INGENIERA DE MINAS IX CICLO

DESARROLLO DE TEMAS SEMANA 4 PARA VOLADURA IX CICLO DE INGENIERIA DE MINAS

POR:

RONALD DIAZ SANCHEZORLANDO DIAZ SANCHEZQUILICHE CULQUI SAMUEL

TRABAJO DE PRESENTACION DESARROLLO DE TEMAS DE LA SEMANA 4 PARA VOLADURA

DOCENTE: Ing. ABNNER BRINGAS ROJAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS2014

PRSESENTACION

El siguiente trabajo tiene como finalidad demostrar que dentro de la actividad minera se puede realizar varias actividades as como el uso de algoritmos, formulas y softwares para demostrar un posible escenario de trabajo , este trabajo se ha realizado con investigacin de documentos proporcionados por ingenieros y con la participacin de los alumnos de la Universidad Alas Peruanas de la escuela profesional de Ingeniera de Minas : RONALD DIAZ SANCHEZ, ORLANDO DIAZ SANCHEZ y QUILICHE CULQUI SAMUEL; y a la vez presentar algunos puntos importantes dentro de este trabajo concernientes a la utilizacin de softwares y el uso de ecuaciones en voladura.Este pequeo aporte significa todo nuestro esfuerzo que realizamos para llegar a conseguir nuestros objetivos como metas acadmicas.

OBJETIVOS

Elaborar los temas de la mejor manera para que los alumnos puedan captar en su totalidad. Desarrollar ejercicios de aplicacin. Desarrollar una simulacin con un software.

ndice

SEMANA 4

Capitulo III: Teora Termohidrodinmica. 3.1 Introduccin

3.2 Ecuacin de estado

3.3 Termoqumica

3.4 Termodinmica

3.5 Desarrollo de las formulas y algoritmos para calcular los parmetros de detonacin y explosin de cualquier mezcla explosiva comercial.

3.6 Desarrollo de algunos softwares para calcular los parmetros de detonacin y explosin de cualquier mezcla explosiva comercial. 3.6.1 Mezclas explosivas comerciales ptimas

3.7 Discusin general.

3.8 La composicin qumica de los explosivos, ecuaciones estequiomtricas, ingredientes de las mezclas explosivas comerciales. 3.8.1 Oxidantes y combustibles etc., etc.

Semana 4-Captulo 3Teora termohidrodinamica

3.1Introduccin Se refiere a los cambios de energa interna, principalmente en forma de calor. La energa almacenada en un explosivo se encuentra en forma de energa potencial, latente o esttica. La energa potencial liberada a travs del proceso de detonacin se transforma en energa cintica o mecnica.Presin de detonacin.Esta es funcin de la velocidad y densidad, puede ser aproximada con diferentes formulaciones como:

P= 2.5 * d * VOD2* 10-6Donde: P = presin de detonacin en kilobarsD = densidad (g/cc)VOD = velocidad de detonacin (m/s)

Velocidad de detonacinEs la suma de la velocidad del sonido y la velocidad de las partculas.VOD = S + W donde: VOD : velocidad de detonacin. S : velocidad de sonido. W : velocidad de partculas

Presin de detonacinEs la presin que existe en el plano CJ detrs del frente de detonacin, en el recorrido de la onda de detonacin. Es funcin de la densidad y del cuadrado de velocidad y su valor se expresa en kilobares (kbar) o en megapascales (MPa). As, en los explosivos comerciales vara entre 500 y 1 500 MPa.

PD = e x VOD x W x 10-5 si:W = 0,25 VOD, o sea W VOD/4 Entonces, reemplazando en (1) tendremos la frmula prctica siguiente: PD = e x (W)2 x 10-5 ; o tambin4 PD = e x (VOD/4)2 x 10-5 PE = e x (VOD/8)2 x 10-5-----------------------presin de explosin Donde: PD : presin de detonacin, en kbar. e : densidad del explosivo, en g/cm3. VOD : velocidad de detonacin, en m/s. W : velocidad de partcula (productos), en m/s. 10-5 : factor de conversin.3.2Ecuacin de estadoContextoUna ecuacin de estado es la relacin que existe entre dos o ms propiedades termodinmica. En sistemas de un componente y de una fase, la ecuacin de estado incluir tres propiedades, dos de las cuales pueden ser consideradas como independientes. Aunque en principio se podran plantear relaciones funcionales en que intervengan tres propiedades termodinmicas cualesquiera, las expresiones analticas de las relaciones entre propiedades han sido limitadas casi completamente a la presin, volumen y temperatura. Debido a la incompleta comprensin de las interacciones intermoleculares, especialmente en los estados lquido y slido, han sido utilizados mtodos empricos para desarrollar muchas de las ecuaciones de estado de uso general. Dado que la presin, temperatura y volumen pueden ser medidos directamente, los datos necesarios para evaluar las constantes en tales ecuaciones pueden ser obtenidos experimentalmente.3.2.1LA LEY DE BOYLE Y GAY-LUSSAC La primera y ms sencilla ecuacin de estado, es la ecuacin para el gas ideal, que proviene de la combinacin de las leyes propiamente dichas. La expresin de esta ecuacin es:

