Calor de explosion de los explosivos industriales

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“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
HUANCAVELICA
FACULTAD INGENIERIA DE MINAS- CIVIL-AMBIENTAL
ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL INGENIERIA DE MINAS
CURSO : VOLADURA DE ROCAS
TEMA : CALOR DE EXPLOSION
DOCENTE : ING. PAREJAS RODRIGUEZ, FREDDY
INTEGRANTES : HUAYRA SOTACURO, AUGUSTO
PANTI RAMOS, LINDO
MARTINEZ ROJAS, JULIO
MUCHA SAPALLANAY, ALEX DYER
CICLO : V
HUANCAVELICA - 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA MINAS

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Dedicatoria:
UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA MINAS
A:
NUESTROS PADRES, HERMANOS, Y
PROFESORES DE NUESTRA CASA
SUPERIOR DE ESTUDIOS

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INDICE
• DEDICATORIA……………………………………………….………………..…. 2
• INTRODUCCION………………………………………………….………………. 4
• CONTENIDO………………………………………………………………………... 5
• CALOR DE EXPLOSION DE LOS EXPLOSIVOS INDUSTRIALES…….…..6
1.1 CALOR DE EXPLOSION…….……………………………………………………8
1.2Balanceo de oxigeno………...………………………………………………….……...12
1.3 Calculo de porcentaje. . . . . . . . . . . . . . . . . ... ... ………….. ..……….. …...... 12
1.4 Propiedades Químicas. . . . . ……….………………………………….….….….12
1.5 Mmezcla ideal.. . . . . . . . . . . . . . ……. . …………... ………… . …………... ..13
1.6 Resumen de átomos – gramos…………………………………...……………….…13
1.7 Otros explosivos industriales………………………………………....….…….....14
1.8 CONCLUSION……….…………………………………………………….………15
1. SUGERENCIA……..………………………………………………………………..16
1.10 ANEXO………………………………………………………………….…………17
1.11 Bibliografía……………………………………….………………………………..18
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INTRODUCCION
Es real satisfactorio presentar este trabajo porque su contenido contribuye un
importante tema que nos podría hacernos pensar, analizar acerca del calor de
explosión (expresadoenkJ/kgoenKcal/kg), mezcla ideal y balance de oxígeno.
Como son los procedimientos, o los pasos que podríamos señalarlos.
Este trabajo como producto humano no es trabajo perfecto por lo tanto agradecemos
los comentarios y sugerencias que mi harían llegarme.
No deseo terminar, sin antes expresar mi profundo agradecimiento a la valiosa
colaboración y sugerencias recibidas por parte del ING. PAREJAS RODRIGUEZ,
FREDY, que vaya mi eterno agradecimiento para su materialización de este trabajo
únicamente resta decir que cada capítulo de este tema encierra un tema de
importancia que sirva un cencero enhilo de un paso más para el estudiante en
ascenso del saber.
LOS INTEGRANTES.
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1.1 CALOR DE EXPLOSIÓN
Definición.- Es el generado y liberado por el proceso de reacción de un explosivo al
ser activado. Cuando se produce una explosión a presión constante, ejerciéndose
únicamente un trabajo de expansión o compresión, la primera ley termodinámica
establece que:
Qe = - (Ue + P.V)
Dónde:
Qe = Calor liberado por la explosión.
Ue = Energía interna del explosivo.
P = Presión.
V = Volumen.
Como «Ue+PV" se refiere al calor contenido o entalpía
«Hp" entonces puede escribirse Qe= -LiHp.
Así, el calor de explosión a presión constante es igual al cambio de entalpía, y puede
estimarse estableciéndose el balance térmico de la reacción, multiplicando los
calores de formación de los productos finales por el número de moles que se forman
de cada uno, y sumándolos, para restar a continuación el calor de formación del
explosivo.
Hp(explosivo) = Hp(productos) - Hp(explosivo)
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Elcalordeexplosión, Q(expresadoenkJ/kgoenKcal/kg), eselcalorliberado enla
reacción de explosión.
