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CAPITULO 1

1 FUNDAMENTOS Y CARACTERISTICAS DE LOS EXPLOSIVOS

1.1. LA COMBUSTION.

Oxidación es la cesión de electrones de un átomo o ión a otro átomo oión que sufre su reducción.

Dentro de las reacciones de oxidación nos interesan aquellas que severifiquen rápida y exotérmicamente, y, dentro de estas, aquellas en las queel agente oxidante sea el oxígeno.

Se denomina combustión a la reacción rápida de un cuerpo (combustible)con el oxígeno (comburente), con formación de productos gaseosos y despren-dimiento de luz y calor.

La combustión es una reacción de oxi-reducción. El combustible porantonomasia es la materia orgánica en general y, en particular, la mas eco-nómica: la madera, después el carbón, el gas de alumbrado y los derivadosdel petróleo en cualquiera de sus estados.

La combustión se llama completa cuando la totalidad de componentescombustibles se transforman en sus productos de oxidación. Se denomina In-completa cuando parte de los componentes combustibles quedan sin oxidar osolo alcanzan estados intermedios de oxidación.

En la práctica, para que una combustión sea completa hay que aportaroxígeno en exceso, lo cual resulta contraproducente a otros fines, por loque difícilmente se obtendrán combustiones completas.

Las combustiones incompletas se caracterizan por: producir gases tóxi-cos CO; humo negro; posibilidad de que los gases lleguen a oxidación totalal encontrar 02, y ello se produzca fuera de control, produciendo llamaradasy explosiones.

La energía generada por la combustión se aprovecha partiendo del calordesprendido en la reacción (ejemplo típico, una maquina de vapor) o utili-zando la variación del volumen de los gases producidos (motor de explosión).

1.2. LA EXPLOSIÓN. SU NATURALEZA.

Se entiende por explosión el fenómeno en cuyo desarrollo se produce unrápido desprendimiento de energía en un espacio muy limitado, originándoseun gran volumen de gases a elevada temperatura, con efectos mecánicos más omenos violentos sobre el medio en contacto.

Dicho fenómeno suele ser de origen químico en la mayoría de los casos,aunque un estudio completo de la naturaleza de las explosiones nos muestraque hay:

- Explosiones mecánicas: el material que las origina no experimentatransformación química apreciable, aunque si puede sufrir cambio defase, o de estado. Ejemplos: Rotura de recipientes por presión,vaporización violenta de líquidos (erupciones volcánicas), impactoa altas velocidades.

- Explosiones eléctricas y luminosas: originadas por pulsos eléctricoso electromagnéticos intensos. Ejemplos: Descarga de condensadoressobre un hilo metálico, láser.

- Explosiones nucleares: originadas por reacciones nucleares en cade-na.

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- Explosiones químicas: generadas por reacciones de oxireducción y masconcretamente, por combustiones: Un combustible reacciona con eloxígeno (comburente), con formación de productos gaseosos y des-prendimiento de luz y calor.

Lógicamente, para que una combustión sea considerada una explosión,tiene que verificarse que se cumplan las condiciones citadas al definir laexplosión: desprendimiento de energía, aumento de presión (por la gran can-tidad de gases que se producen) y gran velocidad en el proceso.

1.3. MATERIAS ACTIVAS. EXPLOSIVOS QUIMICOS.

Definido el término explosión, podríamos definir la palabra explosivo,como aquella sustancia capaz de hacer explosión. Sin embargo, dicha sustan-cia la vamos a llamar "Materia Activa", reservando el termino explosivo paralas sustancias que se descomponen según una explosión de naturaleza química.

Dada la diferente naturaleza de las explosiones podemos hablar de ma-terias Activas Clásicas: explosivos, y de materias Activas Modernas (o denueva tecnología): láser, electromagnéticas, nucleares de fusión o fisión,...

De acuerdo con la definición de explosión, y refiriéndonos a las mate-rias Activas Clásicas, definimos explosivo químico (o simplemente explosi-vo), como "sustancias o mezclas de sustancias de naturaleza química que,cuando son adecuadamente estimuladas, experimentan transformaciones físicasy químicas, cuya reacción de descomposición de carácter oxidante, exotérmi-co, tiene lugar en muy breve tiempo, formándose otras sustancias principal-mente gaseosas, de forma que el calor se acumula sobre el gas producido enforma de energía cinético-molecular capaz de transformarse en trabajo mecá-nico (4)".

La reacción que sufren los explosivos es una combustión más o menosrápida, en la que no es posible aportar comburente durante el proceso, porlo que éste tiene que ir incorporado por mezcla o combinación a la materiaactiva.

De cualquier forma, será muy difícil conseguir explosivos de combus-tión completa.

A modo de ejemplo, vamos a comparar el explosivo Dinitroglicol (decombustión completa) con combustibles tradicionales: carbón, hidrógeno yexano.

1 Kg de carbón produce 7916 Kcal y 83 moles de gas= 1.859 litros

1 Kg de hidrógeno produce 28.500 Kcal y 500 moles= 11.200 litros

1 Kg de exano produce 11.267 Kcal y 151 moles= 3.382 litros

1 Kg de dinitroglicol 2000 Kcal y 33 moles = 739 litros

Para producir 1000 Kcal. son necesarios:

126 gr de carbón y 334 gr de O2

35 gr de hidrógeno y 280 gr de O2

88 gr de exano y 309 gr de O2

500 gr de dinitroglicol.

Comparando estas cifras, se llega a las siguientes conclusiones:

- Para iguales energías, los pesos necesarios de un explosivo son ma-yores que la suma del combustible más comburente en cada uno de lascombustiones del ejemplo, y muchísimo mayores que el combustiblesólo (esto es, sin comburente).

- Las materias activas en general, y los explosivos en particular, noson en ningún caso más energéticas que cualquier otro combustible.

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- Las precauciones y temores que suscita el manejo de explosivos noson debidos a la energía que pueden desprender, sino al breve espa-cio de tiempo en que son capaces de hacerlo.

- El que un explosivo sea rico en oxígeno será una buena cualidad, yaque podrá desprender mayor cantidad de energía cuanto más se apro-xime a la combustión completa, pero en ningún caso la más importan-te.

La cualidad más sobresaliente de un explosivo es el tiempo necesariopara desprender su energía. veremos que en ello no tiene influencia el por-centaje de oxígeno.

La descomposición de un explosivo se produce mediante su combustión.Para que una reacción de este tipo sea considerada una explosión, debe cum-plir tres requisitos:

- que libere suficiente energía.

- que la transmisión de energía entre moléculas, o entre zonas conti-guas de materia, sea buena.

- que exista contacto intimo entre las sustancias o elementos combus-tibles y oxidantes que reaccionan.

Con estas condiciones, si conseguimos iniciar la reacción en una zonadel explosivo haciendo que las moléculas en esa zona superen la energía deactivación necesaria para reaccionar, el calor generado en la reacción serásuficiente para activar nuevas moléculas, que a su vez reaccionarán.

Si esta transmisión de energía se hace rápidamente, el proceso dereacción avanzará a gran velocidad en la masa del explosivo, dando lugar auna explosión.

Resulta evidente que para que el avance de la explosión sea rápido,debe existir un contacto íntimo entre el combustible y el comburente. Ilus-traremos esto con un ejemplo:

La combustión completa de una gasolina, en presencia de aire como oxi-dante, libera 10.000 cal/gr. En estado líquido, esta combustión es, en ge-neral, lo suficientemente lenta como para no ser una explosión. Ello se de-be, no a que la reacción no sea lo suficientemente exotérmica, ni a que latransmisión del calor liberado no sea rápida; sino a que se necesita un con-tinuo aporte de aire sobre la zona que se está quemando para que se produzcala reacción: el contacto entre combustible y comburente es malo. Si la ga-solina está en forma de aerosol, dispersas sus moléculas por el aire o, me-jor, en oxígeno, en la cantidad apropiada, la combustión se acelerará inme-diatamente, adquiriendo el carácter de explosión.

Este ejemplo ilustra el procedimiento empleado para conseguir latransmisión de la reacción en los explosivos del tipo FAE. (Fuel Air Explo-sives, o Explosivos de Aire Combustible) muy empleados moderadamente en ca-bezas de guerra de cohete, en dispositivos de apertura de brechas y en bom-bas de aviación.

En el caso de explosivos sólidos o líquidos el contacto íntimo entrecombustible y comburente se consigue de dos formas:

- Compuestos químicos puros: en su propia molécula existen elementoscombustibles, como el carbono o el hidrógeno, y elementos oxidan-tes, como el oxígeno o el flúor. Este es el caso de la nitroglice-rina, nitrocelulosa, trilita, etc.

- Mezclas explosivas: el combustible y el comburente son sustanciasdiferentes, finamente granuladas y mezcladas. Un ejemplo clásicoes la pólvora negra, que es una mezcla purulento homogénea de azu-fre (ligante), carbón (combustible), con nitrato potásico o sódico(oxidantes).

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Por otro lado se ha hablado de iniciar la reacción. Este fenómeno dela iniciación se tratará más adelante. Basta decir que la reacción que seobtenga de una sustancia explosiva puede ser diferente si se inicia con otroexplosivo o con una cerilla.

Quedaría aún otro mecanismo de formar sustancias explosivas, mucho me-nos importante que los dos mencionados: es el caso de los compuestos quími-cos cuya energía de formación es positiva y que mediante la adecuada inicia-ción se descomponen prácticamente en los elementos que lo forman, liberando,por tanto, un calor similar a su energía de formación. El ámbito de estoscompuestos se reduce a algunos nitruros metálicos, empleados como explosivosiniciadores.

1.4. REGÍMENES DE DESCOMPOSICIÓN DE LOS EXPLOSIVOS.

Distinguimos cuatro modalidades de descomposición:

- Descomposición térmica

- Combustión ordinaria

- Deflagración

- Detonación

De todas ellas, solo la detonación cumple estrictamente los requisitosde una explosión de naturaleza química. Sin embargo, dadas las característi-cas comunes con la deflagración y la facilidad con que la deflagración ter-mina, en determinadas circunstancias, en detonación, admitiremos que la deflagracíón es una explosión.

1.4.1. DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA.

Esta descomposición molecular, con formación de gases, se produce comoconsecuencia del calentamiento de un explosivo, por debajo de su temperaturade combustión durante un período de tiempo suficientemente grande. Se vefavorecida por una serie de factores, comoson: impurezas, humedad, rayosul-travioletas, etc. Este calentamiento, en general, produce un envejecimientoen los explosivos, que se vuelven inestables y sensibles a múltiples causasque originan su explosión. Este calentamiento se puede producir simplementedurante el almacenamiento, y no tiene porqué ser elevado, sino que se carac-teriza principalmente por ser prolongado; a veces, años.

1.4.2. COMBUSTIÓN ORDINARIA.

Hay determinadas sustancias explosivas que se descomponen ardiendosimplemente, cuando el estímulo que reciben no es el suficiente para provo-car su explosión. Este es el caso de la trilita en ausencia de confinamien-to cuando no es iniciada convenientemente, que arde desprendiendo gran can-tidad de humo. Una combustión no es otra cosa que una oxidación a velociadadmoderada.

Puede considerarse este tipo de descomposición como un caso especialde descomposición térmica.

1.4.3. DEFLAGRACIÓN.

La opinión más generalizada acepta que en esta reacción, el explosivoentra en combustión por capas paralelas y progresa hacia el interior de lasustancia hasta su consumo total, transmitiéndose el calor de las llamas ygases producidos por conductividad.

Puede afirmarse que es una explosión lenta, comparada con la velocidadnormal a que tienen lugar las reacciones explosivas.

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La velocidad de deflagración es variable, aumentando con la presión ytemperatura de los gases producidos, con arreglo a la formula V = a + bP,siendo v la velocidad de deflagración en mm/sg, a y b son dos coeficientes yson función de la temperatura y P es la presión en Kg/cm.

Para pólvoras de potencia media con unos 3.000º de temperatura absolutade combustión, V = 10+0.13P.

Esta modalidad de descomposición es propia de las pólvoras (o bajosexplosivos), y la velocidad normal de este tipo de explosión es de cm/sg odm/sg.

Hay otros autores, entre los que se incluye M. Monforte Soler (s), queafirman que la deflagración presenta una onda de choque sobre el medio puesla velocidad de propagación de la reacción en el explosivo es superior a lavelocidad del sonido, lo cual implica efectos mecánicos que pueden ser im-portantes. El citado autor concluye afirmando que las pólvoras empleadas encañón o en motores cohete no deflagran, en su funcionamiento normal, sinoque sufren una combustión ordinaria más o menos rápida.

Nosotros aceptaremos la primera teoría sobre la deflagración aquí ex-puesta, y consideraremos como la mayoría de los autores, que las pólvorasdeflagran en su funcionamiento normal.

1.4.4. DETONACIÓN.

La velocidad de las primeras moléculas gasificadas es tan grande, queno ceden el calor por conductividad a la masa de explosivo aún no gasifica-da, sino que lo transmiten por choque, que deformándolo, como corresponde ala enorme fuerza viva de que están dotadas, lo calientan y emiten nuevos ga-ses. Y de esta manera, por choques que producen calor, éste descompone alexplosivo, y los productos de la descomposición vuelven a chocar transmi-tiendo el proceso, mediante un movimiento ondulatorio llamado onda explosi-va, en el que la reacción química avanza como remolcada por fenómenos mecá-nicos.

Esta onda de presión, de choque o de compresión parte siempre de unpunto de percusión debido a la explosión de un cebo o cápsula, mientras quela energía suministrada por fuego o llama (exceptuando los fulminantes) noconduce directamente a la detonación. Para que la detonación se propague,es preciso que la energía cinética media de las moléculas que chocan, conte-nida en la onda de presión sobrepase de cierto valor crítico. El conjuntoacción térmica y choque mecánico constituye la energía activadora necesariapara que se verifique la detonación.

La velocidad de propagación de las detonaciones suele ser del mismoorden que la velocidad de propagación del sonido en los sólidos, esto es, deKm/seg.

Resumiendo, podemos decir, que el proceso de detonación se puede ori-ginar en un compuesto explosivo, mediante una onda de choque capaz de provo-car la reacción química de descomposición, de forma tal, que la energía li-berada en la reacción sea capaz de mantener de una forma contínua la onda dechoque.

Luego son precisas tres condiciones:

- Onda de choque que provoque la reacción.

- Energía positiva de la reacción capaz de realimentar la onda de cho-que.

- Celeridad suficiente en la transmisión de energía en la reacción ala onda de choque para que ésta se mantenga.

Las sustancias explosivas cuyo régimen normal de descomposición es ladetonación se conocen como explosivos propiamente dichos.

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1.4.4.1. Iniciación.

Ya se ha dicho que según como se inicie una sustancia susceptible dehacer explosión, se verificará que su descomposición será una combus-tión, una deflagración o una detonación. Profundicemos, ahora, en el con-cepto de ínícíación.

Se entiende por tal, el fenómeno de comenzar la descomposición explo-siva de una Materia Activa. A efectos de iniciación en explosivos químicos,admitimos como explosivo, aquellas sustancias que deflagran, y que tambiénrequieren una correcta iniciación.

En los explosivos iniciadores la detonación se provoca por llama,fricción, percusión, etc., bastando en general pequeños estímulos, dada lagran sensibilidad, para que se produzca la detonación.

En el caso de explosivos rompedores, en los que la insensibilidad yestabilidad química son muy notables, la iniciación tiene una influencia má-xima. Prácticamente se consigue mediante la onda de choque de un multipli-cador o cebo.

Experimentalmente está demostrado que el poder de iniciación y la sen-sibilidad a la iniciación crecen en razón directa al aumento de la propiavelocidad de detonación.

Se recurre entonces a emplear una pequeña cantidad de explosivo sensi-ble a la iniciación, normalmente de gran velocidad de detonación, para ini-ciar la detonación en otra cantidad considerablemente mayor, de explosivorompedor, menos sensible a la iniciación. Surge así el concepto de CadenaPirotécnica o Tren de fuego.

Puede servir como ejemplo de la necesidad de una adecuada iniciaciónel caso de la trilita; en pequeñas cantidades puede arder al aire libre alarrimarle una cerilla, sin embargo, iniciada correctamente con un cebo, de-tona.

1.4.5. TRANSICIÓN DE DEFLAGRACIÓN A DETONACIÓN.

Ya hemos visto que el tipo de iniciación que sufre una sustancia esdeterminante del tipo de reacción que va a presentar dicha sustancia, segúnuna combustión o una def lagración, o según una detonación. Estudiaremos acontinuación como se produce el paso de una a otra.

El cambio del régimen de deflagración al de detonación, cuando ocurre,es casi siempre, extremadamente rápido e impredecible. Por este motivo, talfenómeno ha sido difícil de estudiar experimentalmente (es irreproducible),y hasta hace pocos años no ha sido posible darle una explicación.

De cualquier forma, la detonación se inicia por delante del frente decombustión, y una explicación posible pasa por tres fases:

1º) La combustión genera una onda de compresión en el material noreaccionado.

2º) El aumento de presión acelera la combustión, la cual a su vez,provoca que la presión siga creciendo cada vez más.

3º) Las sucesivas ondas de presión, al desplazarse en un medio cadavez más comprimido tienen también mayor velocidad, por lo quecapturan a las que se generaron con anterioridad. El frente depresión crece y se va haciendo cada vez más abrupto, convirtién-dose en un choque. Cuando este choque alcanza una presión sufi-ciente, inicia la detonación en el material.

Según este mecanismo, la transición no se producirá a menos que el ex-plosivo esté confinado y se pueda llegar a presiones de la onda de choquedel orden de varios kilobares.

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Este confinamiento puede ser real (el recipiente de un proyectil, elempaque de una carga de proyección, una vaina, etc) o un “autoconfinamiento”producido por una cantidad de explosivo amontonado, aunque esté al aire li-bre. En este caso, si el fuego se inicia en el centro, la inercia del ex-plosivo que hay alrededor obliga al aumento de presión para transmitir lareacción. Por eso, en la operación de quemado de las cargas de proyecciónsobrantes en los ejercicios de tiro se debe realizar colocando éstos en filay no amontonándolos.

1.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXPLOSIÓN.

Por ser la explosión un proceso químico, se rige por las leyes genera-les de la Química-FíSica.

Se trata en esencia de una combustión y para que tenga lugar se preci-sa, no solamente la coexistencia en contacto íntimo del combustible y combu-rente, en proporciones adecuadas, sino de su calentamiento hasta una tempe-ratura determinada y característica, la temperatura de inflamación.

La marcha ulterior del proceso depende, no solamente de que la tempe-ratura haya llegado a este límite mínimo o a otros valores superiores, sinotambién de otros factores, de forma tal, que actuando sobre éstos se puedemodificar la explosión y orientarla hacia una combustión ordinaria, una de-flagración o una detonación.