Dnde:P= presinv=volumenn=nmero de molR= factor constanteT= temperatura

3.2.2 ECUACIONES DEL VIRIALPara una isoterma como T1, a partir de lafigura 4se nota que P aumenta a medida que V disminuye. Por tanto el producto PV para un gas o vapor debe ser mucho ms constante que cualquiera de sus miembros, por lo que debe ser ms fcil representarlo. Por ejemplo, el producto PV a lo largo de una isoterma puede expresarse por un desarrollo en serie de potencias en P:

PV=a +bP+cP2+...

Si se establece b=aB, c=aC, etc, la ecuacin anterior se convierte en

PV= a (1+BP + CP2 + DP3 + )

Donde a,B,C, etc son constantes para una temperatura y especie qumica dadas.

figura 4 - Diagrama PV para las regiones lquido, lquido/vapor y vapor de un fluido puro.

En principio, el miembro derecho de la ecuacin anterior es una serie infinita. Sin embargo, en la prctica se emplea un nmero finito de trminos. De hecho, los datos PVT muestran que a presiones bajas el truncamiento de la serie despus de los dos primeros trminos proporciona resultados satisfactorios. En general, entre ms grande es el intervalo de presin considerado, el nmero de trminos necesarios aumenta.Con el establecimiento de una escala de temperaturas de gas ideal, la constante a de laecuacinpuede reemplazarse por RT. Por tanto, laecuacinse convierte en:

Donde el cociente adimensional PV/RT recibe el nombre defactor de compresibilidady se le da el smboloZ. Este factor proporciona una idea de la discrepancia entre un gas perfecto y un gas real. Una expresin alternativa para Z, tambin de uso comn, es: 3.2.3GAS IDEALPuesto que los trminos B/V, C/V2, etc del desarrollo virial (ecuacin) aparecen al tomar en cuenta las interacciones moleculares, los coeficientes viriales B,C, etc. sern cero si estas interacciones no existen. Con esto, el desarrollo virial se reduce a:

Z=1 o PV=RT

De la regla de las fases se sabe que la energa interna de un gas real es una funcin de la presin y la temperatura. Esta dependencia con la presin aparece como resultado de las fuerzas entre las molculas. Si estas fuerzas no existieran, entonces no se necesitara energa alguna para alterar la distancia intermolecular promedio y, por consiguiente, no se requerira energa para originar cambios de volumen y presin en un gas a temperatura constante. Por tanto, se concluye que en ausencia de interacciones moleculares, la energa interna del gas depende exclusivamente de la temperatura. Estas consideraciones conducen a la definicin de un gas ideal como aquel cuyo comportamiento macroscpico est caracterizado por:

La ecuacin de estado:

3.2.4REDLICH-KWONG

El desarrollo moderno de las ecuaciones cbicas de estado comenz en 1949 con la publicacin de la ecuacin de Redlich-Kwong:

Esta ecuacin, al igual que otras ecuaciones cbicas de estado, tiene tres races para el volumen, de las cuales es posible que dos sean complejas. Los valores de V que tienen un significado fsico son siempre reales, positivos y mayores que la constante b. En lafigura 6se observa que cuando T>Tc, la solucin de V para cualquier valor positivo de P proporciona slo una raz positiva real. Cuando T=Tc, esto tambin es cierto, excepto a la presin crtica, donde existen tres races, todas iguales a Vc. Para T 0

La siguiente reaccin est escrita en forma de ecuacin termoqumica:

Fe2O3 (s) + 3C(grafito) 2Fe(s) + 3CO(g) QR = 492,6 KJ/mol

Porque se expresan los estados de sus componentes y el calor de reaccin en condiciones estndares. Se entiende que 492.6 KJ es la cantidad de calor requerido en la reaccin, por cada mol de xido frrico que reacciona en estado slido a 25'C y 1 atmsfera de presinLa siguiente reaccin escrita en forma termoqumica:

Muestra que es exotrmica y que por cada 2 moles de sulfuro de hidrgeno en forma gaseosa que reaccionan se liberan 137 KJ de calor en condiciones estndares, indicado esto mediante el superndice colocado sobre el smbolo.