O también dicho de otro modo:
Dónde:
Qe: calor total de explosión liberado.
Qp: calor total de formación de los productos componentes.
Qr: calor total de formación de los productos finales resultantes.
Por ejemplo, para el caso del más simple agente de voladura, el ANFO convencional
94/6, podemos calcular su calor de explosión utilizando los calores de formación
(kcal/mol) y pesos moleculares de sus componentes, que se obtienen de tablas de
manuales de física y química, como:
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Qe=Qp-Qr

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TABLA DE CALOR DE EXPLOSIÓN
SUSTANCIA NOMBRE
COMPUESTO
P.M (gr/mol) QR ó QP
(Kcal/mol)
C6H7O11N3 Nitroalmidón 297,1 - 45,70
NH4NO3 Nitrato de amônio 80,1 - 87,30
CaCO3 Carbonato de cálcio 100,0 - 288,50
C7H5O6N3 (TNT) Trinitro tolueno 227,1 - 13,0
NaNO3 Nitrato de sódio 85,0 - 101,50
C3N3H5O9 Nitroglicerina 227,1 - 82,70
CO2 Dióxdo carbono 44,01 - 94,10
CaO Óxido de cálcio 56,08 -151,90
Na2O Oxido de sódio 62,0 - 99,40
H2O Agua 18,0 - 58,80
CH2 Petróleo Diesel 2 14,0 - 7,02
C6H10O5 162.2 -170.5
Producto Calor de Formación
(kcal/mol)
Peso molecular
(gr)
Nitrato de amonio
NH4NO3
-87,3 80,1
Petróleo diesel
2 CH2
-7,0 14,0
Dióxido de carbono
CO2
-94,1 44,0
Agua H20 -57,8 18,0
Nitrógeno N 0,0 14,0
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1.1.1. CALOR DE EXPLOSION
Nos valemos del concepto de entalpía para calcular este valor,
veamos el calor generado por el ANFO.
Δ Hp (Explosivo) = Hp (Producto) - Hp
(Explosivo)
3NH4NO3+ 1CH2 → CO2 + 7H2O + 3N2
Datos de calor de Formación en Kcal/mol
Nitrato de Amonio (NH4NO3) = -87.3 kcal/mol
Diesel (CH2) = -7 kcal/mol
Dióxido de carbono (CO2) = -94.1 kcal/mol
Agua (H2O) = -57.8 kcal/mol
Nitrógeno (N 2 ) = 0 kcal/mol
El balance de reacción del ANFO es:
3NH4NO3 + 1CH2 CO2 + 7H2O + 3N2
(Explosivo) (Productos de reacción)
 Para poder calcular calor de explosión necesitamos la tabla de calor de
explosión y peso molecular (PM).
 Luego ubicamos la tabla y lo remplazamos los valores de la tabla de calor de
explosión.
REACTANTE PRODUCTO
3NH4NO3 + 1CH2 CO2 + 7H2O + 3N2
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Ahora remplazamos los valores en la ecuación 1
Hp (Explosivo) = 3(-87.3) + (-7) = - 268.9 kcal
Hp (Producto) = (-94.1) +7(-57.8) + 3(0) = - 489.7 kcal
Qe = - Δ Hp
-Δ Hp (Explosivo) = -Hp (Producto) + Hp (Explosivo)
Qe (Explosivo) = -(- 489.7) + (268.9)
Qe (Explosivo) = 229.8 kcal
Ahora calculamos el peso molecular del explosivo
Pm (Explosivo) = 3NH4NO3+ 1CH2
Pm (Explosivo) = 3(80.0432)+ 1(14.0268)
Pm (Explosivo) = 254.2 mol
El calor de explosión por kilogramo;
Qkp (Explosivo) = (229.8kcal) / (254.2g) x 1000g/kg
Qkp (Explosivo) = 904.00 kcal / kg
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Este calor es a presión constante, no expresa gran interés, en el ámbito de
los explosivos, ahora veamos cunado influye el volumen de los gases
producto de la detonación:
Qmv = Qmp + 0.58 x npg
Dónde:
npg = 11, (número de moles del producto)
Pero nosotros deseamos conocer el calor desprendido por cada mol
correspondiente a un kilogramo de explosivo
Qkv = (Qmv x 1000) / Pm
Qmv = 229.8 + 11x 0.58 = 236.18 kcal/mol
Pm = 254.2 mol
Qkv = (236.18 x 1000) / 254.2
Qkv = 929.11 kcal / kg
El calor de explosión obtenido se divide entre el número de gramos de la mezcla
para normalizar la reacción a un gramo o unidad base de peso.
