Detonador

Un detonador o cápsula fulminante es un pequeño dispositivo explosivo o una pequeña cantidad de explosivo, que puede combinarse con una mecha , utilizado para detonar una carga mayor de alto explosivo. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Los detonadores se presentan en una variedad de tipos, según cómo se inician (química, mecánica o eléctricamente) y los detalles de su funcionamiento interno, que a menudo implica varias etapas. Los tipos de detonadores incluyen no eléctricos y eléctricos. Los detonadores no eléctricos suelen ser de tipo punzante o pirotécnico, mientras que los eléctricos suelen ser de "hilo caliente" (bajo voltaje), de puente explosivo (alto voltaje) o de lámina explosiva (muy alto voltaje). ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los detonadores eléctricos originales, inventados en 1875 independientemente por Julius Smith y Perry Gardiner, utilizaban fulminato de mercurio como explosivo principal . Hacia el cambio de siglo, se mejoró el rendimiento del detonador Smith-Gardiner mediante la adición de un 10-20% de clorato de potasio . ^{[ 5 ]} Este compuesto fue reemplazado por otros: azida de plomo , estifnato de plomo , aluminio u otros materiales como el DDNP para reducir la cantidad de plomo emitido a la atmósfera por las operaciones mineras y de canteras. También se suele utilizar una pequeña cantidad de TNT o tetril en los detonadores militares y PETN en los comerciales.

El primer detonador o cápsula fulminante se demostró en 1745 cuando el médico y boticario británico William Watson demostró que la chispa eléctrica de una máquina de fricción podía encender la pólvora negra , mediante la ignición de una sustancia inflamable mezclada con la pólvora negra. ^{[ 6 ]}

En 1750, Benjamin Franklin, en Filadelfia, fabricó un detonador comercial que consistía en un tubo de papel lleno de pólvora negra, con cables que entraban por ambos lados y un relleno que sellaba los extremos. Los dos cables se acercaban pero no llegaban a tocarse, por lo que una gran descarga eléctrica entre ellos activaba el detonador. ^{[ 7 ]}

En 1832, el químico estadounidense Robert Hare creó un detonador de alambre caliente , aunque los italianos Volta y Cavallo ya habían intentado algo similar . ^{[ 8 ]} Hare construyó su cápsula explosiva haciendo pasar un alambre multifilar a través de una carga de pólvora dentro de un tubo de estaño; cortó todos los hilos del alambre multifilar excepto uno fino para que este sirviera como puente de conexión. Cuando se hacía pasar una corriente fuerte de una batería grande (a la que llamaba "deflagrador" o "calorimotor") a través del hilo fino, este se volvía incandescente e incendiaba la carga de pólvora. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

En 1863, Alfred Nobel se dio cuenta de que, si bien la nitroglicerina no podía detonarse con una mecha , sí podía detonarse mediante la explosión de una pequeña carga de pólvora, que a su vez se encendía con una mecha. ^{[ 11 ]} En el plazo de un año, comenzó a añadir fulminato de mercurio a las cargas de pólvora de sus detonadores, y en 1867 ya utilizaba pequeñas cápsulas de cobre con fulminato de mercurio, activadas por una mecha, para detonar la nitroglicerina. ^{[ 12 ]}

En 1868, Henry Julius Smith de Boston presentó un detonador que combinaba un encendedor de chispa y fulminato de mercurio, el primer detonador eléctrico capaz de detonar dinamita. ^{[ 13 ]}

En 1875, Smith —y luego, en 1887, Perry G. Gardner de North Adams , Massachusetts— desarrollaron detonadores eléctricos que combinaban un detonador de alambre caliente con explosivo de fulminato de mercurio. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} Estos fueron los primeros detonadores de tipo moderno. Los detonadores modernos utilizan explosivos diferentes y cargas explosivas primarias y secundarias separadas, pero en general son muy similares a los detonadores de Gardner y Smith.