1.5.1. NATURALEZA Y PORCENTAJE DE LOS COMPONENTES.

Evidentemente la influencia de la naturaleza depende de que el explo-sivo sea una combinación o una mezcla. En el primer caso, al ser la compo-sición constante, a igualdad de constancia de las demás variables, la velo-cidad de reacción será fija.

Por contra, en el caso de la mezcla formada por varios componentes, ladosificación de éstos influye sobre la velocidad de reacción. Se justificaesta variación por el hecho que cuando las moléculas de combustible estánmuy difundidas la reacción se propaga lenta y difícilmente, siendo imposiblela formación de una onda explosiva. Si por el contrario, las moléculas decombustible son demasiado numerosas y las que están distanciadas son las decomburente, también la combustión será lenta e incompleta. La propagaciónde la combustión con mayor o menor rapidez pero dentro del carácter explosi-vo, no tendrá lugar más que cuando las moléculas de combustible y comburentesean lo suficienteménte numerosas y se encuentren íntima y homogéneamentemezcladas.

1.5.2. PRESIÓN Y TEMPERATURA.

La temperatura inicial del explosivo determina la cantidad de calornecesario para alcanzar la temperatura de reacción y no solo eso, sino quela temperatura del recipiente que contiene al explosivo puede modificar suvelocidad de reacción en función de la cantidad de calor que pueda absorber.

Se puede concluir que, la velocidad de reacción se duplica por cadaaumento de 10º C de temperatura.

La presión también modifica notablemente la velocidad de la combus-tión. Es evidentemente que en un recinto indeformable, la velocidad irácreciendo a medida que lo vaya haciendo la presión. Este fenómeno ocurre enla transición de deflagración a detonación, antes mencionado.

1.5.3. DENSIDAD DEL EXPLOSIVO.

Conviene distinguir entre densidad absoluta o real (5) que es la masade la unidad de volumen de un explosivo considerada sin intersticio algunode aire, y que influye en la velocidad de combustión; y la llamada densidad

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gravimétrica que es el peso de un litro de explosivo en condiciones normales(teniendo en cuenta el aire ocluido) . Esta última influye en la velocidadde inflamación.

Al aumentar la densidad de un explosivo aumenta la velocidad de com-bustión. Este aumento no es indefinido, sino que presenta un máximo parauna densidad llamada densidad limite práctica rebasada la cual un explosivodetonante puede dejar de detonar (insensibilización) o puede detonar par-cialmente o puede deflagar.

1.5.4. DENSIDAD DE CARGA.

Es la relación entre la masa explosiva y el volumen del recinto dondetiene lugar la explosión. Se representa por:

Con ella se verifica que cuanto mayor es, mayor es también la presión.Y como quiera que lo mismo le ocurre a la velocidad de explosión, resultaque lo que comienza en def legración puede acabar en detonación.

1.5.5. ATRAQUE.

Se llama así al obstáculo o resistencia que presenta el recinto en quesucede la explosión, a la expansión de los gases. El atraque, por tanto, esfunción de la naturaleza del recipiente y de su hermetismo.

En un recipiente hermético y adecuado para impedir su rotura antes dela gasificación total de un explosivo, la presión se va incrementando con elavance del proceso, y al ser su velocidad de reacción función de la presión,lo que se inició con una simple combustión puede convertirse en deflagracióno incluso en detonación.

La pólvora negra arde al aire libre; deflagra en el ánima de un arma,donde su atraque es variable, ya que a medida que las proporcionado por elavance del proyectil tiende a mantener la presión dentro de ciertos límitesy detona como carga explosiva de proyectiles en que su atraque es perfecto.

No todos los explosivos precisan el mismo atraque, pues mientras que aalgunos les basta el proporcionado por el aire que los rodea, para detonar,otros requieren obstáculos mayores.

1.5.6. CATALIZADORES.

Son sustancias que modifican la velocidad de una reacción, sin afectara su equilibrio, bien aumentándola (catalizadores positivos) o bien disminu-yéndola (catalizadores negativos o inhibidores).

Las explosiones como todo proceso químico son afectadas por los ade-cuados catalizadores. Al estudiar las pólvoras de base nitrocelulósica, severá como se las somete a tratamientos estabilizantes para impedir la apari-ción de ácidos, que actuando como catalizadores positivos comprometen suconservación, acelerando el proceso de descomposición térmíca.

1.5.7. MASA.

Para cada explosivo existe la llamada masa critica, es decir, un cier-to valor de masa a partir de la cual la deflagración y la combustión ordina-ria pasan a detonación.

Por otro lado, existe la llamada masa limite (o diámetro límite, segúnautores) que es el valor mínimo de masa de explosivo que, en unas condicio-nes de densidad del explosivo y de un confinamiento establecido, permite ob-tener la máxima velocidad de detonación.

V ϖ=∆

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1.5.8. TAMANO DE PARTICULA DEL EXPLOSIVO.

Está comprobado que cuanto menor sea el tamaño de los cristales menores la masa crítica para que el fenómeno de la detonación se estabilice.

1.6. CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS.

Con la denominación de características de un explosivo, se da a enten-der el conjunto de cifras y datos numéricos que sirven para enjuiciarlo yvalorar sus efectos.

Hay características como la densidad o la sensibilidad, que solo sonsusceptibles de una apreciación práctica, y otras, en cambio que admiten,además, el cálculo teórico. Para este cálculo es fundamental conocer lasreacciones de formación de los productos iniciales, pero sobre todo, lasreacciones de descomposición de los explosivos.

Referentes al explosivo antes de detonar, podemos considerar caracte-rísticas tales como la estabilidad, la sensibilidad y la densidad; durantela reacción, una característica fundamental es la velocidad de detonación,el calor de explosión y el volumen de los gases generados.

Existen también, algunas propiedades que podríamos llamar impropias,porque más bien son condiciones, en especial en época de guerra, como son lafacilidad de fabricación y su precio.

A continuación se hace un estudio detallado de las características atener en cuenta para enjuiciar la bondad de un explosivo.

1.6.1. ESTABILIDAD.

Consiste esta propiedad en la capacidad de un explosivo de mantenerconstante tanto su composición como sus propiedades. Naturalmente a noso-tros nos interesan las sustancias que posean un alto grado de estabilidad,dado que el trato que reciben dichas sustancias no es el idóneo, sobre todoen campaña.

La descomposición de una sustancia puede deberse a causas químicas ofísicas, de modo que, profundizaremos en ellas.

1.6.1.1. Estabilidad química.

Ejemplos típicos nitroglicerina, activada por la luz, o la formaciónde picratos metálicos de inestabilidad química son la descomposición internade la al entrar en contacto el ácido picríco con las paredes del vaso de unproyectil.

Puede ocurrir que el explosivo pierda sus propiedades, como ocurre enel primer caso, como tal explosivo, o que adquiera tal grado de sensibilidadque reaccione de forma espontánea, como es el segundo.

Además las mezclas suelen ser más inestables que las combinaciones.

1.6.1.2. Estabilidad física.

Para saber de las variaciones que puede experimentar un explosivo ensu sensibilidad, densidad, etc. conviene vigilar los siguientes factores:

- Calor, el calor puede ser causa de que un explosivo se haga tan in-sensible al cebo que deje de detonar o produzca detonaciones incom-pletas. Por el contrario un enfriamiento posterior puede hacerlerebasar su límite de densidad, con la consiguiente insensibiliza-ción o irregularidad en la explosión.

Por todo ello se aconseja que, en caso de exposición prolongada

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a temperaturas superiores a los 302 C, se someta nuevamente al ex-plosivo a una comprobación de su comportamiento.

- Frío y congelación: la sensibilidad al choque de un explosivo dismi-nuye tanto más cuanto mayor es el frío. Sin embargo la congelaciónpuede hacerlo mucho más sensible, como es el caso de los fulmicoto-nes o nitroglícerína.

- Exudación: consiste en la separación parcial de los ingredientes,sobre todo de los que integran las mezclas con materias grasas comovaselinas, parafina, trinitrotolueno, etc. El peligro aumentacuando la exudación ocurre con las dinamitas.

Hay que evitar, por lo tanto, cuanto pueda originar alternativasde frío y calor, ya que con ello se favorece la exudación.

- Humedad: la acción de la humedad resulta extraordinaria en aquellosexplosivos que contienen sales higroscópicas o delicuescentes (ama-toles, amonales, etc.). Con ella puede afectarse la densidad aca-rreando la alteración de la velocidad de explosión y de la poten-cia.

Mediante el auxilio de ciertas grasas como el ricino, vaselina,etc. se llega a conseguir una buena protección para una más largaconservación del explosivo.

1.6.1.3. Estabilidad balística.

La estabilidad balística, concepto relacionado fundamentalmente conlas pólvoras, se acusa en la marcha del tiro, siendo las presiones dentrodel tubo y las velocidades iniciales los datos que nos dan una idea de lamisma.

El fenómeno de la inestabilidad balística se presenta cuando una pól-vora pierde parte de su disolvente, hecho que ocurre inevitablemente con eltiempo. Este suceso da lugar a una vivacidad mayor a la pólvora, sin quesus características químicas o físicas hayan sufrido alteraciones aprecia-bles siquiera en laboratorio.

1.6.2. ECUACIÓN DE DESCOMPOSICIÓN.

El conocimiento de los productos resultantes de la explosión es funda-mental para el cálculo teórico de las demás caracterís~ ticas de los explo-sivos.

No es fácil frecuentemente, conocer la ecuación de descomposición deun explosivo, al menos de modo completo, cuando productos resultantes a latemperatura ordinaria, no teniendo en cuenta productos intermedios posibles.

Experimentalmente se han establecido unas reglas que permiten estable-cer la ecuación de descomposición de manera fácil y muy aproximada a la rea-lidad: todo el carbono del explosivo pasa a óxido de carbono (CO); si sobraoxígeno, la mitad de sus átomos se emplea en transformar el óxido en anhí-drido carbónico (CO2) y la otra mitad se une al hidrógeno para formar agua,quedando el resto libre, si es que aun quedara como consecuencia del últimoreajuste.

Veamos unos ejemplos:

Nitroglicerina: C3H5O9N3 Õ 3 CO2 + 2,5 H2O + 1,5 N2 + 0,25 O2

Dinitroglicol: C3H4O6N2 Õ 3 CO2 + 2 H2O + N2

Trilita: C7H5O6N3 Õ 6 CO + 2,5 H2O + C + 1,5 N2

En aquellos explosivos en los que no sucede una combustión propiamentedicha, sino que desprenden la energía potencial generada durante su forma-

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ción, al no existir carbono en su composición, el oxígeno se une al hidróge-no para formar agua, quedando el resto libre.

Nitrato amónico: NH4 NO3 Õ 2 H2O + 0,5 O2 + N2

1.6.3. CALOR DE EXPLOSIÓN.

Es la energía térmica desprendida en la descomposición de un explosivoy se mide en Kcal/mol. Es la característica más importante de un explosivo,ya que según sea su magnitud así será también la capacidad de trabajo de losgases que se generan, en su expansión.

Para calcular el calor de explosión, a partir de la ecuación de des-composición, basta con establecer la diferencia entre los calores de forma-ción de las sustancias resultantes en la explosión (Q2) y el calor de forma-ción del propio explosivo.(Q1)

Qp = Q2 - Ql

Dichos calores de formación, Q2 Y Ql que proporcionan las tablas físico-químicas, lo son al aire libre, es decir a presión constante. Esto signifi-ca que el valor de Qp representa el calor disponible en la explosión despuésde consumir parte del generado en la explosión en expansionarse el gas hastaquedar a la presión atmosférica. Por lo tanto a QV hay que sumarle dicho ca-lor para obtener que es el calor generado en el gas cuando éste no ha ini-ciado todavía su expansión. Este calor QV (llamado también calor a volumenconstante), se expresa por:

Qv = Qp + C

Siendo C el calor consumido en la expansión, que se obtiene del equivalentecalorífico del trabajo empleado por el gas en su expansión. Concretamente:

C . 427,1 = J

siendo:

JJ = trabajo del gas en la expansión J = C / 427,1

427,1 Kp.m = 1 Kcal.: equivalente mecánico del calor.

V0 = volumen inicial, o sea, el del explosivo.

P = presión constante.

y puesto que en casi todos los explosivos, el volumen final de los gases esunas 1000 veces mayor que el volumen inicial, éste puede despreciarse frentea aquél, quedando:

1PV =η

luego

427,1

PV C 1=

y ya que V1 = 22,4 x n (siendo n el nº de moles), se llega a:

n.Kcal 0,52

Kcal

.mK427,1

n .m 0,0224 . m

K10330

427,1

n . 22,4 . P C

p

32

p

===

∫ ==τ1

0

V

V

01 V - (V P dv P )

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siendo P la presión atmosférica = 1,033 Kp/cm2

1.6.4. POTENCIAL Y POTENCIA.

Por potencial definimos el trabajo máximo que realizarán los gasesprocedentes de la explosión de un kilogramo de explosivo a volumen constan-te.

Su cálculo se reduce a multiplicar el calor de la explosión por elequivalente mecánico del calor:

T = Qv - 427,1 Kgm

En realidad el potencial es una cifra convencional destinada a darnosuna idea de la aptitud mecánica de un explosivo, pues no puede actualizarsetoda la energía que el mismo expresa, ya que en las explosiones, como en to-dos los procesos químicos, una parte de energía va ligada a la realizacióndel proceso (tal es, por ejemplo, el calor de vaporicación del agua, que ha-bría de descontarse en los explosivos en que se formen, etc.) ; la energíalibre es, pues, siempre algo inferior al potencial.

El potencial es la causa determinante del poder de lanzamiento, que enel caso de los explosivos rompedores militares, conviene que sea muy grandepara que los cascos de metralla tengan gran fuerza viva y la demolición seamayor.

La potencia, en cambio, es la característica que más diferencia a losexplosivos de cualquier otro combustible. Y no por la cantidad de energíaque actualizan, sino por la forma repentina en que lo hacen.

Su concepto es el de trabajo realizado en la unidad de tiempo. El tra-bajo que se considera es el potencial, pues se considera una masa de 1 Kg deexplosivo de forma esférica.

siendo t = r/v

r = radio del explosivo en m.

v = velocidad de explosión en m/seg.

y como 1 Kg. = 4/3 B r3 d (siendo d la densidad en Kg/m3, resulta que:

con lo que:

3 d . v . 1,61 . T W = en Tonelámetros/seg

Hay explosivos que tienen gran potencial, pero que son "lentos" (ex-plosivos rompedores) por lo que, explosivos con menor potencial, pueden de-sarrollar mayor potencia que aquéllos, cual es el caso de los explosivosiniciadores.

De manera experimental y comparativamente, se realiza la prueba deTraulz para valorar la potencia de un explosivo.

1.6.5. VOLUMEN ESPECIFICO.

El volumen que ocupa un mol de gas a 0ºC y 760 mm. de presión es de22,4 litros. Sabiendo la ecuación de descomposición de un explosivo se pue-de conocer el número de moles y calcular su volumen molar Vom = 22,4 . n.

El volumen específico es el que en condiciones normales (0º C y 760mm.), ocupan los gases producidos por 1 Kg. de explosivo

t

T W =

33 d .v . 1,61

1 t y

d 1,6

1 r ==

1-13

Pm

.1000 V V om

OR =

siendo Pm el peso molecular del explosivo original.

A igualdad de otras características, los explosivos con gran volumende gases, tienen más rendimiento que los que desarrollan menos volumen.

Otro concepto importante, es el covolumen, que es el volumen a quetienden los gases cuando la presión crece indefinidamente, y la temperaturase mantiene constante a 152C.

Para determinar su valor es preciso determinar el volumen degases a 152C y 760 mm. que es:

273

15) (273 V V OR

K 15

+= estando las temperaturas en grados K.

Luego el covolumen es:

1000

V K 15=α

valor que se da por cierto, ya que es muy aproximado a la milésimaparte del volumen específico.

1.6.6. TEMPERATURA DE LA EXPLOSION.

ES la temperatura que se alcanza en la explosión debida al calor quese desarrolla en la misma. Es distinta de la llamada "temperatura de explo-sión" (o también, temperatura inicial), es decir, aquella a la que debe lle-varse cada explosivo para que su reacción se inicie.

Al cálculo de la temperatura de la explosión se llegaría sin dificul-tad con solo dividir el calor de explosión molar desprendido por el calormedio de los cuerpos formados, es decir, t = Qmv/Cmv. Pero las cosas no ocu-rren así, ya que los calores específicos de los gases no son constantes, si-no función lineal de la temperatura. Así pues, Cmv = a + bt, en que “a”, esel calor específico molar medio a 15ºC y “b” es el calor medio a incremen-tarle por cada 1ºC, resultando finalmente que aquella ecuación se convierteen esta otra (tras multiplicar Qmv por 1000 para transformarlo en calorías):

1000 Qmv = (a + bt). T; esto es: bt2 + at – 1000 Qmv = 0

despejando t;

La temperatura de la explosión se expresa en OK, luego se sumaría elresultado a 273. Para los explosivos rompedores, los valores de t varíanentre 2000 y 8000 OK.

Para explosivos rompedores interesa valores de la temperatura de laexplosión lo más elevados posibles para aumentar sus posibilidades de incen-dio. En cambio, en pólvoras es al contrario, para evitar la erosión delánima de las armas. Un caso particular corresponde a los llamados explosi-vos de seguridad o antigrisú, empleados en minería, en los que interesa unatemperatura de la explosión lo más baja posible, para evitar que el gas gri-sú que puede estar presente, alcance la temperatura de explosión y se pro-duzca su detonación, con el consiguiente peligro.

2b

Q b 4000 a a- t mv

2 +±=

1-14

1.6.7. PRESIÓN DE LOS GASES.

También llamada presión específica, es la que desarrolla 1 Kg. de ex-plosivo en un volumen de 1 dm3.

Este parámetro es muy útil en los cálculos de propulsores para cañón.

Para la expresión de la presión específica en Kg/cm2 sirve la ecuaciónde Noble-Abel:

siendo A = densidad de carga, en este caso, la unidad.

a = covolumen, que a efectos prácticos es a = VOK / 1000

Si además admitimos que T, que es la temperatura del gas, es la mismaque la de combustión de la pólvora, el factor RT representa, según la ecua-ción de estado de los gases, la presión a la unidad de volumen, que algunosautores denominan "fuerza especifica", siendo

f = RT

Si introducimos la fuerza f del explosivo en la ecuación de Noble-Abel, ésta toma la forma

1.6.8. VELOCIDAD DE EXPLOSION.

Es la característica más impresionante de un explosivo y la que da unaidea de su poder rompedor.

No hay ninguna f órmula que se aproxime a un cálculo aceptable, puesen ella influye tanto la temperatura, como la densidad, la presión, etc.,por lo que se emplean procedimientos experímentales para su determinación.

1.6.9. PODER ROMPEDOR.

Como fuerza destructora, o capacidad de fragmentación de un explosivo,suele utilizarse la fórmula:

r = f * V 10-6

en la que f es la fuerza específica, 5 la densidad, y V la velocidad de ex-plosión.

