Fuerza (explosiva)

En los materiales explosivos , la fuerza es el parámetro que determina la capacidad del explosivo para desplazar el material circundante. Está relacionada con el rendimiento total de gas de la reacción y la cantidad de calor producido. Cf. brisancia .

La potencia, o potencial , de un explosivo es el trabajo total que puede realizar el gas resultante de su explosión, al expandirse adiabáticamente desde su volumen original hasta que su presión se reduce a la atmosférica y su temperatura a 15  °C. Por lo tanto, el potencial es la cantidad total de calor liberado a volumen constante, expresada en unidades de trabajo equivalentes, y constituye una medida de la potencia del explosivo.

La potencia explosiva se mide, por ejemplo, mediante la prueba del bloque de plomo de Trauzl .

Una explosión puede ocurrir bajo dos condiciones generales: la primera, sin confinamiento, como en el aire libre donde la presión (atmosférica) es constante; la segunda, confinada, como en una cámara cerrada donde el volumen es constante. En ambos casos se libera la misma cantidad de energía calorífica, pero en la explosión sin confinamiento, una cierta cantidad se utiliza como energía de trabajo para desplazar el aire circundante y, por lo tanto, se pierde en forma de calor. En una explosión confinada, donde el volumen explosivo es pequeño (como ocurre en la recámara de un arma de fuego), prácticamente todo el calor de la explosión se conserva como energía útil. Si se calcula la cantidad de calor liberado a volumen constante en condiciones adiabáticas y se convierte de unidades de calor a unidades de trabajo equivalentes, se obtiene el potencial o capacidad de trabajo.

Por lo tanto, si

Qmp representa la cantidad total de calor desprendido por un mol de explosivo a 15 °C y presión constante (atmosférica) _;

Q _mv representa el calor total liberado por un mol de explosivo a 15 °C y volumen constante; y

W representa la energía de trabajo gastada al empujar el aire circundante en una explosión no confinada y, por lo tanto, no está disponible como calor teórico neto;

Luego, debido a la conversión de energía en trabajo en el caso de presión constante,

Q _mv = Q _mp + W

A partir de este valor, se puede determinar el valor de Q _mv . Posteriormente, se puede calcular el potencial de un mol de explosivo. Utilizando este valor, se puede determinar el potencial para cualquier otra cantidad de explosivo mediante una simple proporción.

Utilizando el principio del estado inicial y final, y la tabla de calor de formación (derivada de datos experimentales), se puede calcular fácilmente el calor liberado a presión constante.

m n

Q _mp = v _i Q _fi - v _k Q _fk

1 1

dónde:

Q _fi = calor de formación del producto i a presión constante

Q _fk = calor de formación del reactivo k a presión constante

v = número de moles de cada producto/reactivo ( m es el número de productos y n el número de reactivos)

La energía de trabajo desperdiciada por los productos gaseosos de la detonación se expresa mediante:

W = P dv

Con presión constante y volumen inicial despreciable, esta expresión se reduce a:

W = P·V ₂

Dado que los calores de formación se calculan para la presión atmosférica estándar (101  325 Pa, donde 1 Pa = 1 N/m² ⁾ y 15  °C, V₂ _es el volumen ocupado por los gases producto en estas condiciones. En este punto

W /mol = (101  325 N/m ² )(23,63 L/mol)(1 m ³ /1000 L) = 2394 N·m/mol = 2394 J/mol

Aplicando los factores de conversión adecuados, el trabajo puede convertirse a unidades de kilocalorías.

W /mol = 0,572 kcal/mol

Una vez equilibrada la reacción química , se puede calcular el volumen de gas producido y el trabajo de expansión. Con esto, se pueden realizar los cálculos necesarios para determinar el potencial.

Para TNT:

C ₆ H ₂ (NO ₂ ) ₃ CH ₃ → 6CO + 2.5H ₂ + 1.5N ₂ + C

para 10  mol

Entonces:

Qmp = 6(26,43) – 16,5 = 142,08 kcal/ _mol

Nota: Los elementos en su estado natural (H₂ _, O₂ _, N₂ _, C, etc.) se utilizan como base para las tablas de calor de formación y se les asigna un valor de cero. Véase la tabla 12-2.

Q _mv = 142,08 + 0,572(10) = 147,8 kcal/mol

Como se indicó anteriormente, Q _mv convertido a unidades de trabajo equivalentes es el potencial del explosivo. (MW = Peso molecular del explosivo)

Potencial = Q _mv kcal/mol × 4185 J/kcal × 1000 g/kg × 1 mol/(mol·g)

Potencial = Q _mv (4,185 millones) J/(mol·kg)

Para TNT ,

Potencial = 147,8 (4,185 millones)/227,1 = 2,72 millones de J/kg

En lugar de tabular números tan grandes, en el campo de los explosivos, el TNT se toma como explosivo estándar, y a los demás se les asignan potencias relativas a la del TNT. El potencial del TNT se ha calculado anteriormente en 2,72 millones de J/kg. La potencia relativa (PR) puede expresarse como

RS = Potencial de explosión / (2,72 millones)