Smith también inventó la primera fuente de alimentación portátil satisfactoria para encender detonadores : un magneto de alto voltaje accionado por una cremallera y un piñón , que a su vez era accionado por una manivela en forma de T que se empujaba hacia abajo. ^{[ 17 ]}

Las cápsulas de encendido eléctrico se desarrollaron a principios del siglo XX en Alemania y se extendieron a los EE. UU. en la década de 1950 cuando ICI International compró la Atlas Powder Company ; estas cápsulas se han convertido en el tipo de cápsula estándar predominante en el mundo.

La necesidad de detonadores como los detonadores surgió del desarrollo de explosivos secundarios y terciarios más seguros . Estos explosivos suelen iniciarse mediante una cadena de explosivos que comienza con el detonador. Por seguridad, los detonadores y el dispositivo explosivo principal generalmente se unen justo antes de su uso.

Un detonador suele ser un dispositivo de varias etapas, con tres partes:

1. En primer lugar, el método de iniciación (fuego, electricidad, etc.) debe proporcionar suficiente energía (como calor o choque mecánico) para activarse.
2. un explosivo primario fácil de encender , que a su vez detona
3. una pequeña cantidad de un explosivo secundario más potente , en contacto directo con el primario, llamado explosivo "base" o "de salida", capaz de llevar a cabo la detonación a través de la carcasa del detonador hasta el dispositivo explosivo principal para activarlo.

Entre los explosivos comúnmente utilizados como detonadores primarios se encuentran la azida de plomo , el estifnato de plomo , el tetril y el DDNP . Los primeros detonadores también utilizaban fulminato de plata, pero este ha sido reemplazado por explosivos primarios más económicos y seguros. La azida de plata todavía se usa ocasionalmente, pero muy raramente debido a su elevado precio.

Es posible construir un detonador explosivo no primario (NPED, por sus siglas en inglés) en el que el explosivo primario se reemplaza por una mezcla inflamable pero no explosiva que propaga una onda de choque a lo largo de un tubo hacia el explosivo secundario. Los NPED son más difíciles de activar accidentalmente por choque y pueden evitar el uso de plomo. ^{[ 18 ]}

Como explosivo secundario "base" o "de salida", el TNT o el tetril se encuentran normalmente en los detonadores militares y el PETN en los detonadores comerciales.

Si bien los detonadores hacen que la manipulación de explosivos sea más segura, son peligrosos de manejar, ya que, a pesar de su pequeño tamaño, contienen suficiente explosivo como para herir a las personas; el personal no capacitado podría no reconocerlos como explosivos o considerarlos erróneamente inofensivos debido a su apariencia y manipularlos sin el cuidado necesario.

Los detonadores comunes suelen ser explosivos de ignición. Si bien se utilizan principalmente en operaciones comerciales, también se emplean en operaciones militares. Este tipo de detonador se inicia con mayor frecuencia mediante una mecha de seguridad y se utiliza en detonaciones que no requieren una respuesta inmediata, como la eliminación de municiones convencionales . Algunos detonadores conocidos son la azida de plomo [Pb(N₃ ₎ ₂ _] , la azida de plata [AgN₃ _] y el fulminato de mercurio [Hg(ONC) _₂ ].

Existen tres categorías de detonadores eléctricos: detonadores eléctricos instantáneos (IED), detonadores de retardo de período corto (SPD) y detonadores de retardo de período largo (LPD). Los SPD se miden en milisegundos y los LPD en segundos. En situaciones donde se requiere una precisión de nanosegundos, específicamente en las cargas de implosión de armas nucleares , se emplean detonadores de alambre explosivo . La onda de choque inicial se crea vaporizando un tramo de alambre delgado mediante una descarga eléctrica . Un desarrollo reciente es el detonador de impacto , que utiliza placas delgadas aceleradas por un alambre o lámina que explota eléctricamente para producir el choque inicial. Se utiliza en algunos sistemas de armas modernos. Una variante de este concepto se utiliza en operaciones mineras, donde la lámina explota mediante un pulso láser transmitido a la lámina a través de fibra óptica .