De cualquier forma, suele ser una característica difícil de determinarde forma numérica, obteniéndose experimentalmente en la mayoría de los ca-sos.

1.6.10. SENSIBILIDAD.

Capacidad de un explosivo de reaccionar frente a un estímulo, ya seachoque, llama, fricción, etc. Se entiende que un explosivo es muy sensiblecuando el estímulo que necesita para reaccionar es muy pequeño.

Es una cualidad difícil de cuantificar, de manera que se determina deforma experimental y comparando unos explosivos con otros. La prueba más ge-neralizada consiste en dejar caer un peso determinado, cada vez de más altu-ra, hasta que el explosivo reacciona.

∆α∆= - 1

RT P

∆α∆

= - 1

f P

1-15

1.7. CLASIFICACION DE LOS EXPLOSIVOS.

Como todo conjunto, los explosivos se pueden clasificar atendiendo adiversos criterios. Nosotros distinguido 4 grupos, atendiendo a sus aplica-ciones militares.

Estos grupos son:

- Explosivos propulsores

- Explosivos rompedores

- Explosivos iniciadores

- mezclas pirotécnicas

Estas últimas no son auténticos explosivos, sin embargo están sujetasa la misma legislación que el resto de sustancias en lo referente a su alma-cenamiento y conservación, transporte y destrucción, razón por la que se in-cluyen en la categoría de explosivos.

1.7.1. EXPLOSIVOS PROPULSORES.

Por tradición se denominan también pólvoras; algunos autores los deno-minan simplemente propulsores y otros los denominan propulsores cuando seemplean en artillería cañón y propergoles cuando se emplean en artilleríacohete. Nosotros los llamaremos, indistintamente, explosivos propulsores,propulsores o pólvoras, sin especificar entre cañón y cohete.

Son bajos explosivos, o de combustión, que se utilizan para proporcio-nar una velocidad determinada a un cuerpo material, tal como proyectiles deartillería (cañón y cohete) , torpedos, cargas de profundidad y proyectilesde cartuchería en general. Se necesita una descomposición controlada, rela-tivamente lenta, para dar tiempo a actuar a la fuerza de los gases produci-dos sin destruir el sistema de lanzamiento ni el elemento a impulsar. Comoexplosivos deflagrantes, su velocidad de descomposición es del orden ya men-cionado de los cm/seg 6 dm/seg.

1.7.2. EXPLOSIVOS ROMPEDORES.

También llamados Altos explosivos (High Explosives, en inglés).

Todos los explosivos comprendidos bajo esta denominación se utilizanpara obtener la fragmentación y/o penetración del proyectil sobre y/o en elobjetivo atacado. Constituyen la carga explosiva principal de proyectiles,bombas, minas, torpedos, etc... También se emplean en trabajos de ingenieríacivil.

Estos explosivos deben poseer gran estabilidad, insensibilidad a lasacciones mecánicas y gran resistencia a temperaturas elevadas, no solamentepara evitar riesgos en su transporte, almacenamiento y manejo, sino paraevitar su explosión en el interior de las armas o en sus proximidades. Suexplosión tiene carácter detonante y exotérmica, pero necesitan un estímulopotente para reaccionar. Dicho estímulo es, generalmente, una onda de cho-que generada con otro explosivo.

Su velocidad de reacción es de 6000 m/seg. aproximadamente.

1.7.3. EXPLOSIVOS INICIADORES.

Llamados por algunos autores, Primarios.

Son empleados para iniciar la explosión de los explosivos rompedores ola deflagración de los propulsores, mediante artificios que los contienen(espoletas y estopines, respectivamente).

Son compuestos, en muchos casos, formados endotérmicamente, cuya des-composición tiene carácter detonante. Generalmente son muy estables quími-

1-16

camente, pero tóxicos y algo corrosivos. Son muy sensibles al choque, chis-pa, fricción o cuerpo en incandescencia.

Su velocidad de descomposición es del orden de los Km/seg.

1.7.4. MEZCLAS PIROTECNICAS.

Bajo esta denominación se incluye una enorme variedad de elementos conlos fines más diversos, generalmente, de escaso poder ofensivo, fabricadoscon mezclas y constituyentes muy heterogéneos y con un carácter explosivoque va desde la simple combustión a la detonación.

Su vida suele ser muy corta y su principal enemigo, la humedad. Suestabilidad y sensibilidad muy variables, aconseja tomar especiales precau-ciones.

Entre las sustancias de este tipo más usadas, podemos citar: sustan-cias iluminantes, fumígenas, incendiarias, de señales, etc., que pueden ircomo carga principal en un proyectil o emplearse a mano directamente.

1.7.5. OTROS CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN.

Podemos recurrir a otros criterios de clasif icación de los que cita-remos solo algunos:

- -Según la constitución química: especies químicas puras (por ejem-plo: trínitrotolueno) o mezclas (pólvora negra).

- Según los productos finales: de gasificación total o de gasificaciónincompleta.

- Según la velocidad de reacción: nobles o ultrarompedores (los quedetonan a velocidad superior a los 7000 m/seg.), rompedores (losque detonan a velocidad inferior a 7000 m/seg.), pólvoras (los quesolo deflagran).

- Según su estado físico: gaseosos, líquidos, plásticos, purulentos,sólidos.

1.8. CADENAS DE FUEGO.

Ya hemos citado el concepto de iniciación necesario para lograr la de-flagración o detonación en pólvoras y explosivos. Sin embargo, cuando lacantidad de pólvora o explosivo es considerable, la pequeña cantidad de ex-plosivo iniciador que se emplea, por motivos de seguridad, no es suficientepara hacerlos reaccionar en el régimen de descomposición que se espera deellos. Necesitamos, pues, unos elementos intermedios que transmitan y aumen-ten convenientemente el efecto iniciador.

Al conjunto iniciador, elementos intermedios y la carga a descomponer(según una deflagración o una detonación), se le llama tren de fuego o cade-na de fuego.

1.8.1. CADENA DE FUEGO PROPUISORA PARA MUNICIÓN DE PEQUEÑO CALIBRE.

Se compone de una mezcla iniciadora que actúa a fricción o apercusión, contenida en un pequeño recipiente llamado cápsula que vainsertada en un recipiente mayor llamado vaina, de acero, latón o plástico.

El fuego pasa del iniciador al propulsor que produce la energía nece-saria para el lanzamiento del proyectil.

1-17

1.8.2. CADENA DE FUEGO PROPULSORA PARA MUNICIÓN DE CALIBRES MEDIOS Y GRANDES.

A partir del calibre 20 mm. y, más claramente, a partir de 40 mm., seprecisan cápsulas de mayor tamaño, que se engloban en la palabra estopin.Los estopines se forman con mezclas iniciadoras similares a las de las cáp-sulas en la munición de pequeño calibre, y actúan a percusión o eléctrica-mente, pero contienen además una mezcla reforzadora de llama.

El estopín va roscado en la vaina o introducido en un alojamiento ha-bilitado en el cierre, en aquellas piezas que no emplean vaina, llamado es-topinera.

Aunque no hay una barrera rígida, podemos afirmar que a partir de 40mm. la llama del estopín no es suficiente para encender simultáneamente todala carga propulsara y, en este caso, se intercala un artificio denominadocebo, que en general es un propulsor que se inflama antes y quema a mayorvelocidad que la carga propulsara.

Por último, se denomina carga de proyección a la materia propulsara,que bien puede presentarse a granel contenida en la vaina, o bien en saque-tes de tela ya sea con vaina o sin vaina, o bien en recipientes combusti-bles.

1.8.3. CADENA DE FUEGO PROPULSORA EN COHETES.

Muy similar a la cadena de fuego propulsara para munición clásica demediano y gran calibre. El fuego se origina en una mezcla iniciadora, lla-mado estopín (o carilla generalmente eléctrico, y gracias a una mezcla re-forzadora de llama, se transmite a la carga propulsara.

En el caso de proyectiles cohete con motores atmosféricos o cohete decombustible líquido, los mecanismos iniciadores presentan múltiples varian-tes.

1.8.4. CADENA DE FUEGO EXPLOSIVA.

Nos referiremos únicamente a la carga exoplosiva contenida en proyec-tiles, bombas, torpedos, o ingenios similares, dejando de lado las cargas dedemolición de empleo civil o militar.

Los ingenios antes citados precisan un elemento iniciador denominadoespoleta. Una espoleta se compone de un iniciador que actúa a percusión, oeléctricamente, completan el conjunto un detonador y un multiplicador, y enla mayoría de los casos presentan sistemas de seguridad, retardo o autodes-trucción.

Por último, se encuentra la carga explosiva compuesta por explosivorompedor.

A medida que se va avanzando en la cadena, la velocidad de detonacióndel explosivo disminuye, aumentando, por contra, su cantidad.

1-18

BIBLIOGRAFIA.

(1) Academia de Artillería: Guión de Balística Interior. Segovia 1965.

(2) Academia de Artillería: Pólvoras y Explosivos. Segovia.

(3) Cuasante García, J. L. : Manual de Explosivos. Valdemoro, EscuelaTEDAX. 1989.

(4) López Merenciano, J. F.: Propulsantes de Proyectiles y misiles. Ma-drid, Ministerio de Defensa. 1991.

(5) Monforte Soler, M.: Las Pólvoras y Madrid, UEE. SA. 1992 sus aplica-ciones.

(6) Oerlikon: Oerlikon pocket-book. Zurich. 19812.

(7) Palacios, J.: Termodinámica aplicada. Madrid. 1947.

(8) Rheinmetall: Handbook on weaponry. Düsseldorf. 19822.

(9) Sanchidrián Blanco, J. A.: "Un método simple de cálculo de lascaracterísticas teóricas de los explosivos". Memorial de Ingenierosde Armamento, nº 124. 1991.

2-1

CAPITULO 2

2 MATERIAS PRIMAS EN LA PABRICACION DE EXPLOSIVOS

2.1. CARACTER EXPLOSIVO Y NITRACION.

De lo expuesto en el capítulo anterior, se deduce que hay muchos cuer-pos capaces de producir explosiones. Pueden dividirse en dos grupos:

- La mezcla de un combustible y un comburente (mezclas explosivas) ,realizada por el hombre o formada accidentalmente. La citada mezcla tendrácapacidad de desarrollar un proceso explosivo, siempre que las proporcionesde combustible y comburente estén dentro de unos porcentajes máximos y míni-mos. El ejemplo típico es la mezcla de metano y aire (gas grisú), que haprovocado gran cantidad de accidentes.

- Nuevas especies químicas sintetizadas por el hombre, que contienenen su molécula la cantidad necesaria de combustible y comburente para que lasustancia así generada desarrolle una reacción explosiva. ]El método máseficaz para alcanzar buenos resultados en la síntesis de sustancias explosi-vas a nivel industrial es la sustitución de uno o varios átomos de hidrógenode una molécula orgánica por uno o varios grupos nitrilo (NO2) .

2.1.1. NITROCUERPOS.

La sustitución de hidrógenos por grupos nitrilo da origen a una exten-sa familia de sustancias que se denominan con el nombre genérico de nitro-cuerpos, y las reacciones conducentes a la introducción de los grupos NO, enla molécula, se agrupan bajo el término nitración.

Se pueden distinguir tres tipos de nitrocuerpos según la forma deunión del radical nitrilo a los radicales orgánicos:

- Nitroderivados.

- Ésteres nítricos.

- Nitroamidas y Nitroaminas.

Con estos 3 grupos se forman más del 95% de los explosivos rompedoresy propulsores del mercado.

2.1.1.1. Nitroderivados.

Proceden de la sustitución de un elemento o grupo monovalente de lamolécula orgánica por un grupo nitrilo, ligado directamente al carbono. Elenlace es por tanto, /C-NO2 /C-N.

Un ejemplo lo constituye el mononítrometano, que proviene de la susti-tución de un hidrógeno por un grupo nitrilo.

OH2

NO2HC

H

H

H C

H

H

H3

NO H+ +

2-2

2.1.1.2. Esteres nítricos.

Resultan de la reacción del ácido nítrico sobre los alcoholes con for-mación de agua. En este caso, el hidrógeno sustituido por el grupo nitrilo,corresponde al del grupo oxhidrilo (OH), quedando por tanto, el grupo nitri-lo unido al radical orgánico a través de un oxígeno, esto es, /C-0-NO2 ó -0-N.

Un ejemplo de este tipo de compuestos lo constituye el mononitrogli-col:

2.1.1.3. Nitroamidas y Nitroaminas.

Proceden de la sustitución de un hidrógeno por el grupo nitrilo de ra-dical -NH2 (llamado amida o amina, según el radical orgánico que se una). Elenlace que presenta este grupo es =N-NO2 ó =N-N.

Es el grupo menos frecuente puesto que, en general, no presenta nitro-cuerpos sencillos sino que suele presentarse en explosivos derivados de com-puestos complejos. A modo de ejemplo puede esquematizarse la sustitución dela siguientes forma:

2.1.1.4. Comparación entre los nitrocuerpos.

Los nitroderivados y las nitroaminas son de idéntica formación, pu-diendo constituir ellos un solo grupo: nitroderivados. Sin embargo, entreeste grupo y el de los Ésteres nítricos la diferencia es tan marcada que espreciso hacer su estudio por separado.

Podemos resumir las diferencias entre nitroderivados (incluidas lasnitroaminas) y los Ésteres nítricos en:

- Los Ésteres nítricos son saponificables por los álcalis, mientrasque éstos no ejercen acción sobre los derivados nitrados.

- A los derivados nitrados, los reductores los transforman en amínas,hidracínas, etc. mientras que no ejercen acción ninguna sobre losésteres nítricos.

- Los Ésteres nítricos son menos estables, por lo general que los Ni-troderivados.

- Los Ésteres nítricos son más sensibles al calor y el choque o algolpe que los Nitroderivados.

3NO H+ +C

H

HH

OHOH

C

H

OH2

NO2

C

H

HH

OH

C

H

O

3NO H+ + OH2R N

H

H

R N

H

NO2

2-3

- Los Nitroderivados tienen un punto de explosión mayor, precisando deun cebo más enérgico.

- En los Ésteres Nítricos actúan de catalizador de su descomposiciónlos restos ácidos y los vapores nitrosos desprendidos, mientras queen los Nitroderivados eso no ocurre.

2.1.2. OTROS CUERPOS DE CARACTER EXPLOSIVO.

Existen otros compuestos cuyos derivados dan sustancias explosivas sibien dichas sustancias son de empleo muy definido o escaso.

Este es el caso de los cloratos (de fómula general –OClO2) Y perclora-tos ( -OClO3) que se emplean cada vez más como mezcla en pólvora composita.

En el campo de los explosivos iniciadores las familias son más numero-sas, pudiendo encontrarse compuestos del tipo: N=N, en diazocompuestos; N=C,en fulminatos; C/, en acetiluros; N/, en nitrilos; N=N y -N=N/, en azidas.

La conclusión es que, con las excepciones de cloratos, percloratos yacetiluros, el componente principal de los explosivos es el Nitrógeno, y enespecial el grupo NO2.

2.2. LA NITRACION.

Ya se ha dicho que los explosivos (o la materia Activa en general) de-ben transformar su energía sin aporte externo de oxígeno. Ello implica queel comburente ha de ir incorporado en la molécula.

El método más eficaz para incorporar oxígeno en la molécula de un com-bustible es la reacción con el ácido nítrico (NO3H), aunque a veces se utili-za un nitrato, un nitrito o un anhídrido nítrico. Esta reacción tiene porobjeto “sustituir en dicho combustible un elemento o núcleo monovalente porel radical nitrilo (NO2)”. Cuando esto se verifica, la reacción se denominanítración.

Básicamente la nitración se consigue al poner en contacto el compuestoa nitrar con ácido nítrico, en presencia, la mayor parte de las veces, deácido sulfúrico (SO4H2) concentrado o fumante. Esta mezcla de ácido sulfúri-co y nítrico se denomina mezcla sulfonítrica y su grado de concentración de-pende del cuerpo a nitrar. Varias son las razones por las que la nitraciónse ha impuesto sobre otras formas de introducir el oxígeno en la moléculadel combustible. Entre ellas podemos destacar.

- La velocidad de reacción y rendimiento del ácido nítrico sobre unconsiderable número de funciones orgánicas.

- La reacción que se produce es muy simple (sustituir un H por un NO2)y puede repetirse varías veces en una misma molécula.

- Uno de los productos que se forma es agua, siempre fácil de elimi-nar.

- El nitrógeno de la molécula se transformará en N2 durante la reac-ción explosiva, que al ser gaseoso no deja residuos y contribuye ala formación de gases.

2.2.1. TEORÍA DE LA NITRACIÓN.

Desde finales de siglo pasado hasta nuestros días ha ido avanzando lateoría de la nitración, sin que pueda decirse que esté aclarado del todo elmecanismo de la misma.

La llamada Escuela Inglesa de Ingold y colaboradores, establecieronhacía 1945 la moderna teoría de nitración, con la cual las reacciones para

2-4

dar C-NO2 O-NO2 y N-NO2 que sé consideraban distintas, encontraron una expli-cación común.

Hoy en día se acepta que la nitración se verifica preferentemente através del ión NO2

+, al cual se hace responsable en la mayoría de los casos,sin embargo a veces esta explicación parece insuficiente y ha de pensarse enotros mecanismos. El que actualmente se considera preponderante en estasreacciones, es el siguiente:

En primer lugar, se establecen los equilibrios:

NO3H + NO3H º NO3H2 + NO3 (rápido)

NO3H2+ º NO2

+ + H2O (lento)

la tendencia de los cuales depende de otras sustancias añadidas, áci-do, catalizadores, etc.

Si se trata de la formación de un nitroderivado, el proceso pareceser:

Lento

→+ +

2

2NO

HR NO RH

Rápido HNO RNONO NO

HR 323

2

+→+

−

+

En el caso de un Éster nítrico, se tiene:

Lento

→+ ++

2

2NO

HO-R NO ROH

Rápido: HNO NO-O-RNO NOHO -R 323

2

+→+ −+

Cuando se forma una nitroamina:

Rápido HH

NONRNO R

HN-R

2

2

−→+ ++

Lento HNO RNO

NRNO RHNO

N-R 32

3

2

+−→+

−+

Como se ve, se hace responsable de la nitración al N02+ en todos los

casos, e incluso se consideran como nitraciones reacciones, que, como la es-terificación, se han considerado siempre de otro tipo. Se comprende, pues,que toda adición al ácido nítrico que favorezca la formación de N02

+, exalta-rán su poder nitrante.

