Comercialización

PROCESO DE LA DETONACIÓN
DE UN EXPLOSIVO
Unidad II - Sesión 6
Ing. Jesús G. Vilca Pérez
TEORÍA DE LA DETONACIÓN (Teoría
Termohidrodinámica de la Detonación)
• Esta teoría describe el proceso de propagación
de una onda de choque a través de una
columna explosiva, acompañada de una
reacción química que proporciona la energía
necesaria para mantener el proceso en forma
estable.
• CARACTERIZACIÓN DEL FENÓMENO
• PARÁMETROS DE ESTADO
• PARÁMETROS DE ESTADO
TERMOQUÍMICA DE LOS
EXPLOSIVOS
• La termoquímica de los explosivos
está referida a los cambios de
energía que suceden durante la
reacción, principalmente en forma
de calor.
• La energía almacenada en un
explosivo se encuentra en forma de
energía potencial, que liberada
durante el proceso de detonación,
se transforma en energía cinética o
mecánica, pero no toda la energía
generada se transforma en trabajo
efectivo para el fracturamiento de la
roca, ya que durante el proceso
tienen lugar algunas pérdidas por
concepto de generación de ondas
sísmicas, calor, ruido y fuga por
grietas y fisuras del macizo rocoso.
TERMOQUÍMICA DE LOS
EXPLOSIVOS
• Los explosivos comerciales deben
proporcionar suficiente energía durante
la detonación, de manera que luego de
las pérdidas, haya suficiente energía
remanente para poder fracturar la roca.
• Los parámetros termoquímicos más
importantes de un proceso de reacción
son: presión de detonación, presión de
explosión, calor de explosión, balance de
oxígeno y volumen de gases.
Presión de detonación
• Es la presión que existe en el plano “CJ” detrás del frente de detonación, en el recorrido de
la onda de detonación. Es un indicador significativo de la capacidad de fragmentación que
posee un explosivo.
• Según la teoría hidrodinámica, se muestra que su valor práctico expresado en kilobares es:
• Teniendo en consideración que el plano “CJ” se mueve a muy alta velocidad, mientras que
la del movimiento de los productos de explosión (W) sólo alcanza un valor de 0,25 VD
(según datos experimentales con fotografías de rayos X, determinada por Cook), se tiene
como valor experimental medio que:
Ejercicio 01
Para ANFO 94/6, con de 0,9 g/cm3 y VD de 2.800
m/s, determinar la presión de detonación:
Presión de detonación
• Considerada como la presión generada en la zona de choque (plano C–J), al frente de la
zona de reacción en el proceso de detonación.
• Cuando un explosivo detona, esta presión es liberada instantáneamente en una onda de
choque de muy corta duración, proporcionándole al explosivo una propiedad denominada
brisance, lo cual no es más que el efecto de corte o fractura que produce el explosivo
instantáneamente, sobre algún elemento.
• Este brisance también es denominado poder de fracturamiento.
• Esta presión refleja los niveles de esfuerzo aplicados al material a ser volado, lo que es
determinante en la fragmentación.
• Para obtener los más altos valores de presión, es necesario un cebado efectivo, donde la
presión de detonación del iniciador sea mayor que la del explosivo cargado en los huecos.
• No debe confundirse la presión de detonación con la de explosión, debido a que la de
explosión está relacionada directamente con la presión que ejercen los gases en expansión
sobre el medio circundante y su medida es de aproximadamente el 50% de la presión de
detonación.
Presión de explosión
• Es la presión de los gases producidos por la
detonación, cuando estos todavía ocupan el
volumen inicial del explosivo antes de cualquier
expansión. Dentro de una primera aproximación
muy aceptada, se puede considerar que la presión
de explosión es igual al 50 % de la presión de
detonación.
Presión en el barreno o Presión de
Trabajo (PT)
• Es la presión que ejercen los gases sobre las paredes de hueco antes de
iniciarse la deformación de la roca.
• Para gran número de explosivos se ha constatado que la presión en el
barreno obedece aproximadamente a la siguiente ecuación:
• La presión de explosión decae rápidamente hasta alcanzar lo que se

