Este documento trata sobre la termodinámica de los explosivos. Explica el concepto de balance de oxígeno y cómo se calcula para diferentes compuestos y mezclas explosivas. También cubre el cálculo de la energía liberada por un explosivo mediante la determinación del calor de explosión a presión y volumen constantes. Finalmente, presenta un ejemplo numérico para ilustrar estos cálculos con el explosivo Anfo.

1. 1. Termodinámica de los
explosivos

2. Balance de oxígeno.
• Ésta es la cantidad de oxígeno, expresada en por ciento del
peso, liberada como un resultado de la conversión completa
del material explosivo a CO2, H2O, SO2, AlO2, etc. (balance
de oxígeno "positivo"). Si hay oxígeno insuficiente para la
reacción completa de la oxidación se dice que el compuesto
tiene un balance de oxígeno negativo. Los explosivos
comerciales deben tener un balance de oxígeno cerca de cero
para minimizar la cantidad de gases tóxicos, particularmente
monóxido de carbono y gases nitrosos que están presentes
en los humos.
Algebraicamente en el caso de un ingrediente es el peso
molecular del oxígeno requerido para la combustión completa
(+/-) dividido por el peso molecular del material utilizado.
Para el caso de un compuesto o una mezcla es la suma
algebraica de la multiplicación del porcentaje por el BO de
los ingredientes

3. Balance de oxígeno.
• Balance de ingredientes de explosivos
Nitrato de sodio:
2NH4NO3 2H2O + N2 + 1/2O2
Petróleo:
CH2 CO2 + H2O ‐3/2O2
%202.0
80
16
+=+=+=BO
%34343.3
14
16*3
−=−=−=BO

4. Balance de oxígeno.
• Balance de un explosivo
Anfo 94,5/5,5
BO = 0,945*(+20) + 0,055*(‐343) = 0,035%
ya que BO NA = +20% y BO FO = ‐343%

5. ENERGIA DEL EXPLOSIVO.
La energía del explosivo se puede definir de acuerdo a los términos del trabajo
de expansión de los gases de alta presión, o sea, el área bajo la curva PV como
se muestra en la fig. 10.3.3, y como se muestra en la siguiente ecuación:
donde P y V se refieren a la presión y el volumen de los gases de explosión en
cualquier instante en el tiempo, Pd es la presión de detonación y Pc es la presión
crítica a la cual ningún trabajo adicional se realiza debido a la expulsión del gas
a la atmósfera.
Después de muchas observaciones sobre el funcionamiento de un amplio rango
de explosivos, la presión crítica a la cual el trabajo útil cesa, es de alrededor
de 100 MPa. Por esta razón, la energía disponible para el trabajo útil es
sustancialmente menor que el trabajo teórico obtenido en consideración de los
calores de formación de los reactantes individuales.
•

7. Calor de explosión
∑
∑
=
=
formaciondeCalor*esingredient
formacionde*productos
MolesQ
CalorMolesQ
ing
prod
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.
• Qp = Qing – Qprod

8. El calor a presión constante no tiene
interés técnico, pues el proceso de la
detonación tiene lugar a volumen
constante. Así, para calcular este
último es necesario incrementar el
calor a presión constante con el
trabajo consumido en la expansión
adiabática.
Qv = Qp + 0,58 x npg
siendo:
npg = Número de moles de los productos gaseosos.

9. 7
PMmol
Kcal
Kg
Kcal 1000
*=

11. En este caso,
BO = 0,945*(+20) + 0,055*(-343) = 0,035%
ya que BONA = +20% y BOFO = -343%
⇒ Que el Anfo está balanceado, por lo que su reacción es:
3NH4NO3 + 1CH2 xH2O + yCo2 +zN2
Determinar los moles del agua, dióxido de carbón y nitrógeno
Ejm. Cálculo energía explosivo.
Anfo 94.5/5.5
Como regla general:
100*
%
*
*
i
ii
ii
PMn
PMn =∑
31*
80
14
*
5,5
5,94
**
%
%
molunFOalasignamosSi
%
*
%
*
===
⇒
=
FO
NA
FO
FO
NA
NA
NA
NANA
FO
FOFO
n
PM
PM
n
PMnPMn

12. Para H:
2x = 12 + 2 = 14 => x = 7
Para C:
y = 1
Para N:
2z = 6 => z = 3
3NH4NO3 + 1CH2 7H2O + 1CO2 +3N2
Qi ng = 3*87,27 +1*7 = 268
Qprod = 7*57,8 + 94,1 +3*0 = 498,7´
Qp = ΔHP = 498,7 – 268 = 231 Kcal (A presión
cte)

13. El calor de explosión a volumen constante es:
• Qv = Qp +11*0,58 = 236,38 Kcal
El peso molecular del explosivo es:
PMAnfo = 3*80 +1*14 = 254 gr
Luego
Kcal/Kg931gr/Kg1000*
gr254
Kcal38,236
==vQ

14. Volumen de Gases de la explosión (Vg)
Es el volumen que ocupan los gases producidos por un
kilogramo de explosivo en condiciones normales.
El volumen molecular, o volumen de la molécula gramo de
cualquier gas, en condiciones normales es 22,4 litros.
Se expresa generalmente en lt/Kg de explosivo
Para el caso de Anfo 94.5/5.5 se tiene:
3NH4NO3 + 1CH2 7H2O + 1CO2 +3N2
Determinemos los moles por kg de los gases producidos:
Moles de CH2 /Kg Anfo:
Anfode/KgCHdemoles937,3
AnfodeKg)(1gr1000
CHdemoles
Anfodegr254
CHdemol1
2
22
=
=
x
x

15. Moles de H2O/ Kg Anfo: 7*3,937 = 27,56
Moles de CO2/ Kg de Anfo: 1* 3,937 = 3,937
Moles de N2/ Kg de Anfo: 3*3,937 = 11,81
Total de gases producidos: 43,31 moles/Kg Anfo
lt de gas/Kg de Anfo
= 43,31 mol/Kg Anfo * 22,4 lt/mol = 970