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  Recorte de alambres de platino para su uso en detonadores, 1955
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  Fabricación de detonadores, Hercules Powder Company , 1955
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  Inserción del enchufe y el cable puente en los detonadores eléctricos, 1955

Un detonador no eléctrico es un detonador de tubo de choque diseñado para iniciar explosiones, generalmente para la demolición de edificios y para su uso en la voladura de rocas en minas y canteras. En lugar de cables eléctricos, un tubo de plástico hueco transmite el impulso de disparo al detonador, lo que lo hace inmune a la mayoría de los riesgos asociados con la corriente eléctrica parásita. Consiste en un tubo de plástico de pequeño diámetro y tres capas, recubierto en su pared interior con un compuesto explosivo reactivo que, al encenderse, propaga una señal de baja energía, similar a una explosión de polvo . La reacción se propaga a aproximadamente 2000  m/s (6500  ft/s) a lo largo del tubo con una mínima perturbación en el exterior. Los detonadores no eléctricos fueron inventados por la empresa sueca Nitro Nobel en las décadas de 1960 y 1970, y se lanzaron al mercado de demoliciones en 1973.

En la minería civil, los detonadores electrónicos ofrecen mayor precisión en los retardos. Están diseñados para proporcionar el control preciso necesario para obtener resultados de voladura exactos y consistentes en diversas aplicaciones de voladura en las industrias minera, de canteras y de la construcción. Los detonadores electrónicos se pueden programar en incrementos de milisegundos o submilisegundos mediante un dispositivo de programación específico.

Los detonadores electrónicos inalámbricos están empezando a estar disponibles en el mercado de la minería civil. ^{[ 19 ]} Se utilizan señales de radio encriptadas para comunicar la señal de explosión a cada detonador en el momento preciso. Si bien actualmente son costosos, los detonadores inalámbricos pueden posibilitar nuevas técnicas mineras, ya que se pueden cargar múltiples explosiones a la vez y dispararlas en secuencia sin poner en peligro a las personas.

Un detonador de prueba número 8 contiene 2 gramos de una mezcla de 80 por ciento de fulminato de mercurio y 20 por ciento de clorato de potasio, o un detonador de resistencia equivalente. Un detonador de resistencia equivalente comprende entre 0,40 y 0,45 gramos de carga base de PETN prensada en una carcasa de aluminio con un espesor inferior que no exceda las 0,03 pulgadas (0,762  mm), con una densidad relativa no inferior a 1,4  g/cm³ y cebado con cantidades estándar de fulminante según el fabricante.

El tipo de detonador más antiguo y sencillo, el detonador con mecha, es un cilindro metálico cerrado en un extremo. Desde el extremo abierto hacia el interior, hay un espacio vacío donde se inserta y se engarza una mecha pirotécnica, luego una mezcla de ignición pirotécnica, un explosivo primario y, finalmente, la carga explosiva principal. El principal peligro de los detonadores pirotécnicos radica en que, para su correcto uso, la mecha debe insertarse y luego engarzarse presionando la base del detonador alrededor de la mecha. Si la herramienta utilizada para engarzar el detonador se usa demasiado cerca de los explosivos, el compuesto explosivo primario puede detonar durante el engarzado. Una práctica peligrosa común es engarzar los detonadores con los dientes; una detonación accidental puede causar lesiones graves en la boca. Los detonadores con mecha siguen en uso hoy en día. Son el tipo más seguro para usar en presencia de ciertos tipos de interferencia electromagnética y tienen un retardo de tiempo incorporado mientras la mecha se consume.

Los detonadores eléctricos de carga sólida utilizan un fino hilo conductor en contacto directo (de ahí su nombre) con un explosivo primario, que se calienta mediante corriente eléctrica y provoca su detonación. Este explosivo primario detona posteriormente una carga mayor de explosivo secundario. Algunas espoletas de carga sólida incorporan un pequeño elemento pirotécnico de retardo, de hasta unos cientos de milisegundos, antes de que el detonador se active.

Los detonadores de tipo cerilla utilizan una cerilla eléctrica (una lámina aislante con electrodos en ambos lados, un fino hilo conductor soldado a través de los laterales, todo ello sumergido en mezclas de ignición y descarga) para iniciar el explosivo primario, en lugar del contacto directo entre el hilo conductor y el explosivo. La cerilla se puede fabricar por separado del resto del detonador y ensamblarse únicamente al final del proceso. Los detonadores de tipo cerilla son actualmente los más comunes en todo el mundo.