denomina “presión de trabajo (PT)”, la que igualmente disminuye con la
expansión de las paredes del barreno hasta alcanzar el valor de 1 atm
(101,325 KPa) al ponerse en contacto con el aire libre.
• La densidad de carga (dc) nos da la medida del grado de llenado. Cuando es
perfecto sin dejar el menor espacio desocupado tenemos por definición una
densidad de carga igual a uno.
Calor de Explosión
• El calor de explosión Q, (a volumen constante) se
expresa en kJ/Kg, dada por la siguiente fórmula:
• Siendo la energía de formación por unidad de

masa de las Ns sustancias que componen el explosivo a
298 K y cj las fracciones másicas.
• Siendo la energía de formación por unidad de

masa de las Np sustancias que resultan en el producto
a 298 K y ni las fracciones másicas.
Ejercicio 02
• Calcular el Calor de explosión en kJ/kg se forman de
la descomposición de la nitroglicerina:
4 C3H5N3O9 → 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + 1 O2
Ejercicio 03
• Hallar el calor de explosión (kJ/Kg) del ANFO:
Volumen de Gases
• Se define como el volumen que ocupan los gases
producidos por la detonación de 1 [kg] de explosivo,
referido a las condiciones normales de presión y
temperatura, correspondientes a 1 [Atm] y a 0 [°C]
respectivamente. Se designa por V0 y se expresa en [lt/kg].
• Conocida la cantidad de materia reactante y la sumatoria

del número de moles de cada uno de los gases que se
forman, es sabido que 1 [mol-gr] de cualquier gas ocupa un
volumen equivalente a 22,4 It en las condiciones normales.
• Se puede medir también experimentalmente en un

dispositivo conocido con el nombre de Bomba de Bichel.
Para los explosivos industriales utilizados en excavación de
rocas, V0 varía entre 700 a 1.000 [lt/kg].
Ejercicio 04
• Hallar el volumen de gas para el siguiente
explosivo (Lt/Kg):
Ejercicio 05
• Hallar el volumen de gas para el siguiente
explosivo (Lt/Kg):
Balance de oxígeno
• La mayoría de los explosivos comerciales están
diseñados para tener el balance de oxigeno
aproximadamente igual a cero (0).
• En el interior de la mina, no deben usarse

explosivos que dan origen a gases venenosos como
el monóxido de carbono (CO), monóxido de
nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO2).
Balance de oxígeno
Para lograr esto, los elementos constituyentes como el oxigeno, carbono, y
metales, están proporcionados de tal manera, en los gases resultante de la
detonación:
• Todo el hidrógeno existente reacciona para formar vapor de agua (H2O), que el
nitrógeno combinado se libere para formar nitrógeno molecular (N2) y que el
carbono reaccione para formar bióxido de carbono (CO2), entonces se dice el
explosivo está balanceado en oxigeno.
• Si hay deficiencia de oxigeno, el explosivo tendrá un balance de oxigeno
negativo, ejemplo el resultado va ser -1 y se formará monóxido de carbono (CO)
y otros componentes en lugar de CO2.
• Si hay un exceso de oxigeno, el explosivo tendrá un balance de oxígeno positivo,
ejemplo +2, entonces, se formará óxidos nitrosos (NO, NO2).
Balance de oxígeno
• En los casos anteriores disminuye la energía liberada por el explosivo, pero mayor será la
disminución cuando exista exceso de oxígeno
Balance de oxígeno
Balance de oxígeno
• Se tiene la siguiente reacción para calcular el
balance de oxigeno:
Ejercicio 06
• En la mina Tintaya que se trabaja con el sistema a tajo abierto, para
realizar la voladura en sectores secos, se usa el agente explosivo ANFO,
cuya proporción de mezcla es AN = 94.48%, FO = 5.52%. ¿Cuál será el
balance de oxígeno en esas proporciones?
Ejercicio 07
Queremos hallar la proporción de AN y FO para que
el balance de oxigeno sea cero.
Ejercicio 08
Se pretende Fabricar SANFO aluminizado bajo las siguientes condiciones iniciales:
9 NH4NO3 + 2 NaNO3 + 4 CH2 + 2Al ↔ 10 N2 + 22 H2O + Na2CO3 + Al2O3 + 2CO2 + CO
• Porcentaje total de los oxidantes será de un 89%