Calor de formacin de una sustancia Es la cantidad de calor liberado o absorbido en la reaccin de formacin de un mol de una sustancia a partir de sus elementos constituyentes. La reaccin de formacin del bromuro de hidrgeno gaseoso a partir de sus elementos componentes en estado gaseoso y su correspondiente calor de formacin, a condiciones estndares, es:

Los compuestos como el bromuro de hidrgeno gaseoso se denominan compuestos exotrmicos porque su reaccin de formacin es exotrmica, en caso contrario se llaman compuestos endotrmicos. Es importante notar que el cambio en el estado material de alguno de los componentes de una reaccin qumica producir un cambio en la cantidad de calor implicada y/o en la naturaleza energtica de la reaccin. En la reaccin de formacin del agua no hay diferencias estructurales al obtenerla en forma gaseosa o lquida, pero energticamente es mayor la cantidad liberada cuando se forma un mol de agua lquida con respecto a la cantidad liberada cuando se forma un mol de agua gaseosa, como se puede observar en las siguientes reacciones de formacin H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(g) Qf 0 = -241.814 KJ/mol. H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(1) Qf 0 = -285,830 KJ/mol Los calores de formacin son determinados experimentalmente y para su estimacin se asume que el calor de formacin de los elementos en estado libre y en condiciones estndares es cero. La Tabla 1 muestra los calores de formacin de un conjunto de compuestos en condiciones estndares

Calor de reaccin Es el calor liberado o absorbido en una reaccin a condiciones determinadas. Es una propiedad termodinmica de estado cuyo valor, depende principalmente, de la temperatura de la reaccin y se calcula por la diferencia entre las energas qumicas de los productos, Ep, y los reaccionantes, Er, es decir,

Cuando la suma de los contenidos calricos de los productos excede al de los reaccionantes, la diferencia es la cantidad de calor requerida en la reaccin endotrmica y es de signo positivo. Si la suma de los contenidos calricos de los reaccionantes excede al de los productos la diferencia es la cantidad de calor liberada en la reaccin exotrmica y es de signo negativo

Ley de Hess La Ley de Hess expresa que: "El calor de una reaccin es independiente del nmero de etapas que constituyen su mecanismo y, por lo tanto, depende slo de los productos (estado final) y reaccionantes (estado inicial)" La ley de Hess aplicada a la reaccin global resultante de la suma del conjunto de etapas que explican su mecanismo, permite calcular el calor de reaccin estimando la diferencia entre la suma de los calores totales de formacin de los productos y la suma de los calores totales de formacin de los reaccionantes, es decir:

Siendo np, y nr, los coeficientes estequiomtricos y Q0f,p y Q0-----f,r los calores de formacin de cada uno de los productos y reaccionantes, respectivamente

Ejercicios Resueltos Ejercicio 1. Calcular el calor de la reaccin, en condiciones estndares, y explicar si es exotrmica o endotrmica.

Los calores de formacin de cada uno de los productos y de los reaccionantes tomados de La Tabla 1 son:

Al aplicar la ley de Hess con los datos suministrados

El signo negativo, del calor de reaccin, significa que es exotrmica.

Calor de combustin Es el calor que se libera en una reaccin de combustin de un compuesto orgnico. Se entiende por combustin completa la oxidacin de un compuesto orgnico con el oxgeno del aire, producindose los gases bixido de carbono y vapor de agua, adems de la liberacin de una cantidad de calor. Si en vez de bixido de carbono se produce monxido de carbono o carbono en estado natural, se dice que la combustin es incompleta. Los calores de combustin se determinan experimentalmente y sus valores son aprovechados para estimar calores de formacin de compuestos orgnicos difciles de estimar por otros mtodos. La Tabla 2 muestra calores de combustin de un conjunto de compuestos orgnicos en condiciones estndares Ejercicio. Calcular el calor de formacin del cido actico, en condiciones estndares, a partir de su calor de combustin. La reaccin de combustin completa del cido actico gaseoso, en condiciones estndares, es: Es decir, que por cada mol de CH3COOH (g) que combuste se liberan 875,1 KJ. Conociendo el calor de combustin del cido actico y los calores de formacin de los otros componentes de la reaccin, en condiciones estndares, al aplicar la ley de Hess se puede calcular el calor de formacin del cido actico as:

El signo negativo indica que el cido actico es un compuesto exotrmico.