Como usualmente se emplea el kilogramo como unidad, al multiplicar el resultado
por 1 000 g/kg resulta:
Para poder llegar a la conclusión podemos expresar de esta forma el calor de
explosión, es decir el calor obteniendo se divide entre el número de gr. De la mezcla
explosiva para normatizar la reacción a un gramo o unidad base de peso.
Y si en vez de calor desprendido por mol se requiere el correspondiente a un
kilogramo de explosivo se tendrá:
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Qkv= =-903.7kcal./kg.
O simplemente de esta forma:
Qe .
Esto como valor práctico, pero para referencias más exactas se tendrá en cuenta
que el calor a presión constante no tiene interés técnico, pues el proceso de
detonación tiene lugar a volumen constante. Para calcular este último es necesario
incrementar el calor a presión constante con el consumido en la expansión adibática.
Qmv = Qe + 0,58 x Npg
Dónde:
Npg : número de moles de productos gaseosos.
Así, en el ejemplo anterior resultará:
Qmv = 229,8 + 11 x 0,58 = 236,18 kcal/mol ó
Qkv = 236,18 x 1 000 = 928,74 kcal/kg
=254,3
Notas: - No se requiere calor para formación de elementos puros como, N, C, H, o
Al, por lo que tienen valor cero. - Si se libera calor durante la reacción se dice que se
tiene calor de formación negativo (exotérmica); si se tiene que adicionar calor para
producir la reacción se dice que la composición tiene calor de formación positivo
(endotérmica).
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1.2 BALANCE DE OXÍGENO.
Expresado en gramos de oxígeno por 100 g de explosivo, se calcula a partir de la
ecuación de reacción química.
En el cálculo para explosivos a emplearse en trabajos subterráneos mal ventilados
debe incluirse la envoltura de papel o de plástico.
El balance de oxígeno se expresa como porcentaje de exceso (+) o deficiencia (-) de
oxígeno en la mezcla.
El balance de oxigeno es un índice para hallar si hay defecto o exceso de oxígeno,
después que los ingredientes del explosivo han reaccionado completamente.
Podemos considerar las reglas para el balance de oxígenos:
• A los ingredientes que absorben o necesitan oxigeno se les denomina
reductores.
• A los entregan a aportan oxigeno se les denomina oxidantes.
• Si hay defecto o deficiencia de oxígeno en la reacción explosiva se produce
CO2.
• Si hay exceso de oxígeno en la reacción explosiva se producen NO y NO2.
• Los explosivos químicos liberan mayor cantidad de energía por unidad de
peso si ellos están balanceados en oxigeno produciendo un mínimo de gases
tóxicos.
• Si los explosivos están compuestos de C,H,O y N, y si existe suficiente
oxígeno para realizar y formar CO2, H2O y N2,esta balanceado en oxígeno ,
es decir:
Q b= Oo – 2CO2-H2O =0
=Oo -2Co-
DONDE:
Oo, Co y Ho, representan el número de átomos-gramos. Por unidad de peso
de la mezcla explosiva.
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• La determinación de los átomos –gramos de cada elemento, servirá para
determinar el calor liberado por el explosivo.