• El porcentaje de combustible será de un 5.5%
• El balance de oxigeno será ‐1%
a) Determinar el porcentaje de cada uno de los reactantes.

b) Cuál es el calor de explosión (kJ/Kg) y el volumen de gas (Lt/Kg).
Ejercicio 09
Como problema tenemos el SLURREX 110. Sus componentes son:
• N.A. (NH4NO3) = 66.5 %
• H2O = 12 %
• Al = 15 %
• FO (CH2) = 3.5 %
• TNT (C7H5O6N3) = 3 %
• Densidad= 1.25 gr. /cm3
Calcular el balance de oxigeno

Ejercicio 10
Se quiere preparar una mezcla explosiva con los
siguientes ingredientes: NH4NO3, C3N3H5O9 y
C6H10O5, en la cual el NH4NO3 será un 30% del
peso total.
• Que porcentaje se necesitará de los otros
ingredientes, para un balance óptimo.
• Calcular el calor de explosión (kJ/Kg) de la mezcla
explosiva.
Ejercicio 11
Se requiere usar ANFO PESADO bajo las siguientes condiciones:
• Agua – 13.230%
• Fuel oil – 5.110
• Nitrato de amonio – 80.190%
• Monoleato de Sorbitano (C24H44O6)– 1.470%
Se requiere determinar el balance de oxígeno.

Si los productos gaseosos que se obtienen son: CO2, CO,H2O,H2, C y N2:
• Calcular el calor de explosión (kJ/Kg) y el volumen de gases (Lt/Kg)
• La densidad total del explosivo es 1.09 g/cm y la velocidad de
detonación es de 5790 m/s, calcular presión de detonación y presión de
explosión.
Ejercicio 12
Se requiere mezclar SANFO con aluminio bajo los siguientes porcentajes:
• AN: 49,01 % (nitrato de amonio)
• SN: 34,67 % (nitrato de sodio)
• C: 2,45 % (carbono)
• FO: 2,86 % (fuel oil)
• Al: 11,01 % (Aluminio)
• Hallar el balance de oxigeno bajo las siguientes proporciones.

Ejercicio 13
Se requiere mezclar ANFO con aluminio bajo los siguientes porcentajes:
• AN : 87,64 %
• Al: 10 %
• FO : 2,40 %

Ejercicio 14
Se tiene ANCO en las siguientes proporciones:
• AN: 93 %
• C: 7 %

Fuerza o potencia
• El concepto de fuerza o potencia se aplica en un sentido relativo
para comparar la capacidad de los explosivos entre sí para
fragmentar y/o remover roca in-situ.
• Se asocia en general a la energía en forma de calor liberada por

la reacción química, a expensas de la cual los gases efectúan su
trabajo de expansión sobre el medio. En otras palabras, en este
contexto la expresión fuerza o potencia se utiliza como sinónimo
de trabajo.
• Por otra parte, el término potencia se refiere a la velocidad con

que se realiza un cierto trabajo. En consecuencia, para un
determinado explosivo la potencia depende de la cantidad de
energía liberada (calor) como asimismo de la velocidad con que
ella se libera (velocidad de detonación), característica esta última
representativa de la capacidad rompedora asociada al impacto de
la onda de choque.
Fuerza o potencia
• En la actualidad predomina una metodología o
criterio de comparación que consiste en evaluar
los explosivos en base a diversas fórmulas semi-
empíricas propuestas por diferentes autores
especialistas en el tema. Entre las más utilizadas
se pueden destacar las que se indican a
continuación.
• Ulf Langefors de Suecia: toma en cuenta

solamente las características energéticas de los
explosivos, y define la Potencia Relativa (S) con
respecto a un explosivo de referencia en los
términos siguientes:
Fuerza o potencia
• Paddock de los EE UU: propone una fórmula
que combina el concepto energético asociado
al calor desprendido por la reacción química
con características representativas del poder
rompedor de los explosivos. Define así lo que
denomina Factor de Potencia mediante la
siguiente expresión:
Fuerza o potencia
• Asimismo, en términos comparativos, define el Factor
de Potencia Relativa (FPR) con respecto a un
explosivo de referencia:
• Si se adopta como explosivo de referencia al ANFO,