3.4TermodinmicaEstudia los procesos en los que se transfiere energa como calor y como trabajo.Sabemos que se efecta trabajo cuando la energa se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecnicos. El calor es una transferencia de energa de un cuerpo a un segundo cuerpo que est a menor temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo. El calor se define como una transferencia de energa debida a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energa que no se debe a una diferencia de temperatura. Previo a profundizar en este tema de la termodinmica, es imprescindible establecer una clara distincin entre tres conceptos bsicos: temperatura, calor y energa interna. Como ejemplo ilustrativo, es conveniente recurrir a la teora cintica de los gases, en que stos sabemos estn constituidos por numerossimas molculas en permanente choque entre s.La energa interna (o trmica) es la energa total de todas las molculas del objeto, o sea incluye energa cintica de traslacin, rotacin y vibracin de las molculas, energa potencial en molculas y energa potencial entre molculas. Para mayor claridad, imaginemos dos barras calientes de un mismo material de igual masa y temperatura. Entre las dos tienen el doble de la energa interna respecto de una sola barra. Notemos que el flujo de calor entre dos objetos depende de sus temperaturas y no de cunta energa trmica o interna tiene cada uno. El flujo de calor es siempre desde el objeto a mayor temperatura hacia el objeto a menor temperatura.Primera Ley de la TermodinmicaEsta ley se expresa como: Cambio en la energa interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W)Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuacin se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.Para entender esta ley, es til imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un mbolo mvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energa interna del gas estar dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el mbolo contra la presin atmosfrica.Segunda Ley de la TermodinmicaLa primera ley nos dice que la energa se conserva. Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energa, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno fro, el calor pasa del caliente al fro y nunca al revs. Si pensamos que puede ser al revs, se seguira conservando la energa y se cumplira la primera ley.En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formul la segunda ley de la termodinmica, que tiene dos enunciados equivalentes:Tercera Ley de la Termodinmica- Ley Cero de la TermodinmicaAdems de la primera y segunda leyes de la termodinmica, existen la ley cero y la tercera ley de la termodinmica.Ley Cero de la Termodinmica (de Equilibrio):"Si dos objetos A y B estn por separado en equilibrio trmico con un tercer objeto C, entonces los objetos A y B estn en equilibrio trmico entre s".Como consecuencia de esta ley se puede afirmar que dos objetos en equilibrio trmico entre s estn a la misma temperatura y que si tienen temperaturas diferentes, no se encuentran en equilibrio trmico entre s.3.5DESARROLLO DE FRMULAS Y ALGORITMOS PARA CALCULAR PARMETROS DE DETONACIN DE CUALQUIER MEZCLA COMERCIAL3.5.1ALGORITMO DE HOLMBERG PERSSONEn finales de los setenta, Holmberg y Persson (H-P) introdujeron el enfoque sueco de voladura de contorno (Holmberg y Persson (1978, 1979), Holmberg (1982)). Desde ese momento, su uso ha encontrado mucha aceptacin debido a la base de la lgica y la relativa facilidad de aplicacin. Sin embargo, un error en clculos matemticos detrs de las curvas de diseo H-P fue descubierto en 2002 (Hustrulid y Lu, 2002) y el uso del enfoque ha cado en cuestin. Este artculo comienza con una revisin del enfoque H-P y proporciona una modificacin que corrige error de matemtica. La construccin de las curvas de diseo modificado por NIOSH H-P es entonces demostrar la misma geometra de carga y cargar las concentraciones utilizadas por H.-P. Se ver que las curvas arenearly idntica a la original H-P curvas en el campo lejano, pero con algunas diferencias significativas en el campo. La aplicacin de las curvas sigue siendo la misma. El enfoque de H-P se basa en dao de roca estn relacionado con la velocidad de la partcula del pico. Es el equationupon bsico que se basan las curvas de diseo:

PPV = K Q / R (1)

Donde K, , = constants PPV = peak particle velocity Q = charge weight R = distance

3.6Desarrollo de softwares para calcular parmetros de detonacin de cualquier mezcla comercialJKBENCHEs un software que permite realizar una simulacin de voladura con aspectos fundamentales, generando un panorama de reaccin a lo que podra suceder en campo.ENMARCAR UN OBJETOPARA DISEO TALADROCARGAR EL TALADROTAPONES DEL TALADROBOOSTER SIMULACIONMENU

Primero nos dirigimos a (mode/drillings) y cambiamos parmetro de uso personal.

Segundo diseamos nuestra malla y trabajamos sobre ella y cargamos taladros

Tercero realizamos la simulacin

Simulacin de corte en v

Anlisis

3.6.1mezclas explosivas comerciales optimasMEC: son las mezclas compuestas por oxidantes y combustibles. Entre los oxidantes ms usados se tienen los siguientes: AN, SN, AL, CO3Ca, etc. Entre los combustibles, se puede mencionar los siguientes: Petrleo, Al, C, propano, nitrometano, gas, etc. Para sensibilizar los ingredientes anteriormente mencionados generalmente se usan explosivos intrnsecamente explosivos tales como: NG, TNT, PETN, NC, acida de pb, etc. CONDICIONES NECESARIAS Y SUFICIENTES PARA QUE UNA MEC SEA OPTIMA: Debe tener un OB=0. No debe producir gases nocivos. Producir un Q3 alto. Que sea resistente a las condiciones severas (agua). Que produzca alta presin de detonacin. Que tenga alta densidad la mezcla explosiva. Seguro, estable y fcil de preparar. MANERAS PARA INCREMENTAR LA VDD: La presin se debe considerar. Disminuyendo el tamao de la partculas. Incrementando la densidad. Usando un mayor dimetro de carga. Proveyendo un alto compling ratio. Usando un booster de mayor peso. CLASIFICACION GENERAL DE LAS MEC: BAJOS EXPLOSIVOS: son las MEC que en su composicin no llevan ningn explosivo intrnsecamente explosivo y que combustionan o deflagran pero no detonan. Ejemplo Plvora Negra (componente mecha de seguridad), su rango de deflagracin son unos cuantos m/s menores q la velocidad del sonido y presiones menores hasta 3000 psi. AGENTES DE VOLADURA: son las MEC que en su composicin no llevan ningn explosivo intrnsecamente explosivo y pero que al mezclarse sus ingredientes se convierten en un explosivo, as por ejemplo al mezclar el NO3NH4+CH2=AN/FO Un agente de voladura no es sensible a los fulminantes comunes y para su iniciacin se requiere un booster que produzca una alta presin de detonacin. ALTOS EXPLOSIVOS: son las MEC que en su composicin si llevan un explosivo intrnsecamente explosivo y que para su iniciacin se requiere de un fulminante comn, ejemplo la dinamita.

