la vez que el descenso en porcentaje en fuel-oil.

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(1)5 6 7 8 94321

Equilibrio en oxígeno

2500

3000

3500

4000

(2)

V (m/s)

% Fuel - Oil

En la zona (2), donde ya la proporción en nitrato amónico es más pequeña, hay

un defecto de oxígeno, y si bien la velocidad de detonación también disminuye, lo hace

de forma más suave que en la zona (1).

CONTENIDO DE AGUA.

En la figura se muestra la influencia del agua sobre la velocidad de detonación

de las nagolitas. Es de sobra conocida la propiedad del nitrato amónico de ser muy

hidroscópico (absorbe la humedad). Con porcentajes de contenidos en agua inferiores al

9% la velocidad va disminuyendo, pero conservando siempre velocidades mayores a los

2000 m. Con humedades superiores al 9% no se deben utilizar nagolitas a granel; En

este caso habría que encargar nagolitas envueltas en plástico para retrasar dicha

absorción de agua.

SENSIBILIDAD.

Se entiende por sensibilidad la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo

para ser detonado.

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4 86 102

2000

2500

3000

3500

% en H2O

V

Los anfos son unos explosivos de detonación “ no ideal ”, es decir, son muy

insensibles, cualidad esta que es útil para evitar accidentes, pero puede provocar el fallo

en el barreno.

En la mayoría de los casos se usan como carga de columna, siendo la carga de

fondo las gomas, encargándose estas de la correcta explosión de toda la carga.

En ocasiones la nagolita se puede utilizar sola en grandes diámetros de sondeo,

mayores siempre de 7 pulgadas. En este caso conviene aumentar l sensibilidad,

consiguiéndose esto con el aumento de la densidad en el interior del barreno, prensando

la nagolita con la tacadera, con cuidado en pasarnos, ya que la nagolita podría sufrir

fallos, debiendo procurar que la densidad no sobrepase del 0´95 – 0´96 %.

Factores externos.

DENSIDAD DE CARGA.

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gr / cm³10´950´90´850´8

3”

4”

5”

2000

2500

3000

3500

La figura muestra la influencia de la densidad de carga sobre la velocidad de

detonación.

Se observa que el aumento de la velocidad de detonación es casi lineal con el

aumento de la densidad. En la figura se muestran tres diámetros de sondeo siendo casi

paralelas las tres curvas.

La densidad de carga debe conseguirse en el proceso mismo de su colocación en

el barreno mediante técnicas que van desde el compactado hasta el llenado por

cargadores especiales. De esta forma podríamos conseguir densidades incluso

superiores a la unidad, pero en general la sensibilidad disminuye notablemente con

densidades superiores a 0´95.

DIÁMETRO DE CARGA.

15

3 4 5 6 7 8

4000

3500

3000

2800

Diámetro en pulgadas

El efecto del diámetro de la carga sobre la velocidad de detonación en los anfos

se aprecia en la figura; en ella se puede observar como crece la velocidad de detonación

a medida que el diámetro de barreno aumenta hasta cierto límite, (9 – 8 pulgadas), a

partir del cual la velocidad de detonación permanece constante.

Este hecho ha llevado a la tendencia de utilizar calibres de perforación cada vez

mayores, porque de esta manera aprovechamos mejor las características de la nagolita, a

la vez que se reducen los costos totales por metro cúbico de roca arrancada.

Las nagolitas se pueden usar de carga única de barreno para diámetros de entre

10 a 12 pulgadas y en terrenos semiduros como máximo.

Se sabe que un diámetro próximo a las dos pulgadas es el diámetro crítico más

bajo para lograr una autopropagación satisfactoria de los anfos, por lo tanto nunca se

debe usar este explosivo con diámetros inferiores a las dos pulgadas. Lo más normal es

utilizarla como carga de columna utilizando como carga de fondo explosivos muy

potentes: gomas y riogeles. En este caso con diámetros de 3 pulgadas a mayores se

pueden utilizar para rocas de semiduras a duras.

INICIACIÓN DE LAS NAGOLITAS.

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Detonador

Cordón detonante

Cartucho goma 2

Retacado

Anfo

Cebado axial.

Al estudiar la iniciación de un explosivo hay que tratar de conseguir de él una

velocidad de detonación lo más barata posible para conseguir un mayor

aprovechamiento de su potencia.

El iniciador de un barreno cargado de anfo debe proporcionar una energía

suficiente para provocar la detonación de todas sus partículas, porque de no ser así

puede provocar defragación o detonación parcial. Este fenómeno se puede observar

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Goma 2

por la emisión de humo naranja que es desprendido después de la explosión. Estos gases

son óxidos nitrosos provocados por:

1. Insuficiencia de cebado.

2. Presencia de agua en el barreno.

3. Mala mezcla de N.A. y F.O.

Diversos estudios han demostrado que independientemente de que se consiga la

potencia mínima necesaria para iniciar el anfo, es imprescindible también utilizar una

cantidad mínima de un explosivo muy potente.

Todos los parámetros vistos (diámetro de barreno, dimensión de los granos,

homogeneidad de la mezcla, etc.) influyen en el valor de la velocidad de detonación

alcanzada.

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Referencias

http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Tabla_de_velocidades_de_detonaci

%C3%B3n_de_explosivos

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_detonaci%C3%B3n

http://oa.upm.es/21540/1/PFC_Nadia_Sira_Linares_Carrasco.pdf

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