El detonador de alambre de puente explosivo se inventó en la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan para desarrollar armas nucleares. ^{[ 20 ]} El objetivo del diseño era producir un detonador que funcionara muy rápidamente y de forma predecible. Tanto las cápsulas eléctricas tipo Match como Solid Pack tardan unos pocos milisegundos en dispararse, ya que el alambre de puente se calienta y calienta el explosivo hasta el punto de detonación. Los detonadores de alambre de puente explosivo o EBW utilizan una carga eléctrica de mayor voltaje y un alambre de puente muy delgado, de 0,04 pulgadas de largo, 0,0016 pulgadas de diámetro, (1  mm de largo, 0,04  mm de diámetro). En lugar de calentar el explosivo, el alambre del detonador EBW se calienta tan rápidamente por la alta corriente de disparo que el alambre en realidad se vaporiza y explota debido al calentamiento por resistencia eléctrica . ^{[ 21 ]} Esa explosión impulsada eléctricamente hace que el explosivo iniciador de baja densidad (generalmente PETN ) detone, que a su vez detona un explosivo secundario de mayor densidad (típicamente RDX o HMX ) en muchos diseños de EBW. ^{[ 22 ]} Además de dispararse muy rápidamente cuando se inician correctamente, los detonadores EBW son mucho más seguros que los detonadores de dinamita debido a la electricidad estática parásita y otras corrientes eléctricas. Una corriente suficiente fundirá el cable puente, pero no puede detonar el explosivo iniciador sin que la carga completa de alto voltaje y alta corriente pase a través del cable puente. Los detonadores EBW se utilizan en muchas aplicaciones civiles donde las señales de radio, la electricidad estática u otros riesgos eléctricos podrían causar accidentes con los detonadores eléctricos convencionales.

Los iniciadores de lámina explosiva (EFI), también conocidos como detonadores Slapper, representan una mejora con respecto a los detonadores EBW. ^{[ 23 ] [ 24 ]} En lugar de utilizar directamente la lámina explosiva para detonar el explosivo iniciador, los Slapper emplean la vaporización eléctrica de la lámina para impulsar un pequeño círculo de material aislante, como una película de PET o kapton , a través de un orificio circular en un disco adicional de material aislante. En el extremo opuesto de dicho orificio se encuentra una pastilla de explosivo secundario de alta densidad. ^{[ 25 ]} Los detonadores Slapper prescinden del explosivo iniciador de baja densidad utilizado en los diseños EBW y requieren una densidad energética mucho mayor que los detonadores EBW para su funcionamiento, lo que los hace intrínsecamente más seguros. ^{[ 23 ]}

Se ha intentado la iniciación láser de explosivos, propelentes o pirotecnia de tres maneras diferentes: (1) interacción directa con el HE o iniciación óptica directa (DOI); (2) calentamiento rápido de una película delgada en contacto con un HE; y (3) ablación de una lámina metálica delgada para producir una placa proyectil de alta velocidad que impacta en el HE (proyectil láser). ^{[ 25 ] [ 26 ]}

• Detonador de alambre explosivo : detonador activado por corriente eléctrica. 
• Detonador explosivo – Carga explosiva sensible 
• Manual de municiones improvisadas TM 31-210 – Manual del Ejército de los Estados Unidos 
• Secuencia de activación : secuencia de eventos que resulta en la detonación de explosivos. Páginas que muestran breves descripciones de objetivos de redirección. 

• Cooper, Paul W. Ingeniería de explosivos . Nueva York: Wiley-VCH, 1996. ISBN 0-471-18636-8.

• Película de seguridad de 1956 "Detonador - ¡Peligro!" de los Archivos Prelinger.
• Modelado y simulación del fenómeno de estallido en láminas que explotan eléctricamente. Archivado el 24/04/2016 en Wayback Machine.
• "Conjuntos internos de detonadores" (PDF) . cia.gov . 1949. Archivado del original (PDF) el 21 de abril de 2025.