CONDICIONES QUE DEBE REUNIR EL NITRATO DE AMONIO PARA SER USADO COMO INGREDIENTE DE VOLADURA: Los grnulos deben tener la forma de prills(esfrica). Debe ser poroso para contener al FO. La bolita de AN debe ser recubierto por agentes antiglomerantes. Debe aadirse agentes tensoactivas de superficie como los sulfosales (1-1.5%) Humedad mnima del 0.3%. La densidad del AL no debe ser mayor a 0.775 gr/cc. Debe tener una buena capacidad de absorcin POLVORA NEGRA (black poder): Es una mezcla explosiva comercial granulada seca de nitrato de potasio o nitrato de sodio 64%, azufre 18% y carbn vegetal 18%. En primer lugar fue usada como propulsora de caones, luego como material deflagrante de la mecha de seguridad. Se invent o descubri en china en el siglo XIII. Hoy en da es obsoleto x problemas ambientales y es toxico x los humos q emiten al hacer combustin. Formula: NO3K+C+S Sensibilidad.- Son relativamente insensibles al choque, a la friccin y a la electricidad esttica, sin embargo cualquier tratamiento que produzca una chispa o calor de suficiente temperatura y cantidad encender la plvora negra. Ignicin.- La plvora negra se enciende instantneamente alrededor de 300C. La ignicin puede darse por cualquier llama, chispa, alambre elctrico o superficie caliente, y por accesorios de voladura, como el cordn detonante. Velocidad.- No tienen altas velocidades, su rapidez de quemado se ve afectado por el confinamiento. Puede regularse ampliamente para mechas y otros dispositivos. Gases.- Cuando deflagran producen cantidades considerables de humos y otros gases; estos gases estn considerados como pobres y debe haber una ventilacin adecuada en espacios confinados o cuando se usa en excavaciones subterrneasNITROGLICERINA N.G. Fue inventada por Ascacco Sobrero, en 1846.- Ms conocida como trinitrato de glicerina NO3CH2CHNO3CH2NO3, es un lquido incoloro a la temperatura ordinaria. La nitroglicerina se emplea como ingrediente en la fabricacin de las dinamitas. La nitroglicerina es un alto explosivo sensible al calor, golpe y friccin, pero cuando est en estado slido y congelado es menos sensible que en el estado lquido; sin embargo, por ningn motivo debe sacudirse la nitroglicerina, sea cual fuere su estado; de ah la dificultad para su manipuleo, transporte y almacenaje. Tiene una velocidad de detonacin que alcanza los 7000 m/seg. La reaccin qumica es: 4C3H5 (NO3)3 12CO2 + 10H2O + 3N2 + O2 + Q3 Kcal/mol.LA CARACTERISTICA PRINCIPAL DE LA NITROGLICERINA NG C3H5 (ONO2)3 es que en una misma molcula est presente tanto el combustible como el oxidante. El carbono es el agente combustible y el oxgeno es el agente oxidante. Es un alto explosivo sensible al calor, golpe, friccin. Es un detonante, es decir intrnsecamente explosivo ya q genera ondas de choque. DINAMITA: Fue inventada por Alfred Nobel, en 1865.- La dinamita es un nombre genrico que abarca un gran nmero de mezclas explosivas comerciales; cuyo ingrediente es un material carbonceo (aserrn de madera, harina, almidn, otros) que es sensibilizado por la nitroglicerina y algunas sales que proveen el oxgeno correspondiente. Las dinamitas se clasifican en: Dinamita Pura: Son formulas teniendo en cuenta el porcentaje de la nitroglicerina o etilene glycol. La formulacin de las estas dinamitas pueden expresarse: N.G. 15 - 65% S.N. 50 30% Dinamitas Gelatinosas. La dinamita gelatina que se utiliza en aplicaciones comerciales, se puede subdividir en tres clases: gelatina pura, gelatina de amonio y dinamitas semigelatinas. Dinamita Gelatinosa Amoniacal: La gelatina de amonio es llamada algunas veces como gelatina extra o especial. Es una mezcla de gelatina pura a la que se le aade nitrato de amonio para sustituir parte de la nitroglicerina y el nitrato de sodio. Las gelatinas de amonio son apropiados para condiciones de humedad y se utilizan principalmente cmo cargas de fondo en barrenos de dimetro pequeo. Las gelatinas de amonio no tienen la misma resistencia al agua que las gelatinas puras y con frecuencia se utilizan como iniciadores para agentes explosivos. Dinamita Semigelatinosa: Las dinamitas semigelatinas son similares a las gelatinas de amonio excepto que una mayor cantidad de la mezcla de nitroglicerina, nitrocelulosa y nitrato de sodio se reemplaz con nitrato de amonio. Las semigelatinas son menos resistentes al agua y ms baratas comparadas con las gelatinas de amonio. Debido a su naturaleza gelatinosa, tienen mayor resistencia al agua que muchas de las dinamitas granuladas y frecuentemente se utilizan bajo condiciones hmedas y algunas veces como indicadores de agentes explosivos. Su empleo est preferentemente dirigido a pequeos dimetros de taladro, en subterrneo, tneles, minas, canteras y obras viales. Ventajas de la dinamita.