2.1.1. MEZCLA IDEAL.
Lo llamamos a la mezcla ideal, cuando en la explosiva no hay exceso ni defecto de
oxígeno.
Ejemplo. ANFO
AN: nitrato de amonio (NH4NO3)
FO: petróleo diesel número 2(CH2)
NH4NO3 2H2O+N2
= +1 (oxidante)
CH2 CO2+H2O
- = (reductor)
Luego podemos decir que:
Oxígeno en los reactantes es positivo.
Oxígeno en los productos es negativo.
XNH4NO3+YCH2 ACO2+BH2O+CN2
X (+ ) +Y (- )= O
X-3Y =O
X=3Y
PARA:
X=3
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Y=1 Cumple.
Remplazando.
3NH4NO3+1CH2 1CO2+7H2O+3N2
COMPROBANDO LOS OXIGENO.
Oxigeno de los reactantes: 3NH4NO3 =
Oxigeno de los productos: CO2+7H2O =
1.7.OTROS EXPLOSIVOS UTILIZADOS.-
SANFO :
3 NH4NO3 + CH2 + 2NaNO3 + C+ 2Al 2CO2 + 7 H2O+ 4N2 + Al2O3 + Na2O +
Q (Kcal/Kg )
AN : 49,01 % (nitrato de amônio)
SN : 34,67 % (nitrato de sódio)
C : 2,45 % (carbono)
FO : 2,86 % (petróleo diesel No.2)
Al : 11,01 % (Alumínio)
Q : 1 205,20 Kcal/Kg
AL /AN / FO:
6 NH4NO3 + CH2 + + 2Al CO2 + 13H2O+ 6N2 + Al2O3 + Q (Kcal/Kg )
AN : 87,64 %
Al : 10 %
FO : 2,40 %
Q : 1 282 (Kcal/Kg )
AN / CO:
2 NH4NO3 + C CO2 + 4H2O+ 2N2 + Q (Kcal/Kg)
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AN : 93 %
C : 7 %
CONCLUSION
1. Balance de oxigeno es un índice para poder calcular si hay exceso o
deficiente, después que los ingredientes del explosivo han reaccionado
completamente.
2. El calor de explosión es el generado y la vez también liberado por mediante
proceso de reacción de un explosivo.
3. El calor de formación en los reactantes es el calor donde forma en el
explosivo, y el calor de los productos es producido mediante descomposición,
todo esto es en la unidad de kcal.
4. Si hay defecto o deficiencia de oxígeno en la reacción explosiva se produce
CO2, Si hay exceso de oxígeno en la reacción explosiva se produce NO y
NO2.
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SUGERENCIAS
1. Sugerimos a todos aquellos interesados en el mundo académico que
investiguen más acerca del tema realizado para ampliar sus conocimientos
tanto teóricos como prácticos.
2. Sugerimos a los estudiantes realizar más trabajos de investigación para
ampliar nuestros conocimientos en las diferentes asignaturas.
3. Respecto al trabajo monográfico.
Siempre se ha hablado de la incentivación de algún modo a los estudiantes, y
creemos que trabajos de investigación como estos son los que hacen que nos
sintamos más arraigados con nuestra profesión, queremos agradecerle al
docente de la asignatura en mención por tener ese espíritu de superación
junto a sus estudiantes
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ANEXO
ANEXO 01
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ANEXO 2
BIBLIOGRAFIA
- AGUILAR, F.: «Los Explosivos y sus Aplicaciones». Editorial Labor, S.A. 1978.
- KONYA, C.J. y WALTER, E.J.: «Surface Blast Design». Prentice Hall. 1990.
- MANON, J. J.: «The Chemistry and Physics of Explosives».E/MJ. January, 1977.
• PAGINA WEB:
- http://es.wikipedia.org/wiki/Crisotilo.
- http://www.peruecologico.com.pe/mineral.htm.
- http:www_magnesios_com - EL MINERAL.mht
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