Por esta razón, la presencia de ácido sulfúrico o el oleum junto alácido nítrico es beneficiosa, ya que en estos casos se verifican las si-guientes reacciones:

NO3H + 2SO4H2 6 NO2+ + 2SO3H

- + H3O

+

NO3H + 2SO3 6 NO2+ + S2O7H

-

Por otro lado, las sustancias deshidratantes favorecen que estas reac-ciones se produzcan de izquierda a derecha (el ácido sulfúrico y el oleum loson) y favorecen la formación de agua con el hidrógeno que se sustituye, ra-

2-5

zones que junto a la anterior convierten el ácido sulfúrico en concreto, enel ácido más usado para ayudar al nítrico en las nitraciones industriales.A todo lo anterior solo hay que añadir el bajo precio del ácido sulfúrico,para comprender por qué se emplea en gran escala.

En algunas ocasiones el ácido sulfúrico no es el más apropiado paraemplear en la nitración utilizándose el ácido acético, entre otros.

2.2.2. REACCIONES DE NITRACIÓN.

En química orgánica, para sintetizar un cuerpo relativamente sencillo,como lo son la mayor parte de los explosivos, existen muchísimos caminosteóricos.

La mayoría de todas esas posibilidades se pueden realizar en el labo-ratorio, ya que no se tienen en cuenta una serie de factores que en el pro-ceso industrial es necesario que estén presentes. En un laboratorio:

- El coste de materias primas y reciclaje de residuos no es importan-te.

- Los problemas de seguridad, apenas se plantean con las cantidadestan pequeñas de explosivo que se maneja.

- Se puede trabajar a altas y bajas presiones y temperaturas.

- No importa un bajo rendimiento del proceso.

A nivel industrial, en cambio, los factores determinantes del procesode nitración que se emplea son, en primer lugar la seguridad y por otro, to-dos aquellos que aumenten la productividad: rendimiento, coste de las mate-rias primas, mano de obra, inversión en tecnología etc.

Por lo tanto, los procedimientos de nitraci6n a escala industrial sereducen a tres: por sustitución, por adición y por oxidación. Los tres sonantiguos y muy eficaces, por lo que los adelantos o las nuevas patentes vanencaminadas a mejorar el rendimiento, ahorros en mano de obra, control decalidad etc., más que a modificar el propio proceso químico.

2.2.2.1. Nitración por sustitución.

En este tipo de reacciones, el grupo NO2 que entra sustituye a un grupoexistente en la molécula; este grupo puede ser: un hidrógeno, SO3H, un haló-geno u otro grupo (alquilo, OH, etc.) .

Es el procedimiento más utilizado.

2.2.2.2. Nitración por adición a un enlace doble o triple.

El ácido nítrico, el ácido nitroso, etc. son capaces en ciertas condi-ciones de fijarse a hidrocarburos no saturados, como pueden ser:

En general, estos métodos tienen poco valor, salvo en casos muy con-cretos. Además, se llega con frecuencia a cuerpos de función mixta, ya quela reacción puede seguir según:

NO2

3NO H+C

H

H C

H

H C

H

H C

H

H

OH

2-6

2.2.2.3. Nitración por oxidación.

Es evidente que la oxidación de cuerpos nitrogenados puede conducir aderivados nitrados. Así, la oxidación de los nitroderivados, las aminas,las oximas y los diazocompuestos pueden conducir a estos compuestos. Unejemplo podría ser la reacción:

/N-NO + ½ O2 6 /C-NO2

2.2.3. AGENTES NITRANTES.

2.2.3.1. Ácido nítrico.

Evidentemente, el elemento nitrante por excelencia es el ácido nítri-co, ya que es soluble en agua en todas las proporciones y un buen oxidante,cualidades éstas que son el fundamento de la obtención de casi todos los ex-plosivos.

Sus propiedades físicas y químicas pueden consultarse en detalle encualquier tratado de química.

Este producto solía producirse anteriormente en las fábricas de pólvo-ras, pero hoy se encuentra fácilmente en el mercado debido a su empleo enotras actividades industriales.

2.2.3.2. Ácido Sulfúrico.

Es un producto que se encuentra en el mercado y que no puede catalo-garse como materia prima como tal, pues en teoría no se consume. Se empleamezclado con el ácido nítrico para mejorar la formación de radicales NO2

+ ycomo desecante, pudiendo llegar a perderse más de un 20%.

En algunos casos se sustituye por el ácido pirosulfúrico u oleum(S2O7H2)

2.2.3.3. Ácido y Anhídrido acético.

Es un producto industrial muy importante con aplicación en varios cam-pos industriales. No forman parte de la composición de explosivos, por loque no debe considerarse materia prima como tal. Se emplea junto al ácidonítrico en las llamadas mezclas acetonitricas, como agente nitrante de mu-chos explosivos.

2.3. LAS MATERIAS PRIMAS

2.3.1. SU IMPORTANCIA.

Definimos como materia prima, en el ámbito de la fabricación de explo-sivos, aquella sustancia que por su nitración se convierte en un explosivo oen un producto intermedio de los mismos. Asimismo se incluyen por su impor-

OH2

NO2

3NO H+ +HC

H

H C

H

OH NO2

HC

H

H C

H

O NO2

2-7

tancia los disolventes, y podrían incluirse los agentes nitrantes, si nofuera que, dado su carácter distintivo, ya los expusimos de forma separada.

La problemática de la fabricación de explosivos civiles depende de lademanda de mercado, de las materias primas y de las instalaciones existen-tes. No existirá ningún problema para que las fábricas adapten su produc-ción a la demanda, aumentando o disminuyendo la producción, pues las varia-ciones del mercado en ningún caso son bruscas. Además, en caso de urgentenecesidad, puede emplearse otro explosivo de prestaciones más bajas, sin másprecauciones que aumentar la cantidad.

El explosivo militar tiene otra problemática. Es el producto fundamen-tal de la guerra y su sustitución por otro de peores características sueletraer no solo pérdida de prestaciones, sino que en algunos casos, incluso,inconvenientes.

El único consumidor del explosivo militar es el propio Ejército encantidades que oscilan entre el 65% y 90% de la producción propia, dedicán-dose el resto a la exportación. si a esto se añade que el consumo de explo-sivos en tiempo de paz es bajo (debido a escasez o carencia de campos de ti-ro, desgaste excesivo de las armas, o el alto coste de las municiones); queno es posible almacenar grandes cantidades de municiones (tienen una vidaútil relativamente corta y su almacenamiento en gran escala es caro y peli-groso); y que por otro lado, en tiempo de guerra, el consumo aumenta en pro-porciones inmensas respecto al tiempo de paz, nos da como consecuencia quemantener una industria de explosivos rentable en tiempo se paz, y capaz deasegurar el consumo en tiempo de guerra, es una utopía.

Las soluciones que se pueden adoptar, no son fáciles:

- En caso de poder planearse la guerra con tiempo (Estados Unidos oCanadá, en la II Guerra Mundial) se pueden construir las fábricasnecesarias y reconvertírlas al terminar la guerra o desbaratarías.

- Crear una fuerte reserva inicial de explosivos y municiones. Sufi-ciente para guerras muy cortas (Tipo malvinas) o conflictos menorespero problemáticos por los gastos y esfuerzos de seguridad que su-pone.

- Emplear explosivos de emergencia, solución que puede resolver la ca-rencia de materias primas (el caso de los proyectiles con Amatoldurante la guerra civil) que requiere la adaptación de la maquina-ria, y que suple, solo en parte, las necesidades.

Los problemas se agravan al tratar el caso particular de los propulso-res, pues su período de fabricación es notablemente más largo.

La mejor solución es la creación de las fábricas que cubran el consumoen tiempo de paz, con un mínimo de rentabilidad y recurrir a la movilizaciónindustrial cuando sea necesario.

La movilización debe estar prevista y planificada metódica-mente y puede afectar a las siguientes industrias:

- Industria electroquímica (cloratos, percloratos etc.).

- Industria orgánica pesada (benceno, tolueno etc.)

- Industria de abonos (ácidos sulfúrico y nítrico, amoníaco, etc.).

- Fábricas de celulosa.

- Industrias farmacéuticas (uretano etc.).

- Industrias de colorantes (clorobenceno, nitrobenceno, etc.).

- Industria petroquímica (etileno, tolueno, glicerina, etc.).

- Industria civil de pólvoras y explosivos.

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- Industria de plásticos (propulsores para cohetes).

Esta es la solución prevista en gran número de países, por ello, lasmaterias primas que se emplean en la fabricación de explosivos militares,suelen ser compatibles con las industrias civiles. De hecho, algunas sus-tancias explosivas de buenas características no se fabrican debido a que suproceso o sus materias primas se apartan de la tecnología actual y requierenfuertes inversiones, para no muchas ventajas.

Las materias primas empleadas en la fabricación de explosivos son, concarácter general: algodón, tolueno, glicerina, pentraeritrita, difenilamina,alcohol...

El abastecimiento de estas materias en tiempo de paz no supone ningúnproblema, pero no así en tiempo de guerra, por lo que alguna de ellas deberáser declarada producto estratégico. Por contra, su almacenamiento si puedeser rentable sin presentar los riesgos de los explosivos.

En algunos casos, incluso, se ha llegado a obtener sustancias talescomo el tolueno, (caso de Alemania en la II Guerra Mundial), mediante sínte-sis orgánicas, en condiciones de rentabilidad. Hoy en día, el avance de lastécnicas de síntesis, abren grandes perspectivas en dicho campo.

A continuación se hará un repaso de las principales materias primas,empleadas en la fabricación industrial de explosivos, citando las aplicacio-nes y compuestos principales. Puede el alumno profundizar sobre ellos encualquier tratado de química específica de explosivos.

2.3.2. HIDRATOS DE CARBONO.

Los hidratos de carbono constituyen un grupo importantísimo de com-puestos orgánicos, no solo desde el punto de vista biológico, sino muchos deellos en el campo industrial. Están formados por carbono, oxígeno e hidró-geno, estos dos últimos elementos en la proporción en que se encuentran enel agua, de ahí que reciban el nombre de hidratos de carbono, que es erró-neo. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada propuso el términoglúcidos, en sustitución de hidratos de carbono, pero no ha tenido excesivaaceptación.

Desde el punto de vista funcional, los hidratos de carbono son polial-coholes con un grupo aldehido o un grupo cetona, pero condicionado a que lafunción alcohol - aldehido o alcohol cetona, han de ir seguidas y estar enlos extremos de la fórmula.

Atendiendo a su constitución y complejidad, según se hidrolicen o no,en otros más sencillos, los hidratos de carbono se clasifican en:

- monosacáridos o azucares simples. No se hidrolizan: glucosa, fruc-tosa, etc.

- Polisacáridos o azucares compuestos. Se hidrolizan en varios azúca-res simple: sacarosa, maltosa, etc.

- Polisacáridos que no son azúcares: almidón, celulosa, etc.

De todos ellos, el único que tiene aplicación actual, es la celulosa,aunque en determinadas circunstancias se han obtenido explosivos de otroshidratos de carbono.

2.3.2.1. La Celulosa.

Es la materia prima de mayor importancia y también la más compleja detodas las empleadas en el campo de los explosivos, fundamentalmente, en lospropulsores.

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Su obtención industrial se realiza a partir del algodón, de plantas detallo fibroso o de la madera, siendo el primero el preferido por la indus-tria de explosivos.

Su estructura polimérica es muy compleja, lo cual repercutirá en sunitración, aunque puede afirmarse que siempre lo hace como éster nítrico, alsustituirse el hidrógeno en los grupos oxhidrilo.

El grado de nitración no se expresa por el número de grupos NO2 que en-tran en la molécula, sino que dada la complejidad de ésta, se expresa en %de Nitrógeno. Las nitrocelulosas de empleo militar suelen estar entre un11% y 14% de N (en números redondos), recibiendo el nombre de colodióncuando son de bajo grado de nitración (11%-12%), y fulmicotón, en caso con-trario (13%-14%) .

A finales del siglo pasado la nitrocelulosa se empleo en estado seco ypurulento, en carga de proyectiles, pero se abandonó debido a su relativasensibilidad al calor y al choque.

Desde que se supo emplear en estado coloidal, ha sido el componenteprincipal de las llamadas pólvoras sin humo, o actualmente de las pólvorasde doble y triple base.

2.3.3. DESTILACIÓN DE LA HULLA Y EL PETROLEO.

La destilación de la hulla ha sido durante mucho tiempo la única fuen-te de los productos aromáticos, que constituyen la base de la mayor parte dealtos explosivos, además de productos básicos para otras industrias.

De la destilación de la hulla se obtienen: gas del alumbrado, el aguade gas (bases para obtener amoniaco), alquitrán de hulla

y coque (de gran interés en siderurgia), además de productos aromáti-cos, a los que se añaden los obtenidos una vez desbenzolado el alquitrán dehulla, con lo que se obtiene en conjunto, cantidades apreciables de: bence-no, naftaleno, tolueno, xileno, fenol y cresol.

La masificación en el consumo de los derivados del petróleo han hechoque el proceso de destilación de la hulla haya decaído en gran medida.

El petróleo es hoy la fuente más importante de hidrocarburos, inclui-dos los aromáticos. Se compone de una mezcla de cientos de especies quími-cas distintas, que dan como resultado distintos componentes en su destila-ción, que varian en proporcion, segun la procedencia geográfica del petró-leo.

Puesto que ambos procesos van encaminados a la obtención de hidrocar-buros, veamos cuales de estas materias primas se emplean en la fabricaciónde explosivos.

2.3.3.1. Hidrocarburos.

Los hidrocarburos están constituidos únicamente por carburo e hidróge-no. Según la naturaleza de los enlaces entre los átomos de carbono, se di-viden en varias series, denominadas series homólogas, en las que cada miem-bro se distingue de su inmediato en un grupo CH2.

Las series de los hidrocarburos son:

2.3.3.1.1 Hidrocarburos saturados de cadena abierta o parafinas.

Esta serie de hidrocarburos puede suponerse que se deriva del metano(CH4), por sustitución sucesiva de un H por un grupo metilo (-CH3). Los cua-tro primeros son gases (metano, etano, propano y butano); hasta el 16, lí-quidos y el resto sólidos. Pueden estar en una sola cadena o ramificados.

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De sus características destacan su gran estabilidad, resistencia enér-gica a la mayor parte de los agentes físicos y químicos y su facilidad paraformar compuestos por vía de la adición.

Al nitrar estas sustancias obtenemos nitroderivados. Son, en general,explosivos muy potentes de gran aplicación industrial, aunque tienen el in-conveniente de ser inestables a causa de su baja temperatura de descomposi-ción.

Del metano, merece la pena citar el mononitrometano (CH3NO2 del que seobtiene el tricloronitrometano, CCl3NO2 o cloropicrina, empleado como lacri-mógeno).

2.3.3.1.2 Hidrocarburos de la serie del eteno u olefinas.

También llamados alkenos, contienen dos átomos de hidrógeno menos quesus homólogos del mismo número de átomos de carbono de la serie del metano,por lo que pueden considerarse derivados de éstos por eliminación de dosátomos de hidrógeno de dos carbonos contiguos, que se unen entonces, por unenlace doble.

La tensión originada al forzar ese segundo enlace determina una granreactividad, formándose cuerpos de adición al romperse el doble enlace.

2.3.3.1.3 Hidrocarburos de la serie del etíno.

Los hidrocarburos de esta serie presentan un triple enlace en su molé-cula, y por tanto, una reactividad mayor aún que los alkenos.

Son llamados también alkinos, y al romper los enlaces, los cuerpos ni-trados corresponden a los explosivos, ya citados, derivados de la serie delos alkanos.

2.3.3.1.4 Cicloparafinas.

Son hidrocarburos de cadena cerrada, llamados también compuestos ací-clicos o naftenos, ya que se encuentran en el petróleo.

Son compuestos muy inestables como consecuencia de la modificación delos ángulos normales de los enlaces de carbono, que determinan tensiones en-tre enlaces (teoría de las tensiones de Baeyer).

Debido a esto, sus compuestos nitrados no son dignos de mención comoexplosivos.

2.3.3.1.5 Hidrocarburos aromáticos.

Los hidrocarburos aromáticos guardan una estrecha relación con el ben-ceno (C6H6), el cual constituye el primer miembro de una serie de hidrocarbu-ros que derivan de él por sustitución de hidrógenos por radicales alkílicos.

Son compuestos muy estables, en contra de lo que se pueda suponer eltener enlaces dobles y ser de cadena cerrada. La explicación de esta esta-bilidad hay que buscarla en la oscilación de los enlaces (teoría de Kekulé).

Los explosivos a partir del benceno y sus derivados se obtienen, gene-ralmente, por nitración con mezcla sulfonítrica de riqueza variable, segúnel grado de nitración desea conseguir.

Del benceno se obtienen el mononitrobenceno, dinitrobenceno (del quese deriva el dinitroclorobenceno, que da lugar al fosgeno, tóxico sofocan-te), y trinitrobenceno (TNB), que es el compuesto explosivo más potente dela serie aromática, pero de obtención muy cara, por lo que no se comerciali-za.

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Los derivados nitrados del tolueno son el mononitrotolueno, que nosuele emplearse como explosivo; dinitrotolueno, producto intermedio del TNTy que se emplea en la fabricación de las chedditas; trinitotolueno, explosi-vo de amplisíma difusión que se estudiará con más detalle.

Del naftaleno o naftita, se obtienen el mononitronaftino, naftalina (onaftita), empleado en explosivos de mina; tetranitronaftaleno (o tetranafti-ta), de gran aplicación en explosivos de seguridad (de baja temperatura deexplosión).

El hecho de que haya más explosivos derivados de la serie aromáticaque de los hidrocarburos de cadena abierta es debido simplemente a un pro-blema de costes: las materias primas son de aplicación en otras ramas de laindustria (con lo cual son más baratas) y los hidrocarburos aromáticos reac-cionan más fácilmente.

2.3.4. ALCOHOLES.

Los alcoholes son los derivados hidroxilados de los hidrocarburos, queresultan de éstos por sustitución de uno o varios átomos de hidrógeno porgrupos -OH.

Según el número de grupos OH presentes en la molécula, unidos cada unoa distintos átomos de carbono, se tienen alcoholes mono, di- y polivalentes.

Los derivados nitrados que se obtienen de los alcoholes son ésteresnítricos, ya que sustituyen el hidrógeno del grupo hidroxilo por un grupoNO2, esta reacción se denomina esterificacíón.

2.3.4.1. Alcoholes monovalentes.

Los ésteres nítricos de los alcoholes monovalentes, por la falta deoxígeno, son todos de marcada combustión incompleta. Son, por otro lado,muy volátiles, detonando fácilmente sus vapores y son muy peligrosos de fa-bricar. Por todas estas razones, estos cuerpos no se emplean en la prácticaa nivel industrial.

2.3.4.2. Alcoholes divalentes.

El más elemental es el Glícol, también llamado etilenglicol o etano-díol.

Se obtiene del etileno, que a su vez se obtiene de los gases natura-les, de los gases de los hornos de coque o del cracking del petróleo.