AGENTES DE VOLADURA AN/FO: Fue descubierto por accidente en 1940en lo q se denomin desastre de Texas y Hamburgo. El AN/FO a granel fue usado como agente de voladura seco en las operaciones mineras a tajo abierto y subterrneo, en operaciones mineras donde no existe agua se obtienen buenos resultados en trminos de fragmentacin, pero en las operaciones secas da resultados eficientes por la baja resistencia al agua, debido a la alta higroscopicidad del Nitrato de Amonio, cuya densidad est comprendida en el intervalo de 0.85 1.20 gr./cc. CONDICIONES NECESARIAS Y SUFICIENTES PARA Que LA ECUACIN DE ANFO SEA EFICIENTE:1. genere la mxima cantidad de calor de explosin para poder fracturar lo suficiente la roca. 2. genere el gas menos nocivo. Su costo de fabricacin sea mnimo. Ventajas: bajo costo, cuando esta balanceado produce la mnima cantidad de gases. Desventajas: poca resistencia al agua, baja densidad a granel, cuando esta desbalanceado genera gases venenosos y no se obtiene el mximo calor de reaccin. Q3(AL/AN/FO)>>>Q3(AN/FO) AL/AN/FO: Fue inventado por el Dr. Alan Bauer, en Marcona el 12/12/68. La adiccin de aluminio a la mezcla explosiva AN/FO, incrementa la energa entregada al detonar dicho agente de voladura, pero no en forma lineal en proporcin al porcentaje de AL; hasta un mximo de 25% a partir del cual la energa no variara y luego comenzara a decaer. Esto se puede explicar por la formacin del Al2O3 slido que absorbe cierta cantidad de la energa disponible en el momento de la detonacin. Componentes: NH4NO3+CH2+AL S/AN/FO Inventado Annimamente en 1970.Tiene las caractersticas, ventajas y desventajas del AN/FO y AL/AN/FO; est constituido por oxidantes y combustibles. Los principales ingredientes son los siguientes: AN, SN, Al, C, etc., en diferentes proporciones, de acuerdo a las aplicaciones de campo que se les vaya a dar.SLURRIES. Fueron inventados por el Dr. Melvin Cook y Farnaman; en las minas de Sheverville Labrador city Canad.- Son explosivos que contienen H2O, AN, TNT o Al, mas gomas gelatinosas o esperadoras. Estas MEC proveen mayor seguridad con alta resistencia al agua y entregan alta energa para hacer trabajos de voladura de rocas. Slurry de la primera generacin. Composicin tpica de un slurry tipo alto explosivo (SHE) (Slurry high explosive), fueron las primeras mezclas comerciales de este tipo; y estos inicialmente fueron sensibilizados por un alto explosivo como el TNT y sus caractersticas principales son las siguientes: Son sensibles a los fulminantes N 8. Posee mayor densidad q los agentes de voladuras comunes. Genera una alta presin de detonacin. Es de menor costo que otras mezclas explosivas. Son muy resistentes al agua. Pueden ser aplicados en dimetros pequeos en labores mineras subterrneas, etc. Su composicin tpica es: Ingredientes (% W) TNT 25 % H2O 15 % AN 59 % Espesador 1 % Slurry de la segunda generacin. Composicin tpica de un slurry tipo agente de voladura (SBA) (Slurry blasting agent). En este caso se usa al aluminio (Al) como sensibilizador y ninguno de sus ingredientes son intrnsecamente explosivos. No se usan en condiciones muy severas xq tienen baja densidad y baja resistencia al agua. No son sensibles al fulminante comn N 8 y para su iniciacin necesitan de un booster que produzca una alta presin de detonacin.