en condiciones de carguío a granel y diámetro de la
carga mayor de 150 mm, Q0 se aproxima a 900
[Kcal/kg], Do es del orden de 4.500 [m/seg] y 8o toma
un valor de 0,8 [gr/cm3].
Fuerza o potencia
• Poder Rompedor Relativo (PRR): Otra fórmula también utilizada
considera solamente las características rompedoras del
explosivo, medidas con respecto a un explosivo de referencia,
según la expresión siguiente (Pernia-Llera et al. 1989):
• De manera similar en este caso, para fines de comparación se

prefiere hoy en día escoger al ANFO como explosivo de
referencia, cuyas características ya han sido precisadas en
valores cuantitativos en los párrafos anteriores.
Fuerza o potencia
• En síntesis, esta propiedad de los explosivos, a la que identifican

y se refieren diversos autores con el nombre genérico de Fuerza o
Potencia, es un concepto que puede aceptar diversas lecturas. Es
preciso por lo tanto ser bastante cuidadoso con su aplicación,
como asimismo adoptar un criterio flexible en su manejo.
• En este sentido, se requiere primero una buena comprensión de

los fundamentos teóricos que respaldan las diferentes
aproximaciones, en cuanto a diferenciar claramente cuales
características de los explosivos se están privilegiando en cada
caso: rompedoras o energéticas.
Ejercicios 16
• Calcular la potencia relativa (PR) del Trimex con
respecto al Anfo y la dinamita sugerido por
LANGERFOR:
Datos:
Q Trimex = 815 kcal/kg
V Trimex = 890 lts/kg
Velocidad de detonación
• Se define como la velocidad de propagación estable o constante que
alcanza la reacción química en una columna explosiva durante el
proceso de detonación. Alcanza valores comprendidos entre los 2.000 y
8.000 [m/seg].
• Se llama Velocidad de Detonación ideal (D*) a la velocidad teórica

máxima determinada por la Teoría Termohidrodinámica. Es función de los
parámetros termoquímicos del estado de detonación, principalmente del
calor (Q2) liberado por la reacción química. Para un determinado
explosivo ideal dado, D* es función solamente de su densidad (δ1). En el
caso de los explosivos sólidos, esta relación es lineal.
• Se llama Velocidad de Detonación Real o Práctica (D) la que alcanza la

reacción química en las condiciones reales de aplicación del explosivo.
Depende por lo tanto de otros factores tales como: energía de iniciación,
diámetro de perforación, granulometría y grado de confinamiento de la
carga explosiva. Se puede medir experimentalmente mediante métodos
muy precisos y bastante simples.
Velocidad de detonación
• Por ejemplo, la mayoría de los explosivos industriales requieren una cantidad mínima
de materia reactante inicial relativamente grande -masa crítica- para alcanzar un
estado de detonación estable. En términos prácticos, esta cantidad de materia
depende del diámetro de la carga explosiva o, lo que es lo mismo, del diámetro de
perforación.
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PROCESO DE LA DETONACIÓN

• La presión de explosión decae rápidamente hasta alcanzar lo que se

• Siendo la energía de formación por unidad de

• Siendo la energía de formación por unidad de

• Conocida la cantidad de materia reactante y la sumatoria

• Se puede medir también experimentalmente en un

• En el interior de la mina, no deben usarse

9 NH4NO3 + 2 NaNO3 + 4 CH2 + 2Al ↔ 10 N2 + 22 H2O + Na2CO3 + Al2O3 + 2CO2 + CO

• Porcentaje total de los oxidantes será de un 89%

a) Determinar el porcentaje de cada uno de los reactantes.

Calcular el balance de oxigeno

Se requiere determinar el balance de oxígeno.

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• Por otra parte, el término potencia se refiere a la velocidad con

• Ulf Langefors de Suecia: toma en cuenta

• Si se adopta como explosivo de referencia al ANFO,

• De manera similar en este caso, para fines de comparación se

• En síntesis, esta propiedad de los explosivos, a la que identifican

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