Como tal, se emplea junto al éter, como disolvente en pólvoras; y unavez nitrado, como dínítroglícol (o dinitrina), como anticongelante en lasdinamitas, aunque el dinitroglicol como sustancia explosiva es más potenteaún que la nitroglicerína, pero menos estable.

Otro producto empleado en la industria de explosivos es el dietílen-glicol, o eterol, que se obtiene por proceso similar al glicol, y una vezformado éste, por pérdida de una molécula de agua. Es el producto de parti-da para obtener dinitrodíetilenglicol, empleado como disolvente en pólvorasal presentar características propias de los alcoholes y el éter (la mezclaalcohol-éter es la más empleada en la gelatinización de pólvoras sin disol-ventes).

2.3.4.3. Alcoholes polivalentes.

Los alcoholes polivalentes más empleados en la industria de explosivosson la glicerina y la pentaeritríta, y a ellos dedicaremos nuestra atención.

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La glicerina, o propanotriol, es un componente natural de las grasas yaceites naturales. Tienen aplicaciones en medicina, cosmética, mecánica,etc. lo cual hace que sea una materia prima muy barata, aunque al obtenersea partir de elementos que se emplean en industria alimentarla, en tiempo deguerra, puede suponer un contratiempo.

Al nitrar la glicerina se obtienen, por sucesivos procesos: mononitro-glicerina, sin interés en la industria de explosivos; la dínítroglicerína,de interés por su empleo en dinamitas incongelables y en pólvora; y la tri-nitroglícerina (o nitroglicerína) que se estudiará más en detalle.

De la pentaerítrita se obtiene por nitración, el tetranítrato de pen-taeritrita (o pentríta), que se verá más en detalle. Un ejemplo de la re-ciente importancia de la pentaeritrita es que en la I Guerra mundial apenassi se empleó y en la II, solo en Alemania se llegó a un consumo de 700 tone-ladas por mes.

2.3.5. FENOLES.

La entrada de un grupo OH en el núcleo bencénico da lugar a los feno-les, monovalentes o polivalentes, según sean uno o varios los grupos oxhi-drilo contenidos en la molécula. Parecen análogos a los alcoholes tercia-rios (grupos de los alcoholes alifáticos monovalentes), pero se diferenciande aquéllos por su marcado carácter ácido. Son más reactivos que el bence-no, y al nitrarlos, curiosamente no dan ésteres sino nitroderivados, es de-cir el H del grupo OH permanece.

El fenol es la materia prima más importante en explosivos y en otroscampos. Al nitrarlos sucesivamente, se obtiene trinitrofenol, o ácido pícrí-co, que se estudiará con más detalle.

De los tres dihidroxibencenos (fenoles polivalentes) isómeros (piroca-tequína, resorcína e hídroquínona , solo la resorcina tiene interés como pa-so previo, para la obtención del trínitroresorcinato de plomo, explosivoiniciador de amplia difusión.

2.3.6. AMIDAS Y AMINAS.

Las amidas tienen por fórmula general RCONH2 -Se obtienen por accióndel amoníaco sobre los ésteres, anhídricos de ácido y cloruros de acilo. Detodas, la única que tienen aplicación es la guanidina, en forma de nítratode guanidína, como componente en pólvoras frias o en mezclas explosivas.

El grupo de las aminas tiene más interés. Éstas se forman por la sus-titución de átomos de hidrógeno del amoníaco por radicales orgánicos, y pue-den ser primarias, secundarias o terciarias según el número de átomos de hi-drógeno que se hayan reemplazado. Si los radicales son alkino se forman lasaminas alifáticas (metilamina, CH3 - NH2,) y si son grupos arilo se tienenlas aromáticas (fenilamina, C6H5 - NH2 o anilina) .

Al nitrar las aminas se obtienen nitroaminas al sustituírse átomos dehidrógeno unido al nitrógeno, por grupos NO2.

Las aminas aromáticas son las más importantes, y de ellas la fenilami-na, (o anilina) y más concretamente, una variante suya, por la introducciónde un grupo OH, la metilfenilamína, que al nitrarlo convenientemente presen-ta un compuesto (tetranítrometílfenilamína o tetralita) que presenta carac-terísticas de las nitroaminas y los nitroderivados. La tetralita se estu-diará con más detalle.

Los nuevos procesos de síntesis han conseguido que de la urotropina (ohexametilentetraamina) se obtenga, aparte de materia prima para vulcanizarel caucho, en la industria del caucho o como elemento del filtro de la más-cara antigás, materia prima para obtener por nitración el hexógeno (o ciclo-trimetileno-tetranitroamína), explosivo que ha desplazado en muchas de sus

2-13

aplicaciones a la trílita, y también el octógeno. Ambos se explicarán másdetenidamente.

De la hidracina (NH2 - NH2) se obtiene por nitración el mononitrato dehidracina (NH2 – NH3 NO2) que es un explosivo propulsor de gran estabilidad,empleado fundamentalmente en la fabricación de pólvoras componsitas.

2.3.7. COMPUESTOS INORGANICOS.

Estos compuestos, como ya se dicho anteriormente, no son auténticosexplosivos. Su atractivo reside en la violencia de su reacción de descompo-sición, liberando oxígeno, y en que son productos abundantes en la industriaaunque no necesariamente en la industria de explosivos.

Fundamentalmente se emplean nitrato amonico, los cloratos potásico ysódico y los percloratos potásico, sódíco y amónico.

Tradicionalmente se han venido empleando en mezclas utilizadas entiempo de escasez de explosivos rompedores propiamente dichos o como solu-ciones antiguas de explosivos especiales, tales como el antigrisú.

Del nitrato amónico se obtienen los explosivos Favier, Amatoles, Amo-nales y Salubítas con proporciones que varían según recetas tradicionales delas fábricas de explosivos.

De los cloratos y percloratos se obtienen gran número de mezclas,agrupadas bajo el nombre de Cloratitas, de las que cabe citar: Miedziankita,Explosivo P, Explosivo S, Chedditas, etc. Modernamente, los cloratos y per-cloratos se emplean como oxidantes en pólvoras compositas, sobre todo elperclorato amónico.

2.3.8. OTRAS MATERIAS PRIMAS.

Las prestaciones exigidas, dentro del campo de los explosivos a laspólvoras modernas han obligado a una evolución tecnológica. El empleo dealtos explosivos (hexógeno), de inhibidores y aditivos con las más diversasfunciones (estabilizantes, plastificantes, etc.) han obligado a ampliar elnúmero de productos empleados como fuente en la fabricación de explosivos,fundamentalmente, propulsores, que es el campo con mayor proyección de futu-ro, hoy en día.

Así, nos encontraremos con las siguientes sustancias:

- Alcohol etílico: como disolvente, junto al éter, en pólvoras de ni-trocelulosa de simple base.

- Éter dietílico: con la misma función.

- Acetona: como disolvente general de las pólvoras de nitrocelulosa dealto % N y alta proporción de nitroglicerina con disolvente.

- Alcanfor: como gelatinizante de la nitrocelulosa.

- Difenilamina: estabilizante en las pólvoras de nitrocelulosa de sim-ple base.

- Carbonato sódico: empleado en procesos de lavado de explosivos.

- Ftalato de dibutilo: moderador de la velocidad de combustión en pól-voras esferoidales.

- Goma arábiga: usado como coloide protector en la fabricación de pól-voras esferoidales.

- Grafito: empleado como conformador de los granos de pólvora y evitaaccidentes por descarga de electricidad estática.

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- Resinas: de gran importancia en propulsores modernos (LOVA, composi-tas y HP).

2-15

BIBLIOGRAFIA.

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(2) Academia de Artillería: Pólvoras y explosivos. Imprenta de laAcademia de Artillería.

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(10) Rheinmetall: Handbook on weaponry. Düsseldorf. RheimetallIndustriewerbung Grnbh. 19822 .

(11) Serna Arenas, Felipe: "Aplicaciones de los materiales poliméricosen el campo de los explosivos y propulsantes". Memorial deIngenieros de Armamento (n2 124, 1991).

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CAPÍTULO 3

3 EXPLOSIVOS ROMPEDORES

3.1. INTRODUCCIÓN.

Los explosivos rompedores, ya definidos anteriormente, constituyen lacarga interior en la mayoría de proyectiles de Artillería, y en la prácticatotalidad de bombas de aviación, torpedos, minas, etc.

Para su empleo militar, no solo se necesita gran poder rompedor, sinoque son necesarias una serie de condiciones que garanticen su uso sinriesgos en ingenios explosivos de todo tipo y en particular, en proyectilesde Artillería. Estas condiciones son:

- Potencia: esto es, gran poder rompedor, para trocear el proyectil ennumerosos cascotes y les imprima una gran velocidad.

- Seguridad: que se consigue con explosivos de baja sensibilidad quepermitan su carga y manejo exentos de peligro.

- Duración: es decir, que tenga gran estabilidad física y química; so-bre todo ausencia de reacción con las paredes metálicas del pro-yectil, que puedan dar lugar a combinaciones inertes o, loque es peor, peligrosas.

- Visibilidad: que formen una nube que se observe a distancia, parapoder comprobar dónde hacen explosión y corregir el tiro, en su ca-so.

- Fundir sin descomponerse o reaccionar, pues este es el sistema co-múnmente empleado para cargar los proyectiles, aunque está siendoreemplazado por la carga por compresión.

- Permitir la compresión bajo grandes valores de presión, con objetode obtener grandes densidades (obtener un buen rendimiento) y so-portar sin reaccionar las presiones del disparo.

- Poder ser fabricado a gran escala, para poder abaratar costes.

Referente a la duración de un explosivo, no todos tienen gran estabi-lidad: las mezclas y los explosivos de circunstancias, suelen tener poca es-tabilidad y por lo tanto, poca duración. Todo explosivo tiene una vida pro-bable, de ahí que, a efectos de seguridad en polvorines y depósitos, una vezcumplida se hace necesario comprobar su estado para determinar si está encondiciones de usarse, o en su defecto, debe destruirse. Para ello se cla-sifican los explosivos rompedores de uso militar en cuatro grupos, siguiendolas "Normas para la clasificación, identificación, conservación y transportede las municiones" (emanadas de la O.M. 21/1991 (B.O.D. 58) y de la 44 Divi-sión del E.M.E.). Estos grupos son:

- Grupo 001 (antiguo Grupo I): especies químicas definidas muy esta-bles. Su vida probable es de 20 años, y dentro de este grupo seencuentra la trilita.

- Grupo 002 (Antiguo Grupo II): especies químicas definidas estables.Su vida probable es de 15 años. Es el caso de la pentrita, tetra-lita y el hexógeno.

- Grupo 003 (Antiguo Grupo III): mezclas homogéneas muy estables. Suvida probable es de 15 años y suelen ser mezclas de trilita y te-tralita; hexógeno y trilita; pentrita y tetralita.

- Grupo 004: mezclas explosivas heterogéneas. Su vida probable es deó meses, y entre las empleadas, destacan amatol, amonal, nitramita,etc.

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NO 2NO 2

NO 2

OH

Las técnicas de carga de proyectiles han evolucionado desde la cargadel explosivo fundido por calentamiento (caso típico de la trilita) o suscombinaciones: mixta (llenando el proyectil primero con dados de explosivocomprimido y llenando los huecos con explosivo fundido) o en estado pastoso(en el que se mezclaba un explosivo en polvo, no apto para fundir, con otrofundido, y la pasta así formada se vertía en el interior del proyectil). Hoyen día se emplea preferentemente la carga por compresión, sistema este mássencillo, por no requerir hornos y más rentable, al conseguir densidades ma-yores con los medios y los explosivos empleados hoy en día.

3.2. EXPLOSIVOS ROMPEDORES.

Haremos, a continuación, un estudio de los explosivos rompedores másempleados en el ámbito militar. En primer lugar, trataremos las sustanciasquímicamente puras, describiendo fórmula, características, propiedades yaplicaciones militares, para dedicar el apartado 3.3. a las mezclas explosi-vas, mencionando sólo las más empleadas.

3.2.1. ACIDO PICRICO.

También conocido como 2.4.6. trinotrofenol, Pertita, Picrinita, Mela-mita, Ecrasita, Ácido carbazoico, Amargo de Welter, Lidita, Fenol trinitra-do, TNI y 2/T.

Densidad: 1,75 gm/cm3.

Punto de fusión: 122,5º C.

Calor de explosión: 4350 KJ/Kg.

Velocidad de detonación: 7.350 m/seg.

Temperatura de explosión: 300 – 310ºC.

Es un sólido cristalino de color amarillo, de sabor amargo intenso yvenenoso, que fue descubierto por el alemán Henssman en 1788.

Es poco soluble en agua, pero si lo es en disolventes orgánicos. Noes higroscópico ni sensible a las variaciones de temperatura.

Cuando está seco no ataca a los metales, pero sí cuando está húmedo,atacando a los más corrientes en el siguiente orden: Pb> Zn> Fe> Cu> Al, pa-ra dar picratos. En general los picratos son peligrosísimos, ya que poseengran sensibilidad, de tal forma que incluso han fracasado los intentos deemplearlos como explosivos iniciadores (el picrato de plomo, concretamente)debido a su exagerada sensibilidad.

Por contra, el ácido pícrico puro presenta gran estabilidad y pocasensibilidad, sobre todo al estar fuertemente comprimido o cristalizado des-pués de fundido, que se hace insensible al choque y precisa un detonadorfuerte para detonar. En estado purulento detona bajo la acción de un choqueviolento.

Se ha empleado en grandes cantidades en la confección de mecha rápida(con envuelta de estafío) , en la carga de proyectiles (principal empleo aprincipios del siglo XX) y en la fabricación de petardos.

En las operaciones de carga de proyectiles era necesario estañar elinterior de los mismos y recubrir el estafío con un barniz para evitar laformación de picratos. Por esta y otras razones, actualmente ha dejado deemplearse.

3.2.2. TRILITA.

Conocido también por TNT, Tri, Tritol, Tolit, Tutol, Trinol, Triton,Trotyl, es en realidad trinitrotolueno.

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Densidad: 1,64 gm/cm3

Punto de fusión: 80,8º C

Calor de explosión: 4310 KJ/Kg.

Velocidad de explosión: 6900 m/seg.

Temperatura de explosión: 300 2C.

Es una sustancia cristalina de color amarillo y casi completamente in-soluble al agua; ligeramente soluble en alcohol y bastante soluble en bence-no, tolueno y acetona. Es muy estable químicamente y no reaciona con losmetales.

Presenta una gran insensibilidad tanto a la llama como al choque, lafricción, chispa, etc. : se puede taladrar, serrar, cortar, no detona al seratravesado por una bala de fusil disparada a corta distancia, e incluso pue-de atravesar una plancha de blindaje, sin que el proyectil que la contienedetone.

Su manipulación puede producir intoxicaciones y enfermedades de lapiel a cientos de individuos.

Debido a su favorable punto de fusión, es uno de los explosivos mili-tares más usados en la actualidad, bien solo, bien en mezcla.

Sus aplicaciones más importantes son:

- Para carga de proyectiles rompedores.

- Para petardos, y mechas rápidas.

- Para cebos, se usa mezclada con fulminato de mercurio.

- En mezclas: con hexógeno o con tetralita (esta última muy usada encargas huecas.

3.2.3. PENTRITA.

0 tetranitrato de pentaeritrita, Nitropenta, PETN, Pentryle, Penta,Pentaryth.

Densidad: 1,76 gm/cm3.

Punto de fusión: 141,3ºC

Calor de explosión: 5860 KJ/Kg.

Velocidad de detonación: 8.400 m/seg.

Temperatura de explosión: 202-205ºC.

Es un cuerpo sólido cristalino, de color blanco, insoluble en agua ysoluble en acetona y metilacetato.

Es insensible a la fricción, aunque es sensible al choque y muy sensi-ble a la iniciación, lo cual lo hace apto para multiplicadores.

Es un explosivo muy potente, de los llamados nobles, que compite conel hexógeno, siendo ambos de propiedades explosivas casi iguales.

Su empleo principal es en:

- mechas rápidas, por su gran velocidad de detonación.

- multiplicadores de espoletas y cebos, generalmente, flegmatizada concera.

- En carga de proyectiles (flegmatizada y prensada) de pequeño cali-bre, para CahoneS Antiaéreos y Contracarro.

CH 3

NO 2NO 2

NO 2

CC H O N O 22

C H O N O 22

C H O N O 22

C H O N O 22

3-4

- En carga de proyectiles, necesariamente mezclada con trilita y te-tralita.

3.2.4. TETRALITA.

0 Tetranitrometilanilina, Tetryl, Trinitrofenilmetil nitramina, Tetra-nitrofenil anilina, Pyronite, CE., Tetra, Tetralite.

Densidad: 1,73 gm/cm3.

Punto de fusión: 131ºC.

Calor de explosión: 4900 KJ/Kg.

Velocidad de detonación: 7500 m/seg.

Temperatura de explosión: 185ºC.

Es un sólido cristalino, de color amarillo pálido. ES insoluble enagua, pero soluble en benceno.

Es tóxico y produce dermatosis.

Es un explosivo rompedor potente, que junto con el hexógeno y la pen-trita, constituyen la trilogía de los explosivos nobles.

Debido a su alto punto de fusión, se emplea en estado purulento, com-primiéndola o en mezcla con trilita fundida.

Es sensible al choque (razón por la que no se usa sola en carga deproyectiles) y muy sensible a la iniciación, por lo que está muy indicada enmultiplicadores.

Se emplea fundamentalmente en multiplicadores (prensada) y en proyec-tiles de carga hueca (mezclada siempre con trilita). Se emplea también encargas reforzadoras en cebos pirotécnicos y eléctricos.

3.2.5. HEXÓGENO.

También conocido como Ciclo-trimetileno-trinitramina, Exógeno, Ciclo-nita, T4.

Densidad: 1,8 gm/cm3

Punto de fusión: 204ºC.

Calor de explosión: 5141 KJ/Kg.

Velocidad de detonación: 8700 m/seg.

Temperatura de explosión: 230ºC.

Es un sólido cristalino, de color blanco, inodoro, no venenoso, inso-luble en agua pero si en ciclohexano, ácido acético y ácido nítrico concen-trados. Su punto de fusión elevado, lo hace poco apto para fundir.

Es sensible al choque, lo cual obliga a mezclarlo para carga de pro-yectiles. Incluso para su transporte, hay que f legmatizarlo con trilita ycera, fundamentalmente.

Su fabricación es un proceso muy laborioso y de poco rendimiento, porlo que resulta muy caro1. Sin embargo su gran poder rompedor (y el hecho deque es más barato que la pentrita) han hecho que sea de empleo mayoritario.

Sus usos más frecuentes son:

- En explosivos plásticos.

1 En en año 1969, 1 Kg. de Hexógeno costaba 213 pts., frente a 40 pts.

que costaba 1 Kg. de Trilita.