EMULSIONES: Es una mejora del slurry, cuyo agente oxidante es una solucin de NO3NH4. Es una dispersin coloidal de una fase combustible (Fuel Oil, wax) en una solucin salina (AN, SN, CaNO3, H2O); para impedir que se asienten al quedar en reposo, se agregan pequeas cantidades de agentes emulsificantes (monometilaminas, sulfuros y cidos sulfricos de cadena larga o coloidales liofilicos). Ventajas: Menor precio. Excelente resistencia al agua. Posibilidad de conseguir productos con densidades entre 1 y 1.45g/cm3. Elevadas velocidad des de detonacin, 4000 a 5000 m/s con poco efecto del dimetro de encartuchado. Gran seguridad de fabricacin y manipulacin. Desventajas: la alterabilidad por las bajas temperaturas. La contaminacin durante la carga si se utiliza a granel. El tiempo de almacenamiento y los periodos prolongados de transporte. Emulsiones explosivas.- Una de las mejoras definiciones de una emulsin, ha sido dada por R. B. Clay, quien ha definido como sigue: Una emulsin es una mezcla uniforme de combustible en agua. Esta puede ser estabilizada por medio de ciertas sustancias llamadas emulsificantes. Existen dos tipos principales de emulsiones que son los siguientes: Combustible. En agua (O/W). Agua en combustible (W/O) Adicionalmente, tienen agentes sensibilizadores (micro esferas de vidrio, perlita, etc.). Son resistentes al agua, proveen alta energa disponible y por ende alto poder para fragmentar las rocas en el momento de la detonacin.AN/FOs PESADOS: Como se ha mencionado anteriormente, R.B. Clay fue el investigador que a comienzos de la dcada del 80 propuso el concepto fundamental para el desarrollo de las nuevas mezclas explosivas comerciales llamadas AN/FOs pesados. Se invent debido al problema q tena el ANFO con presencia de agua. Es una mezcla de emulsin con ANFO en proporciones variables. Robert Clay alumno del Dr Melvin Cook le dio la idea al Dr Cook para crear el Heavy anfo el cual es una mezcla de ANFO (70%) y emulsin (30%) en la cual la emulsin entra en los intersticios formados en el ANFO haciendo que la densidad aumente al ser estos rellenados. Clay, deca que el AN/FO en su composicin tenia aproximadamente 50% de aire de los cuales 30% estaba dentro de los grnulos del Nitrato de amonio Y 70% entre los grnulos de este. El aire que se encontraba dentro de los grnulos se aprovechaba para dar la sensibilidad; pero el aire que se encontraba entre ellos pasaba a ser un volumen perdido, con una mezcla explosiva comercial de alta densidad y resistente al agua, la mezcla explosiva comercial resultante tendr mayor densidad y mayor resistencia al agua que el AN/FO solo y con un costo adicional mnimo. Los parmetros de detonacin y explosin son muy adecuados para fracturar rocas muy competentes. En el momento de su detonacin no genera gases nocivos, etc., etc. Aplicaciones. Esta MEC puede ser usada tanto en minera subterrnea como superficial, ya sea encartuchada o a granel, obtenindose muy buena fragmentacin aun costo mnimo en US$/TM volada HEAVY ANFO=ANFO+EMULSION

3.8Composicin qumica de los explosivos, ecuaciones estequiomtricas e ingredientes de los explosivos comercialesEn minera se usan los explosivos qumicos, que son la mezcla de elementos combustibles y oxidantes en que generalmente el oxgeno es el elemento oxidante.

SEGN SU COMPOSICIN QUMICA: Compuestos qumicos, orgnicos o inorgnicos, que son explosivos propiamente tales. Por ejemplo, la Nitroglicerina (NG) o el Trinitrotolueno (TNT). Mezclas entre compuestos qumicos explosivos propiamente tales con otros que no lo son. Por ejemplo, los conocidos con el nombre de Dinamitas. Mezclas de compuestos qumicos reductores con compuestos oxidantes, en que individualmente ninguno de ellos puede catalogarse como un explosivo propiamente tal. La terminologa americana los denomina Agentes Explosivos, y el ejemplo ms conocido y representativo es el ANFOINGREDIENTES Los componentes de los explosivos que generan estos gases se llaman elementos bsicos o ingredientes. Existen diferentestipos de ingredientescon funciones especficas.Los elementos bsicos o ingredientes que producen trabajo directamente en las tronaduras son aquellos que al reaccionar generan gases tales como el carbono, el hidrgeno, el oxgeno y el nitrgeno.Para obtener el mximo de energa en una reaccin explosiva es necesario que los elementos seoxiden completamente y se formen los siguientes productos: El carbono (C) debe reaccionar para formar bixido de carbono (CO2).El hidrgeno (H) debe reaccionar para formar agua (H2O).El nitrgeno, slido o lquido (N), debe reaccionar para formar nitrgeno gaseoso (NO2).La energa que se libera en una reaccin se mide en funcin de las caloras que se generan a partir de la reaccin del compuesto qumico.Calores producidos por diferentes compuestos qumicos

CompuestoFrmulaPeso MolecularQp o Qr (kcal/mol)

DiselCH214,0-7

NitrometanoCH3O2N61,0- 21,3

NitroglicerinaC3H5O9N322,1-82,7

PETNC5H8O12N4316,1-123,0

TNTC7H5O6N3227,1-13,0

Monxido de carbonoCO28,0-26,4

Bixido de carbonoCO244,0-94,1

AguaH2O18,0-57,8

Nitrato de amonioNH4NO380,1-87,3

AluminioAl27,00,0

CarbonoC12,00,0

NitrgenoN14,00,0

Monxido de nitrgenoNO30,0+ 21,6

El signo (-) indica una reaccin exotrmica o liberacin de energaEl signo (+) indica que es una reaccin endergnica o que absorbe energa del ambiente o requiere que se entregue energa para que la reaccin tenga lugar.