NO 2NO 2

NO 2

NO 2

N CH 3

NO2NO2

NO2

CH2

NN

N

CH2CH2

3-5

- En carga de proyectiles de pequeño calibre (flegmatizado) para Caño-nes Antiaéreos y Contracarro.

- En proyectiles rompedores, y cargas huecas, mezclado frecuentementecon trilita, y más recientemente, con agentes sintéticos endureci-dos y desensibilizado con cera.

- En carga de torpedos, minas, bombas de aviación, mechas detonantes,multiplicadores y cebos, convenientemente desensibilizado.

3.2.6. OCTÓGENO.

0 también Ciclo-tetrametileno tetramina, HMX, Homociclonita, Tetrame-tileno tetranitramina.

Densidad: 1,8 y 1,9 gm/cm3

Punto de fusión: 280ºC.

Calor de explosión: 5116 KJ/Kg.

velocidad de detonación: 9100 m/seg.

Su apariencia y solubilidad son similares a las del hexógeno, y suscaracterísticas físicas y químicas son casi idénticas, pudiendo reemplazarleen todos los casos en que se emplee hexógeno. La única diferencia es su ma-yor densidad, lo cual le proporciona mayor poder como explosivo.

Su precio es mayor que el del hexógeno, ya que su proceso de fabrica-ción es aún más laborioso, y dado que la mejora que proporciona no es consi-derable, apenas se usa.

El único empleo regular de octógeno es la fabricación de explosivoplástico de altas prestaciones.

3.2.7. EXPLOSIVOS DE AIRE COMBUSTIBLE.

Es una traducción libre del término FAE (en inglés, Fuel AirExplosives). En los últimos años se han producido, en diversos lugares, ac-cidentes de notoria importancia debidos a explosiones de gases. Estas reac-ciones son aprovechables desde el punto de vista militar, para producir ex-plosiones en áreas más o menos extensas.

Para que un gas disperso en el aire reaccione de forma violenta, apar-te de una iniciación adecuada, requiere mezclarse con él en un intervalo devalores, cuyos límites mínimo y máximo se denominan "Limite inferior y supe-rior de explosividad de un gas combustible", además, el fenómeno de la ex-plosión, se ve condicionado por la composición de gas y por la presión y latemperatura ambiente.

Entre los límites inferior y superior de explosividad, hay un valordenominado "concentración de máxima velocidad de explosión" en el que se ha-ce máxima la velocidad a la que se propaga la reacción por la masa gaseosa.

El Laboratorio Químico Central de Armamento ha establecido una compa-ración (aceptable con ciertas reservas) de diversos gases combustibles deuso cotidiano respecto a la trilita, resultando que, el equivalente en Kg.de trilita que daría lugar a los mismos efectos que 1 Kg. de gas combustiblesería (cuadro 3.1):

1 Kg. de gas natural equivaldría a 0,63 Kg. de TNT.

1 Kg. de gas ciudad 0,71 Kg.

1 Kg. de propano 0,78 Kg.

1 Kg. de butano 0,79 Kg.

Cuadro 3.1

3-6

La principal aplicación de los gases combustibles como arma de comba-te, consiste en un sistema de apertura de brechas en campos de minas, desa-rrollado por los Estados Unidos de Norteamérica, denominado SLUFAE. (SistemLaunch unit Fuel Air Explosive, en inglés).

El sistema, al originar la explosión de una nube de gas extendida so-bre una superficie determinada, provoca, a todo lo largo y ancho de la mis-ma, un pico de presión que mantiene, prácticamente, su intensidad en toda lazona ocupada por el mismo, con lo cual origina la detonación de las minas enel radio de acción de la nube, cuando la intensidad de la presión provocadaen la explosión es capaz de accionar sus espoletas.

Las sustancias que se emplean en este tipo de proyectiles se reducen ados.

3.2.7.1. Oxido de etileno.

En estado líquido, es incoloro, de olor agradable. In-dustrialmente se presenta en bombonas a presión.

La temperatura mínima de inflamabilidad es de –18ºC.

Calor de explosión a 25ºC, 312,5 Kcal/mol.

3.2.7.2. Oxido de propileno.

Es un líquido volátil, incoloro, de propie-dades químicas similares al óxido de etíleno.

Su límite inferior de inf lamabilidad es de–30ºC.

Calor de combustión a 25ºC, 453,1 Kcal/mol.

3.3. MEZCLAS EXPLOSIVAS.

3.3.1. GENERALIDADES.

Una "mezcla explosiva,, es una combinación de varias especies quími-cas, que pueden ser explosivas por si solas, o que adquieren tal propiedadal juntarse en las proporciones adecuadas.

La mezcla explosiva se hace necesaria por la dif ¡cultad de encontraruna sustancia que, en estado puro, reúna todas las condiciones requeridaspor un explosivo, tales como economía, ser de combustión completa, fácilesde fabricar, poco peligroso en su manejo, estabilidad, potencia, sensibili-dad adecuada, etc. La utilización de una especie química pura como explosi-vo, queda reservada, pues, para casos de extrema necesidad o en misiones es-pecíficas. En la mayoría de los casos, será preciso mezclar sustancias queposean determinadas características explosivas, con otras sustancias que nolas tengan, pero si que reúna otras que se complementen con aquellas, siem-pre con arreglo al tipo de efecto que se desee conseguir.

De todo lo anterior, se podría deducir que el empleo de mezclas explo-sivas es siempre ventajoso, pues se construye un explosivo la medida,, delas necesidades. Pero no es así, las mezclas presentan el grave inconve-niente de la falta de homogeneidad, que se traduce en fallos y disminuciónde la potencia y en el envejecimiento relativamente rápido, que trae consi-go, aun en las mejores condiciones de almacenamiento, oxidaciones parcialesde la mezcla, exudación y pérdidas de disolvente, etc. , que supone pérdidade las cualidades positivas de la mezcla, y, en el peor de los casos aumentode peligrosidad en su manejo.

Atendiendo a la naturaleza o propiedades de los componentes, podemosdistinguir 3 tipos de mezclas:

3-7

- Mezclas explosivas propiamente dichas, que son combinaciones de doso más especies químicas que, por separado, no tienen carácter ex-plosivo y que reunidas en la proporción adecuada sí. Es el caso dela pólvora negra.

- Mezclas a base de una sustancia explosiva con una o varias que no loson: caso de la dinamita.

- Mezclas de dos o más sustancias explosivas, que a su vez pueden es-tar mezcladas a otras sustancias no explosivas. Este grupo es nu-merosísimo.

3.3.2. FINALIDAD DE LOS INGREDIENTES DE UNA MEZCLA.

En las mezclas en las que hay presencia de una sustancia explosiva, elresto de sustancias que forman la mezcla, tienen una misión específica.

En las mezclas de sustancias no explosivas, que reunidas, si lo son,habrá una o varias que hagan el papel de combustible; una o varias, el decomburente; y el resto tendrán otras misiones específicas.

Tanto en el primero como en el segundo caso, se busca mejorar una se-rie de características de la mezcla, entre ellas; Estabilidad, Potencia,Sensibilidad, Tamaño y duración de la llama y Economía.

Los ingredientes de las mezclas, según la función que realizan se pue-den agrupar en:

- Absorbentes: sustancias que se emplean para embeber en ellas explosi-vos, generalmente líquidos, muy sensibles, con lo que hacen de almoha-dilla, disminuyendo su sensibilidad. La nitroglicerina, por ejemplo,se embebe en harina, talco, yeso, tierra de infusorios e incluso, ni-trocelulosa.

- Flegmatizantes: hacen el mismo papel, de almohadilla, que los absorben-tes, pero con explosivos sólidos. Este es el caso de la trilita que,estando fundida, al añadirle hexógeno, sus cristales (una vez solidi-ficado) "rodean" a los de éste, reduciendo su sensibilidad al choque.

Otros explosivos que requieren sustancias flegmatizantes para su cargaen proyectiles son la pentrita y la tetralita.

- Plastificantes: hacen moldeable la mezcla, y además suelen conseguircierto grado de flegmatización. Algunas sustancias de este tipo sonla vaselina, caucho virgen y mononitrobenceno. Su campo se reduce ca-si exclusivamente a los Explosivos plásticos.

- Antiácidos: tienen por finalidad evitar la formación de ácidos porefecto de temperaturas anormales, humedad, etc. Estos ácidos puedenllegar a formar sales peligrosas (por ejemplo picratos). Ejemplos deeste tipo de sustancia son los cloratos de sodio y potasio, oxido dezinc y el magnesio.

- Anticorrosivos: evitan el peligro de formación de sales inestables,procedentes de la corrosión de las paredes metálicas del interior delos proyectiles. En los explosivos sólidos, dicha corrosión suele sermenor que con los líquidos, y suele bastar con barnizar el interiordel proyectil.

- Antihigroscópicos: evitan la humedad y los perjuicios que ocasiona:formación de ácidos o sales inestables. Para ello, se emplea grasa,parafina y aceites especiales, siendo conveniente, además, un envasadocuidadoso.

- Anticongelantes: bajan el punto de congelación de los explosivos líqui-dos, que en el caso de la dinamita (nitroglicerina) es particularmentepeligroso. Se emplea dinitroglicol, generalmente.

3-8

- Correctores de potencia: modificando, bien la temperatura de las explo-sión, bien la velocidad de detonación. En el primer caso, al aumen-tarla, se aumenta la potencia de la mezcla. Esto puede hacerse conmetales termogénos como el aluminio y magnesio (proyectiles antiaé-reos). Para disminuir la temperatura se puede añadir sales de azufre osustancias que aumenten la cantidad de gases que se forman en la ex-plosión, con lo que el calor de reacción es menor.En el segundo caso, también en relación directa velocidad y potencia,para aumentar la velocidad de detonación puede añadirse explosivo ul-trarrompedor o materiales pesados (plomo) que aumenten la densidad.Para disminuir la velocidad de explosión, basta incluir en la mezclasustancias inertes como el alcanfor o la centralita.

- Sustancias económicas: el factor económico es muy importante en la fa-bricación de explosivos. También la escasez de materias primas oplantas de fabricación ha llevado a mezclas explosivos con sustanciasbaratas y fáciles de obtener, como el nitrato amónico. Sin embargo,lo que en principio es ventaja (rebajan considerablemente el preciodel explosivo) a la larga se convierte en desventaja, por las dificul-tades de conservación de las mezclas con nitrato amónico, pues éste esmuy higroscópico.

3.3.3. MEZCLAS EXPLOSIVAS.

Hagamos ahora un estudio de las mezclas explosivas más empleadas, de-teniéndonos en aquellas que mantienen su vigencia.

La extraordinaria diversidad de proporciones que tienen las variantesde una misma mezcla, fruto de "recetas" particulares de las innumerables fá-bricas de explosivos (que daban distintos nombres a una misma mezcla perocuyos componentes entran en proporciones diferentes), dificulta en gran me-dida su clasificación, por ello, se citan muchas composiciones, con su nom-bre y constitución, junto a los nombres modernos que recibe la familia demezclas que contienen los mismos ingredientes básicos.

3.3.3.1. Dinamitas.

Se denominan Dinamitas (del griego, "Dinamis" fuerza) a las mezclas denitroglicerina con una o varias sustancias que la absorben, disminuyendo sugran sensibilidad, pero sin perder su gran potencia explosiva.

Forman una amplísima familia de explosivos de gran empleo en ingenie-ría civil y minería. Sin embargo, presentan problemas infranqueables de es-tabilidad y sensibilidad (fundamentalmente) que impiden su empleo en el ám-bito militar, salvo casos muy excepcionales, razón por la cual no se tratanaquí.

Puede el alumno en cualquier tratado de explosivos (referencia 2 de labibliografía, por ejemplo) encontrar amplia información sobre las dinamitas.

3.3.3.2. Explosivo Plástico.

Se denominan así a las mezclas de una o varias sustancias explosivassólidas o no, con una sustancia líquida o viscosa, que tienen aspecto de unamasilla blanda y que pueden adaptarse o adherirse al objeto que se trata dedestruir.

Los explosivos básicos de los plásticos tienen que ser de gran poten-cia y estabilidad, siendo el hexógeno y la pentrita (excepcionalmente, eloctógeno) los casi únicamente utilizados a tales efectos. Entran en unaproporción del 80-90%. El resto de la mezcla lo componen el ingredienteplastificante, que puede ser una sustancia también explosiva (mononitroben-ceno) o no (caucho, cera, aceite mineral o polímeros sintéticos blandos).

3-9

Los explosivos plásticos deben reunir una serie de condiciones quepueden resumiese en:

- Ser fácilmente moldeables a mano y conservar la forma que se les dé.

- Tener buena adherencia sobre superficies lisas.

- No deben ser inalterables a la acción del agua y del aire.

- Ser insensibles al roce, a los choques, a la llama, a las balas defusil y a las explosiones cercanas.

- No han de contener sustancias nocivas para la salud, ya que se mol-dean a mano.

Los usos de ámbito militar que se les da a este tipo de mezclas son:

- Cargas de destrucción.

- Multiplicadores de proyectiles.

- Carga de bombas de aviación, torpedos, minas, etc. En proyectilesde artillería, solo se aplica a los perforantes de aplastamiento(HESH. en inglés)

- Preparación de cargas huecas.

3.3.3.3. Mezclas explosivas de Hexógeno.

El hexógeno es el explosivo que más difusión tiene actualmente, en elcampo militar, desbancando, incluso, de su papel hegemónico a la Trilita.

Frente a sus grandes ventajas y virtudes, presenta dos inconvenientesfundamentales: es sensible al choque y es caro, circunstancias ambas queobligan a mezclarlo.

Las mezclas hechas a base de hexógeno que se emplean como explosivorompedor, se denominan genéricamente Hexolita (HT., Trítolita, Coclonita,Hexolita, cyclitois o Cyclotols). Existen múltiples combinaciones, cada unade ellas con una denominación propia según el cuadro 3.2.

De todas estas mezclas, la Composición A, Composición C y XP. son Ex-plosivos Plásticos. La Composición B (llamada también Bonita) se emplea pa-ra carga de proyectiles rompedores y el resto (Torpex, DBX y HBX) se empleanen proyectiles de cañones antiaéreos, y que por contener aluminio, son váli-das todas las reflexiones citadas en el apartado dedicado a mezclas con alu-minio.

Ya que la Composición B ha desbancado a la trilita en la carga de pro-yectiles rompedores, citaremos algunas características de esta mezcla.

Puede decirse que la composición B reúne las características positivasdel hexógeno y la trilita; como explosivo rompedor, su potencia se acerca ala del hexógeno (comparándolo con la trilita es un 126%) y en cuanto a susensibilidad, ésta se acerca más a la de la trilita. La carga del proyectilse puede hacer, bien en estado pastoso o por compresión, resultando en amboscasos, un explosivo de mayor densidad que la trilita, por lo que se aumenta,respecto a ésta la velocidad de detonación (se aproxima a 8000 m/seg.).

El único inconveniente es su elevado precio, pero un aumento de suconsumo, podría producir un estimable descenso.

3-10

MEZCLAS EXPLOSIVAS DE HEXÓGENOCOMPOSICIÓN COMPOSICIÓN COMPOSICIÓN

INGRADIENTESA1 A2 A3 B B1 B 64/36 C-1 C-2 C-3 C-4

XP TORPEX HBX DBX

HEXÓGENO 91% 91% 91% 55% 60% 64% 88% 80% 77% 91% 85% 41% 40% 21%

CERA 9% 9% 9% 4% 5%

TRILITA 40% 40% 36% 41% 38% 40%

ALUMINIO 18% 17% 18%

NITRATO AMÓNICO 21%

CAUCHO VIRGEN 6%

ACEITE 9%

PLASTIF. ACEIT. NO EXPLOSIVO 12%

PLASTIFICANTE EXPLOSIVO 20% 23%

POLISOBUTILENO 2%

ACEITE DE MOTOR 2%

DI – (2 ETILHEXIL) 5%

NOTA: No se ha tenido en cuenta pequeñas cantidades de correctores.

3.3.3.4. Mezclas explosivas de Nitrato amónico.

Todas las mezclas a base de Nitrato amónico suelen ser muy baratas,dada la gran proporción de nitrato que emplean. Sin embargo, presentan gra-ves problemas de conservación.

Entre las mezclas más empleadas destacan:

3.3.3.4.1 Explosivos Favier.

Compuestos por Nitrato potásico y algún nitronaftaleno (mono-, di- otri-). Se han empleado a finales del siglo XIX y comienzos del xx de maneraamplia, como explosivos antiguisú. una variante de éstos, llamada Sdchneide-rita, se ha empleado en carga de proyectiles.

Hoy en día, tanto unos como otro, no se emplean.

3.3.3.4.2 Amatoles.

Son mezclas de Nitrato amónico y trilita, en las más variadas propor-ciones, siendo las más generalizadas 80% de nitrato amónico y 20% de trilitay la 50%-50%.

Fundamentalmente se han empleado como explosivo de circunstancias enla carga de proyectiles, para reducir el consumo de trilita.

Una fórmula especial, que puede incluirse en este grupo, es la Sabuli-ta (Nitrato amónico, trilita y siliciuro de calcio industrial), que corres-ponde a un explosivo de buenas aptitudes para su uso militar: potente (simi-lar a las dinamitas de base inerte) y muy insensible a la llama y a la per-cusión y de la que puede decirse que no es ni mucho menos, un explosivo decircunstancias.

Los explosivos de la familia de los Amatoles, han caído en desuso, pe-ro son una buena solución para tiempo de guerra, si hay escasez de materiaprimas.

3.3.3.4.3 Amonales.

La familia de los Amonales incluye explosivos a base de nitrato amóni-co y aluminio, que suelen contener otros ingredientes. El más común de ellos

3-11

es la trilita. En algunos casos se ha empleado el tetraleno recibiendo en-tonces, el nombre de Tetramonal.

Se han empleado en carga de proyectiles aunque ya no se emplean.

3.3.3.5. Mezclas explosivas de Cloratos y Percloratos.

Las mezclas explosivas compuestas por Cloratos o Percloratos alcalinosson muy numerosas. En general, contienen además, otras sustancias combusti-bles (o explosivas, como el dinitrotolueno) y flegmatizando al clorato, unlubricante.

Todas las variantes explosivas reciben el nombre genérico de Clorati-tas, y aunque presentan buenas cualidades para su uso militar, son sensiblesal choque, lo cual las inhabilita para la carga de proyectiles. Mezclas quehan tenido gran difusión han sido: Miedziankita, Explosivo P, Explosivo S,Paramón y Cheddita (esta última la más empleada).

3.3.3.6. Mezclas explosivas de nitrocelulosa y nitroglicerina.

A mediados del siglo XX tuvieron gran auge las mezclas explosivas rea-lizadas con los componentes básicos de los explosivos propulsores, primerocon nitrocelulosa y nitrato amónico, justificándose el interés de estas mez-clas por no emplear nitroderivados cíclicos (escasos en tiempo de guerra) ycreerse que podrían emplearse pólvoras de nitrocelulosa de desecho como ma-teria prima. Esta mezcla recibió el nombre de Potentita.

Cuando se comprobó que el empleo de pólvoras de desecho no era posi-ble, la investigación se dirigió hacia la nitroglicerina, que unida al ni-trato amónico y al dinitrotuleno, forma el explosivo C.M., que ya no se em-plea, ni siquiera en carga de proyectiles, que era su principal aplicación.

Con la aparición de las pólvoras de doble base (nitrocelulosa y nitro-glicerina) se amplió el campo de investigación, desarrollándose el Holtex (oNipolita), compuesto por nitrocelulosa, nitroglicerina, pentrita y que a ve-ces puede contener, además hexógeno, más estabilizantes y plastíficantes.

Se emplea en las granadas de la carga hueca tipo I mod. 57,para fusilde 7,62 mm.

Variantes de esta mezcla son la Exonita (nitrocelulosa, nitroglicerinay hexógeno) y la Pentrinita, sustituyendo en la anterior el hexógeno porPentrita. Ambas mezclas son de propiedades similares. De ellas puede de-cirse que son los explosivos industriales más poderosos, y que no son aptospara carga de proyectiles, aunque si para torpedos y minas, como, de hecho,se emplea.

3.3.3.7. Mezclas de Pentrita.

La Pentríta, que no es apta para carga de proyectiles por si sola, esun excelente explosivo, como ya se dijo anteriormente, compatible inclusocon el hexógeno, al que sustituye en muchas composiciones. Por lo tanto,cabría esperar un número de mezclas explosivas realizadas con pentrita,cuando menos, similar al del hexógeno. Sin embargo, razones de tipo económi-co (es más caro que el hexógeno) limitan mucho su difusión. No obstante,hay países, cuyas fábricas de explosivos producen mayor cantidad de pentritaque de hexógeno, por lo que usan la primera para confeccionar mezclas equi-valentes a las de hexógeno.

Para carga de proyectiles, se emplea la Pentolita (o Pentrilita), quees una mezcla de pentrita y trilita (entre 30 y 50%) fundida, que constituyeun explosivo muy potente. También se emplea Pentrita f legmatizada con ni-trato amónico o acetato de pentaeritrita o con ambos a la vez.

3-12

En determinados países, los explosivos plásticos se realizan con pen-trita, como es el PLA-NP francés.

3.3.3.8. Mezclas explosivas de Aluminio.

El aluminio en polvo se emplea en mezclas explosivas para aumentar lapotencia del explosivo al que se agrega.

Si la proporción de aluminio es muy grande, se obtendrá en vez de unamezcla rompedora, una incendiaria (termita).

La Trinalita o Tritonal (trilita 80% y aluminio en polvo 20%) es lamezcla más común empleada fundamentalmente, en carga de proyectiles antiaé-reos.

En apartados anteriores se han citado mezclas que contienen aluminio.Todas ellas son aptas para carga de proyectiles.

Recientemente se ha desarrollado, a nivel experimental, el octol (oc-tógeno y aluminio 70/30).

3-13

BIBLIOGRAFIA

(1) Academia de Artillería: NORMAT. Normas para la clasificación,identificación, conservación y transporte de las municiones. Im-prenta de la Academia 1992.

(2) Academia de Artillería: Pólvoras y Explosivos Segovia. ImprentaAcademia de Artillería.

(3) Aguilar Bartolomé, Francisco: ,Estudio comparativo del hexógeno,la trilita y la composición Bll. memorial de Ingenieros de Arma-mento (nº 49, 1969).

(4) Causante García, José Luis: manual de explosivos Valdemoro Escue-la de TEDAX,s-GC. 1989.

(5) Ministerio de Defensa: Manual interejércitos de almacenamiento demuniciones y explosivos para las Fuerzas Armadas españolas. Esta-do Mayor Conjunto 1991.

(6) Oerlikon: Oerlikon pocket-book. Zurich. Oerlikon Bührle AG.19812

(7) Paz de Páramo, José de y Borreguero García, Epifanio: Bocas defuego. Segovia. Imprenta de la Academia de Artillería 1972.

(8) Rheinmetall: Handbook on weaponry. DÜSseldorf. Rheimetall Indus-triewerbung GmbH. 19822.

(9) Catálogo de Explosivos del Laboratorio Químico Central de Arma-mento.

4-1

CAPITULO 4

4 EXPLOSIVOS PROPULSORES

4.1. GENERALIDADES.

Son los encargados de lanzar el proyectil, bien deflagrando dentro dela recámara y produciendo gran cantidad de gases, empujando al proyectil alo largo del ánima, en la Artillería Clásica; bien dentro de la cámara decombustión de un proyectil cohete, expulsando gran cantidad de gases a ele-vada velocidad por la tobera, consiguiendo el movimiento del proyectil deArtillería Cohete (cohete o misil).

Al igual que para los explosivos rompedores, las "Normas para la cla-sificación, identificación, almacenamiento y transporte de las municiones(NORMAT)", clasifica a los propulsores en varios grupos, atendiendo a lasdiversas pruebas que se realizan a los explosivos propulsores para determi-nar su estado y vida probable. Estos grupos son:

- Grupo 101: Pólvoras negras y pardas.

- Grupo 102: Nitrocelulosa con éter-alcohol.

- Grupo 103: Nitrocelulosa, nitroglicerina hasta 30% y un disolvente.

- Grupo 104: Nitrocelulosa, nitroglicerina hasta 35%, sin disolvente.

- Grupo 105: Nitrocelulosa y nitroglicerina con más del 35%.

- Grupo 106: Nitrocelulosa y dinitrodietilenglicol.

- Grupo 107: Nitrocelulosa y dinitrotolueno.

- Grupo 108: Nitrocelulosa y dos bases más.

- Pólvoras de base no nitrocelulósica.

Esta clasificación resulta confusa, ya que no considera el % de N delas nitrocelulosas. Si el % N supera el 12,4% (fulmicotón) tiene que existirun disolvente, cosa no necesaria si la nitrocelulosa no tiene más del por-centaje indicado (colodión).

El proceso de fabricación de una pólvora va a condicionar, en muchoscasos, sus características y su empleo.

Básicamente hay tres tipos de pólvoras atendiendo a su constitución:coloidal (que según su proceso de fabricación puede ser pólvora extruída oesferoidal), colada y composíta.

De ellos, el primer tipo suele llamarse también pólvora extruida, pueseste proceso tiene una aplicación mucho más extensa que el de las pólvorasesferoidales.

4.2. PÓLVORA COLOIDAL.

El componente común es la nitrocelulosa a la que se obliga a gelificar según dos procedimientos distintos: el proceso llamado lamínado-extrusión, válido para todo tipo de pólvoras coloidales, y la pólvora esfe-roidal, de aplicación únicamente, a pólvoras de simple y doble base (éstasúltimas, siempre con nitroglicerina).

4.2.1. POLVORAS EXTRUIDAS.

En general reciben el nombre de pólvoras extruidas aquellas cuyo granose conforma mediante prensado, dándole en este proceso la forma definitiva,

4-2

tanto exterior como interior, quedando solo la operación de cortado a lalongitud conveniente.

El proceso de fabricación, denominado Lamínado-extrusión, puede resu-miese en las siguientes operaciones.

A) Productos de partida: Excepto la nitrocelulosa, todos los demáselementos de partida son especies químicas y están, por tanto, biendefinidas.

En el caso de la nitrocelulosa (que se presenta en partidas de20.000 a 40.000 Kg), ésta queda definida por su porcentaje de ni-trógeno, solubilidad, viscosidad y estabilidad, sin que esta defi-nición resulte suficiente. El problema queda agravado por la mezclade lotes de varios % de nitrógeno en una partida de nitrocelulosa.Tenemos, pues, un producto inicial pobremente definido, razón entreotras, por la que las pruebas y análisis balísticas y el tarado delos lotes de los productos finales (pólvoras) son indispensablesantes de confeccionar las cargas de proyección. A priori, solo sesabrán de forma aproximada (si bien casi a ciencia cierta debido ala experiencia de la fabrica y al control de calidad de la misma),los efectos de la pólvora.

Si la pólvora es de simple base, la materia de partida es la ni-trocelulosa húmeda (no menos de un 30%). Si es de doble base, setransforma la nitrocelulosa húmeda en una masa primitiva por im-pregnación en nitroglicerina.

B) Deshidratación: El primer proceso es eliminar la humedad de la ni-trocelulosa y/o masa primitiva, ya que la humedad evita la gelati-nización.

En lugar de emplear un proceso de secado a baja temperatura(proceso muy lento y peligroso cuando se quede seca la nitrocelulo-sa) se emplean dos métodos, dependiendo de si hay o no disolvente:

Con disolvente, lo más normal es diluir el agua con alcohol etí-lico, con lo que prensando repetidas veces, logramos expulsar elagua.

Sin disolvente, se somete a un prensado hasta dejar un 10% dehumedad, y luego a un laminado de gran relación y en caliente (90-95º) con lo que se reduce la humedad al 2 ó 3%.

C) Amasado: Una vez que se deshumidifica la mezcla, se somete a unfuerte trabajo mecánico y de homogeneización. El objeto del amasadoes lograr la gelatinización del conjunto. Para facilitarlo se aña-den determinadas cantidades de alcohol y éter. Para cada tipo demasa primitiva o lote de nitrocelulosa, hay un tiempo de amasadofijado y una cantidad determinada de alcohol-éter, consecuencia másque nada, de la experiencia. Cada fábrica de pólvoras tiene suspropias recetas, que guarda celosamente.

Es el momento de añadir determinados aditivos, generalmente di-fenilamina (que es el estabilizante más empleado) , que debe mez-clarse de forma homogénea.

El amasado termina cuando se obtiene la total gelatinización dela nitrocelulosa de bajo % N y la masa sea "idealmente" homogénea.

Esta operación es una de las claves para la calidad de una pól-vora.

D) Laminado~extruido: con este término se denomina a la operación me-cánica que transforma la masa en sólidos geométricos (figuras 4.1 a

4-3

4.6): cilindros, cilindros mono o multiperforados, planchas, etc.de los que por cortado, se obtienen los granos definitivos de pól-vora.

La extrusión se realiza en prensas, siendo a veces necesario unlaminado posterior (este es el caso concreto de las planchas o cin-tas de pólvora).

Una vez que la pólvora sale de la prensa de extruido, y comoconsecuencia de la brusca descompresión, el material extruido sufreuna dilatación. En las pólvoras con disolvente, en esta dilataciónocurre el fenómeno denominado flash, por el que el material expulsagran parte del disolvente.

E) Cortado: Es la operación que deja al grano con su dimensión defini-tiva. Es recomendable efectuar el cortado antes de que la pólvorapierda la elasticidad que tiene después del extruido, para ello lasmaquinas cortadoras se encuentran a pie de prensa, o en una salacontigua por seguridad.

El sistema de cortado es variado: guillotina, sierra, cuchilla,disco giratorio, etc. En el corte se puede producir un aplastamien-to, rebaba o biselado en el grano, que en general puede admitirse.

F) Tratamientos: Una vez que el grano está conformado, hay que proce-der primero a eliminar el disolvente, o al secado del grano, en elcaso de que no lleve disolvente.

Para eliminar el disolvente, el procedimiento más rápido es elde sucesivos lavados con agua fría y caliente, de forma que el di-solvente vaya incorporándose al agua. Es un hecho demostrado quenunca se puede eliminar todo el disolvente.

El secado es la siguiente operación y es necesario para asegurarla conservación de las pólvoras. Suele hacerse por circulación deaire seco o calentamiento suave. El límite inferior de humedadaceptable es de 1%.

Figura 4.2.- Cilindromonoperforado

Figura 4.1.-Cilindro Figura 4.3.- Cilindromultiperforado

Figura 4.4.- Stick Figura 4.5.- Roseta Figura 4.6.- Cinta o Banda

4-4

A continuación las pólvoras pueden sufrír otras operaciones, lamayoría de ellas, específicas al empleo que se les va a dar.

4.2.2. PÓLVORA ESFEROIDAL.

4.2.2.1. Origen.

De lo expuesto en el apartado 4.2.l., referente al proceso de extru-sión, puede decirse que es un proceso lento, que requiere mucha mano de obray que la incertidumbre sobre la estabilidad alcanzada en el producto finalimpide conocer el comportamiento exacto de la pólvora hasta que no se reali-zan las pruebas balísticas.

Por ello muchos trabajos de investigación se encaminaron a mejorar elproceso de estabilización de la nitrocelulosa. Tal vez el más notable, porlo que respecta al origen de la pólvora esferoidal, sea el de Fred olsen,quien en 1930 ideó y patentó un procedimiento de purificación y estabiliza-ción de la nitrocelulosa consistente esencialmente en la disolución total dela misma en un disolvente no miscible en el agua, para eliminar los restosde mezcla ácida nitrante que quedan absorbidos por las fibras durante la ni-tración. Por este procedimiento se lograba una nitrocelulosa cuya estabili-zación era más rápida y mejor que la lograda por los demás métodos usadoshasta entonces. El método de olsen hace posible garantizar una estabilidadcasi total al permitir eliminar fácilmente todos los restos ácidos.

Posteriormente, Olsen, al observar que la nitrocelulosa precipitaba enforma de esferitas que se pegaban unas a otras, introdujo un coloide protec-tor que evita las uniones y consiguió también extraer la humedad del inte-rior de las esferas. Quedaba establecido un procedimiento de fabricación depólvoras de grano esferoidal.

Esta pólvora, que al principio los polvoristas rechazaron, se ha hechoimprescindible en cartuchería, como consecuencia de la disminución del cali-bre de las armas ligeras, de 7,62 a 5,56 mm.

4.2.2.2. Características y empleo.

La composición más usada en este tipo de pólvoras, es:

- Nitrocelulosa > 13,1% N.

- Nitroglicerina: de 10 a 13%

- Difenilamina: 1,2 a 1,5% aunque puede llevar mayor número de aditi-vos.

Se aplica a munición de cartuchera de todo tipo: 5, 56 mm, 7,62 mm, 9mm, 12,70 mm, 20 mm, e incluso pistolas deportivas.

En cañones de tipo mediano puede emplearse mezclando dos y tres tama-ños de granos en proporciones y tratamientos adecuados.

4.2.3. TIPOS DE PÓLVORAS COLOIDALES.

4.2.3.1. Propulsores de simple base.

La composición de este tipo de pólvoras es la siguiente:

- Nitrocelulosa, entre un 97,5 y 98,5%

- Difenilamina, entre 1 y 1,5%

- De 0,5 a 1% de humedad.

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- De 0,2 a 0,5% de disolvente residual.

- Excepcionalmente, como aditivos más frecuentes, pueden llevar 0,1%de grafito y de 1 a 2% de SO4K2.

Es frecuente expresar la composición porcentual únicamente con la ni-trocelulosa y con la difenilamina. otras veces se incluyen los porcentajesde humedad y disolvente residual. En general el grafito y el SO4K2 no entranen la composición centesimal y se expresan como añadido.

La denominación Símple Base es de origen americano. En Francia las de-nominan pólvoras de típo B.

Aparecieron a principios del siglo XIX, cuando se hizo evidente que elfuerte desarrollo industrial iba a exigir la acometida de grandes obras pú-blicas. El desarrollo químico, con mayor impulso que el industrial, fue so-lucionando a lo largo del siglo las necesidades de explosivos para tan grandemanda.

Militarmente, habían crecido los ejércitos y estaba implícito que lapólvora negra, como propulsor y como explosivo, no estaba ya a la altura delas necesidades.

Los descubrimientos de la nitrocelulosa y nitroglicerina sentaron lasbases para la sustitución de la pólvora negra. Solo faltaba su transforma-ción en productos útiles y seguros.

En el campo de las pólvoras, se sucedieron múltiples patentes, que enpocos años aportaron sensibles avances.

Paul vieille debe considerarse el verdadero inventor de las pólvorasnitrocelulósicas, llamadas sin humos y también semicoloidales, abriendo laposibilidad de mandar y regular la combustión (graneando de diversas formasy añadiendo aditivos apropiados), propiciando un fuerte desarrollo de la Ba-lística Interior y de la ciencia polvorística.

Se llamó a esta pólvora B, en honor del general Boulange. Estaba for-mada por nitrocelulosas altas y bajas, a las que llamaba CP1 y CP2,y el di-solvente éter-alcohol. Después de más de 100 años, estas denominaciones B,CP1, CP2, siguen vigentes.

Las pólvoras B produjeron múltiples accidentes atribuibles a la faltade estabilidad de la nitrocelulosa, que se soslayaron brillantemente y enpoco tiempo.

La característica fundamental de las pólvoras de simple base es quetienen como único componente activo a las nitrocelulosas; al ser deficita-rias en oxígeno, estas pólvoras serán de potencial bajo.

El balance de oxígeno está en relación directa con el % N y éste enrelación inversa con la solubilidad.

Con nitrocelulosas de menos de 12,5% N, la solubilidad superaría el90%, aproximándose a obtener pólvoras de gelatinización total (de buenascualidades de textura, aspecto, etc.) .

Pero una solubilidad tan grande daría masas demasiado f luidas de po-tencial muy bajo, por lo que no se emplean prácticamente. Lo normal es lle-gar a un valor de % N del 13 al 13,6%; para ello hay que introducir fulmico-tones (CP1, según la denominación francesa), poco solubles y que no gelatini-zan con éter-alcohol.

Las pólvoras de simple base contienen una nitrocelulosa alta en N ybaja solubilidad, que no se disolverá y no gelatinizará, así como otra ni-trocelulosa baja en N y alta solubilidad, que se disolverá y gelatinizará.Por eso estas pólvoras de llaman de gelatinización parcial o semicoloides.

Variando nitrógenos, solubilidades, viscosidades, relación éter-alcohol, relacióndisolvente-nitrocelulosa, trabajomecánico en amasado, pren-sa, y en su caso, laminado, se tiene un amplio espectro de posibilidades. La

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elección de todos estos parámetros vendrá condicionada por la energía reque-rida y por las posibilidades de moldear satisfactoriamente el grano elegido.

Son pólvoras especialmente aptas para granos pequeños. Cilindros, ci-lindros mono y multiperforados, láminas, etc. se extruyen y se cortan confacilidad. En los granos grandes existe el inconveniente de que al pasar delestado pastoso nada más cortar el grano, al estado rígido, se producen alte-raciones importantes en la forma, que en la mayoría de los casos no son ad-misibles; no es así en los granos pequeños, en los que muchas de las citadasdeformaciones, son aceptables.

A medida que se iban desarrollando nuevos tipos de granos, se emplea-ron en todo tipo de armas, sin embargo, con el tiempo, han ido perdiendoaplicaciones con la aparición de nuevos productos.