Ejemplo:De acuerdo con la reaccin qumica del ANFO, balancear la ecuacin y calcular la energa liberada por 1 kg de ANFO.ECUACIN ESTEQUIOMETRICAUtilizando conocimientos bsicos de balance de ecuaciones y la tabla de calores de formacin, podemos hacer lo siguiente:Ecuacin balanceada:

Calor de formacin de reactantes:

Calor de formacin de productos

Calor de explosin

Peso Molecular del ANFO

Energa liberada por kilo de ANFO

En sntesis, el ANFO libera 907,3 kcal de energa por kilo de explosivo. Con esta energa liberada es posible cumplir los objetivos de tronadura, es decir, poder fragmentar la roca.3.8.1oxidantes y combustibles, etcetc.OxidanteLa oxidacin se refiere a: La ganancia de oxgeno por parte de una molcula La prdida de hidrgeno en una molcula La prdida de electrones que sufre un tomo o grupo de tomos Aumentando en consecuencia su nmero de oxidacinLa reduccin se refiere a: La prdida de oxgeno por parte de una molcula La ganancia de hidrgeno en una molcula La ganancia de electrones que sufre un tomo o grupo de tomos Disminucin o reduccin en su nmero de oxidacinLos procesos de oxidacin y reduccin suceden simultneamente y nunca de manera aislada, por lo que se denominanreacciones redox.

EJEMPLOPaso 1. Asignar el nmero de oxidacin de todos los elementos presentes en la reaccin y reconocer los elementos que se oxidan y reducen.Nota: Todo elemento libre tiene nmero de oxidacin cero.Por ejemplo: Cu0 + H1+N5+O32- Cu2+(N5+O32-)2+H21+O2-+ N2+O2-Paso 2.Escribir las semirreacciones de oxidacin y reduccin con los electrones de intercambio. Cu0 Cu2+ + 2e- semirreaccin de oxidacin N5+ + 3e- N2+ semirreaccin de reduccinPaso 3.Balancear el nmero de tomos en ambos lados de las semirreacciones. En este caso estn balanceados:Cu0 Cu2+ + 2e-

N5+ + 3e-N2+

Paso 4. Igualar el nmero de electrones ganados y cedidos:3[Cu0Cu2+ + 2e-]

2[N5++ 3e-N2+]

3Cu03Cu2+ + 6e-]

2N5++ 6e-2N2+

Nota: El nmero de electrones ganados debe ser igual al nmero de electrones cedidos.Paso 4.Colocar los coeficientes encontrados en la ecuacin original donde se verific el cambio del nmero de oxidacin:Cu0 + HNO3 3Cu(NO3)2 + H2O +2NOPaso 5.Completar el balanceo ajustando el nmero de tomos en ambos lados de la reaccin:3Cu0 +8HNO3 3Cu(NO3)2 +4H2O + 2NO

COMBUSTIBLES Es cualquier material capaz de liberar energa cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor poco a poco. Supone la liberacin de unaenergade su forma potencial (energa de enlace) a una forma utilizable sea directamente (energa trmica) o energa mecnica (motores trmicos) dejando como residuo calor (energa trmica),dixido de carbonoy algn otrocompuesto qumico.La principal caracterstica de un combustible es el calor desprendido por la combustin completa una unidad de masa (kilogramo) de combustible, llamadopoder calorfico, se mide enjoulesporkilogramo, en elsistema internacional(SI) (normalmente en kilojoules por kilogramo, ya que el julio es una unidad muy pequea). En el obsoletosistema tcnico de unidades, encaloraspor kilogramo y en elsistema anglosajnenBTUporlibra.

CombustibleMJ/kgkcal/kg

Gasoil42,710 200

PropanoGasolinaButano46,011 000

Acetileno48,5511 600

Gas natural53,612 800

Hulla16,74 000

Turba19,74 700

Lignito20,04 800

Alcoholde 9528,26 740

Gas de alumbrado29,37 000

Coque32,67 800

Antracita34,78 300

Fueloil40,29 600

Conclusiones Este es un breve contenido de los temas lo que no puede sintetizarse de otra manera por lo que voladura es un campo muy amplio Se presentaron ejercicios desarrollados por los alumnos Se present un software para su mejor comprensin de la voladuraIng. ALBERT BRINGASVOLADURA