Las de tamaño apto para cartuchería se siguen empleando aunque van ce-diendo terreno frente a las esferoidales. Las de tamaño apto para artilleríaestán en total desuso, pues con % N alto tiene poca gelatinización, y se re-tuercen mucho. Con % N bajo gelatinizan mejor, pero tienen poca energía. Losgranulados de tipo pequeño-medio se emplean como componente de las pólvorascoladas.

La pólvora de simple base queda con el disolvente residual difícil debajar de cierto límite. A lo largo del tiempo seguirá perdiendo disolvente,por lo que irán variando sus características balísticas. La perdida de di-solvente es mayor recién fabricada la pólvora, razón por la cual, las prue-bas y determinación de las características balísticas de una pólvora de sim-ple base (y por lo tanto, su entrada en servicio), no se realizan hasta quelleve, al menos, tres meses fabricada. Se considera que ese tiempo es nece-sario, no solo por la pérdida de disolvente, sino para que los granos ad-quieran la rigidez y textura definitiva.

4.2.3.2. Propulsores de doble base con dinitrotolueno.

Este grupo de pólvoras es conocido también como pólvoras de simple ba-se con disolvente, por lo que podría considerarse incluidas en el apartadoanterior, pero dadas sus características específicas se pueden estudiaraparte.

Las Pólvoras de simple base presentan una serie de inconvenientes, co-mo son: con alto % N tienen un grado de gelatinización pequeño, que se au-menta al disminuir el % N, pero en este caso tienen poco potencial. Ademásson algo higroscópicas.

Esto da como consecuencia que en fabricación de pólvoras para cañón(granos grandes) es muy difícil obtener granos libres de deformación, que noson aprovechables.

La industria se planteó la necesidad de mejorar el proceso de fabrica-ción, pero sin modificaciones sustanciales, de manera que siguieran siendoútiles las costosas instalaciones. Las soluciones se encaminaban hacia in-cluir en la mezcla algún agente plastificante o gelatinizante y reducir lahigroscopicidad.

Se han encontrado muchas soluciones. La más generalizada a nivel in-dustrial es:

- Nitrocelulosas altas en % N: 13,15 es lo normal.

- Dinitrotolueno: del 5 al 13%

- Ftalato de dibutilo: del 6 al 10%

- Difenilamina: del 1 al 1,5%

El dinitrotolueno empleado es un buen plastificante, además de ser unaaceptable base energética (de ahí el nombre de doble base). El ftalato dedibutilo es un buen gelatinizante.

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Las pólvoras para cañón, de doble base con dinitrotolueno, se conside-ran no hígroscópicas. Tienen una excelente plasticidad, lo que permite obte-ner granos con tolerancias estrechas y sin los problemas de deformación delas de simple base.

Las geometrías usuales son: cilindro monoperforado y cilindro con sie-te canales y cilindro con 19 canales.

Estas pólvoras tienen un empleo masivo en la artillería de campaña,siempre que no sea carga máxima. Se emplean también en cañones de calibremedio.

4.2.3.3. Propulsores de doble base con nitroglicerina.

En estas pólvoras se emplea, además de nitrocelulosa, nitroglicerinacon un porcentaje que puede variar entre el 5 y el 43%, en función directadel % N que contenga la nitrocelulosa, siendo necesario, además, emplear undisolvente para gelatinizar completamente a la nitrocelulosa, cuando es dealto contenido en nitrógeno con todo, esta pólvora no necesita largos trata-mientos de eliminación de disolvente, el secado es muy corto.

4.2.3.3.1 Propulsores de doble base sin disolvente (NSD).

Desde que en 1888 Nobel patentara la primera pólvora con nitrocelulosa(Balistíta), se han ido sucediendo productos similares en todos los países.Así en Inglaterra a estas pólvoras se las denominó Corditas, en Alemania elproceso se encaminó hacia pólvoras NSD en macarrón y en Estados Unidos encilindros de 7 canales.

Nobel ya había comprobado que a su dinamita la sobraba oxígeno y exu-daba. Posteriormente comprobó que la nitrocelulosa baja en N era totalmentegelatinizada por la nitroglicerina y extrapoló su idea a las pólvoras, a lasque llamó balistitas. Éstas demostraron que, como generaban gases muy ricosen CO, y la temperatura de llama era alta, producían un gran desgaste.

En España se ha fabricado una pólvora de este tipo, llamada alemán,por ser de allí su origen, caracterizada por no ser higroscópica, de masadura poca apta para granos pequeños, buena textura, se deforman poco y nonecesita secado. Una composición podría ser:

- Nitrocelulosa: 63,7%.

- Nitroglicerina: 29,3%.

- Etil-fenil-metano: 4% (estabilizante).

- Difenil-metano: 2’4% (estabilizante).

y otros aditivos.

Esta composición corresponde a la pólvora llamada típo 1 con nitroce-lulosa de 11,8% de N.

Variando el % de N, la proporción de nitroglicerina, el tipo y canti-dades de estabilizantes, gelatinizantes y/o plastifícantes, se logra un am-plio espectro de posibilidades.

Las pólvoras NSD tienen buenas estabilidades balística y química, pue-den emplearse recién fabricadas, no llevan tratamientos superficiales y elsecado es inexistente o ligero. Por la consistencia de la pasta son muy ade-cuadas para granos largos y gordos, no así para pequeñas dimensiones. Tienenla mala reputación de ser muy erosivas, hasta el punto de que hay quien re-comienda que no se empleen en cañones rayados, limitando su empleo a cohe-tes, cañones de ánima lisa y morteros.

En opinión de Manfredo Monforte Soler (autor de la bibliografía con-sultada) son imprescindibles en cañones de recámaras largas. Modificadas condi- o trinitro dietilenglicol (para disminuir su temperatura) y seleccionan-

4-8

do los aditivos, puede garantizarse que su empleo en gran número de cañonesrayados no solo sería posible, sino recomendable.

4.2.3.3.2 Propulsores de doble base con disolvente (NCD).

La nitrocelulosa de alto % N es difícil de hacerla gelatinizar, sinembargo es con la que se obtiene mayor potencial, con las desventajas de queal emplear mayor cantidad de nitroglicerina para gelatinizarla, resulta unapólvora más erosiva, y puede presentarse, en ciertas condiciones, exudaciónde la nitroglicerina. Por ello, se buscaron otras soluciones para conseguirgelatinizar la nitrocelulosa de alto % N.

Un procedimiento es mezclar nitrocelulosas de alto y bajo % N, de for-ma que la nitrocelulosa resultante es de un % N medio, quedando completamen-te gelatinizada la nitrocelulosa baja en N, pero no así la de alto. Esto queen un principio puede parecer un inconveniente, no lo es ya que la nitroce-lulosa que no gelatiniza facilita la ignición, comportándose las cargas deproyección de forma más homogénea y regular, y en la extrusión sus fibras nogelatinizadas se orientan en el sentido del prensado, formando un entramadoque da mayor resistencia mecánica al grano.

La solución más adoptada, es emplear disolventes que faciliten la so-lución de la nitroglicerina y la nitrocelulosa (cualquiera que sea su % N) yretirar el disolvente una vez gelatinizada la nitrocelulosa. Son las llama-das pólvoras NCD.

Una solución, encaminada en otra dirección, es la sustitución de lanitroglicerina por dinitrodietilengilcol, proceso empleado por los alemanesen la II Guerra Mundial. Las ventajas de emplear dinitrodietilenglicol son:muy baja temperatura de explosión, muy buen gelatinizante de la nitrocelulo-sa, más estable que la nitroglicerina y facilidad de fabricación. Es la fa-milia de las pólvoras didi. El principal inconveniente de estas pólvoras esque tienen bajo potencial, lo cual obliga a que las cargas de proyecciónequivalentes a las de pólvoras NCD, sea mayor, siendo imposible emplearlasen cafíones límite de carga única, pero encontrando muy buen resultado enobuses de campaña mientras no sea carga máxima.

Las aplicaciones de estas pólvoras son:

- Cartuchería: se han empleado y se continúa haciéndolo. se han susti-tuido en muchos casos por esferoidales, por lo que es una aplicaciónen declive.

- Cañones de campaña: su empleo se reduce a cargas medias. Las cargasmínimas son de simple base y las máximas de triple base.

- Cañones de carga única: tiene buena aplicación aunque en competenciacon las de triple base.

- Morteros: las NCD de alto contenido en nitroglicerina no tienen com-petencia.

4.2.3.4. Propulsores de triple base.

Estas pólvoras están constituidas por nitrocelulosa, nitroglicerina oun sustituto y una tercera base activa. Entre las empleadas y ensayadas comotercera base se encuentran: nitroguanidina, pentrita, mono y dinitronaftali-nas, nitraminas y el nitrato de polivinilo. De todas ellas la más importantees la nitroguanidina, hasta el punto de identificarse pólvoras de triple ba-se con pólvoras con nitroguanidina.

Serán éstas, las de nitroguanidina, a las únicas a las que haremos re-ferencia.

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El objetivo al agregar una tercera base es mejorar a las pólvoras dedoble base al disminuir su erosividad y llamarada. Su desarrollo tuvo lugarentre la I y II Guerra Mundial.

Un desarrollo con éxito fue alemán, como respuesta a la necesidad depólvoras de gran potencial y baja erosividad para el cañón 88/56. Aún así,dicho cañón fue proyectado con camisa intercambiable con facilidad. Se fa-bricaron pólvoras con dinitrodietilenglicol (en sustitución de la nitrogli-cerina) y nitroguanidína en grandes cantidades durante la II Guerra Mundial.

Las ventajas de añadir nitroguanidina, aparte de las ya reseñadas, sonque no deja residuos, no aumenta la producción de humos (como ocurre conotros antillamas) y su fabricación es sencilla. Por el contrario, presentados inconvenientes: por un lado la acidez, que da inestabilidad a la pólvora(problema ya superado); y por otro lado, la fragilidad que produce a losgranos, ya que es una sustancia cristalina que no es gelatinizante ni gela-tiniza. Este inconveniente se hizo patente durante el desarrollo de municio-nes para carro en el ejército norteamericano, durante la Guerra de Corea.

La composición de estas pólvoras es con nitrocelulosa y nitroglicerinaa partes iguales, lo que viene a ser la composición de una balistíta. Condisolvente cuando la nitrocelulosa es de alto % N y sin él cuando el % N esbajo. A esta mezcla se le añade una cantidad igual de nitroguanidina. Lacomposición tipo es, por tanto, 25-25-50.

Hay pólvoras de triple base que sustituyen la nitroglicerina por dini-troetilenglicol (pólvoras alemanas). En función de sus componentes, recibenlos nombres:

Pólvoras de triple base:

- Frías: con dinitroetilenglicol, % N de la nitrocelulosa menor de12,6 y porcentaje de nitroguanidina igual o superior a 45% .

- Semifrias: con dinitroetilenglicol, % N de la nitrocelulosa menor de12, 6% y porcentajes de nitroguanidina entre 30 y 45%.

- Refrígeradas: todas las demás que contengan nitroguanidina.

4.3. PÓLVORAS COLADAS.

Este procedimiento de fabricación está indicado para motores de pro-yectiles cohete, sobre todo en grandes calibres, en los que no se puedeprensar la pólvora.

Suelen ser pólvoras de doble base, de composición similar a las ex-truidas, pero conformadas según un procedimiento específico, que se puederesumir en dos fases:

a) obtención de un granulado de nitrocelulosa, que contiene los aditi-vos sólidos. Puede obtenerse este granulado mediante extrusión enhilos muy finos y posteriormente corte.

b) Incorporación al anterior granulado de la nitroglicerina con losplastificantes líquidos.

Para obtener la pólvora colada se pueden seguir dosprocedimientos:

1- Colocar el granulado de nitrocelulosa en el motor del cohete (o enun molde) e introducir por la parte inferior la nitroglicerina has-ta alcanzar el nivel superior del granulado.

2- Mezclar el granulado con la nitroglicerina y, después de la gelati-nización, proceder al colado en el motor del cohete o en un molde(método Slurrv custing).

Los problemas que plantea el proceso son de homogeneización de la mez-cla, ya que si hay nitrocelulosa de varios % N, la gelatinización no es ho-

4-10

mogénea, e incluso puede que la mezcla ya gelatinizada impida que la nitro-glicerina penetre al interior del granulado de nitrocelulosa.

Para solucionarlo, aparte de ajustar la velocidad de entrada de la ni-troglicerina, se recurre a la vibración del molde en el momento de la mezclay hasta que se endurezca.

Por otro lado, con este procedimiento se puede conformar un grano convarios bloques, bien en sentido longitudinal, bien uno dentro de otro, o in-cluso la posibilidad de mecanizar el grano para darle la forma correcta.

4.4. PCLVORAS COMPOSITAS.

La pólvora negra, mezcla de tres componentes, NO3K (oxidante), carbón(reductor) y azufre (como aglutinante), ha sido clasificada como pólvora he-terogéneo. A finales del siglo XIX se produjo el gran cambio en la fabrica-ción de pólvoras, pasando a contener cada una de las moléculas los componen-tes necesarios (combustible y comburente) ligados obligatoriamente.

Al cabo de un siglo (en el XX) vuelve a aparecer el concepto de pólvo-ras heterogéneas volviéndose a la unión del comburente y combustible a tra-vés de un aglutinante. Es precisamente en el campo de los aglutinantes donderadica el éxito de estas pólvoras. Al emplear moléculas orgánicas polimeri-zables se logra aglutinar el oxidante y el reductor en masas miscibles y so-lidi~ ficables con facilidad. Esto unido a la posibilidad de que combustibley comburente estén en partículas muy finas, permite que, dentro de la hete-rogeneidad de la mezcla, la unión entre ellos sea muy íntima.

Básicamente el proceso de fabricación se resume en: obtener una sus-tancia orgánica, preferiblemente líquida, a la que se le añaden pulverizadosel oxidante y el reductor, y se amasa bien. A continuación se hace polimeri-zar a la sustancia orgánica y endurecer, normalmente en el interior de unmolde. El producto final queda con textura y rigidez similar a la del cauchosemiduro.

Como sustancias oxidantes nos encontramos nitratos y percloratos. Comoreductores se emplea fundamentalmente el aluminio, aunque también se empleanel berilio, boro, circonio y litio. Entre los ligantes se encuentran el as-falto, la nitrocelulosa, el cloruro de polivinilo y los poliésteres.

Además de los tres componentes fundamentales, se pueden añadir todotipo de aditivos.

Su empleo fundamental es para motores de proyectiles cohete, pudiendohacerse granos de hasta 7.000 Kg, frente a los granos de 400 Kg de la pólvoracolada o los de 10 Kg. de las pólvoras extruidas.

4.5. LAS NUEVAS TENDENCIAS EN PROPULSION.

4.5.1. CARGAS DE PROYECCIÓN ACTUALES.

La carga de proyección está constituida por la pólvora o por las pól-voras que, introducidas en la recámara e iniciadas convenientemente, propor-cionan al proyectil la energía cinética necesaria para alcanzar el objetivoen las mejores condiciones. Para posibilitar su empleo ha de formar conotros componentes un conjunto. Estos son: cebo, recipiente y aditivos (anti-llama, descobreizantes, etc.).

En general las cargas de proyección tienen una sola pólvora de compo-sición y grano definidos. En algunos casos tienen dos pólvoras de composi-ción y/o grano diferentes. A estas últimas llamaremos cargas yuxtapuestas.

Cuando para un arma y proyectil dados, solo existe una velocidad ini-cial, hablamos de carga única, que es aquella que produce dicha velocidadinicial, que suele ser la máxima alcanzable para el diseño del arma y de sumunición, dentro de los límites de desgaste y seguridad.

4-11

Hablaremos, en cambio, de carga múltiple, cuando para un arma y pro-yectil determinados se dispone de una gama de velocidades iniciales. La pól-vora necesaria para producir cada una de las velocidades diferirá de lasrestantes en peso y/o en grano y/o en composición. A cada una de ellas lallamaremos carga.

Al artillero le interesa poder batir un objetivo con distintas trayec-torias y cambiar con rapidez de carga, por lo que la carga de proyección enlas armas de artillería, suele ser de carga múltiple.

En ninguno de los obuses existentes, antiguos o nuevos, es posiblecumplimentar su gama de velocidades iniciales con una sola pólvora. En gene-ral, emplean dos, y la mayoría, tres, de composiciones y graneo distintos.Basta ver un ejemplo.

El Obús de 155 mm. M-109 Al, tiene tres tipos de pólvoras distintos, que seagrupan en (figura 4.7):

- M-3 A1: en saquetes verdes, con la que se cubren 5 zonas1.

- M-4 A1: en saquetes blancos, con la que se cubren también 5 zonas,pero con alcances diferentes que las zonas de la carga M-3 A1.

- M-119: que va en un solo saquete, también de color blanco, con laque se cubre una sola zona.

1 La palabra zona equivale a carga. Así, para el Obús M-109 A1, la car-

ga verde (M-3 A1) tiene 5 saquetes con los que se pueden confeccionar desdela carga 1ª a la carga 5ª.

Figura 4.7

4-12

Las cargas antes citadas no pueden mezclarse entre sí, y según las ve-locidades iniciales que se quieren obtener, pueden confeccionarse las cargasde proyección que se especifican en el Cuadro 4.1:

Cuadro 4.12

La carga mínima, 1ª verde, solo se empleará en situaciones de emergen-cia durante el combate, ya que su funcionamiento es irregular, como conse-cuencia de la poca presión que se genera.

La carga máxima, 8ª, solo se empleará en combate y en caso de estrictanecesidad, debido al desgaste que origina.

Las cargas intermedias baten la zona que queda entre el máximo alcancede la carga mínima y el mínimo alcance de la carga máxima. Esto, en teoría,pues en la práctica para conseguir distintas trayectorias sobre un mismo ob-jetivo hay que solapar los límites inferior y superior de alcance de unacarga con los de las cargas contiguas. En el caso del ejemplo, se llega avalores de 60% de solape en alcances pequeños y no se baja del 30% en alcan-ces grandes.

Con todas estas premisas es prácticamente imposible cubrir toda la ga-ma de alcance con un solo tipo de pólvora, razón por la cual, se emplean eneste obús, hasta 3 pólvoras distintas.

4.5.2. CARGAS MODULARES.

En un arma de carga múltiple el polvorista tiene que tener muy encuenta:

a) Carga máxima: los valores de presión y velocidad inicial para cargamáxima vienen con unos límites de seguridad para evitar deformacio-nes o accidentes. En el diseño de un propulsor no deben sobrepasar-se dichos límites.

b) Carga mínima: la velocidad mínima debe garantizar que el proyectilno se detenga dentro del tubo y que los sistemas de apertura delcierre, que lleve asociados al retroceso, deben funcionar correcta-mente. A todo esto hay que añadir exigencias técnicas, como que esamisma carga mínima debe emplearse con otras cargas (2ª, 3ª, etc) .Por todo ello, salvo casos excepcionales, no se hará fuego con di-cha carga mínima.

2 Por alcance mínimo debe entenderse aquel cuya probabilidad de rebotes

es menor del 5%. En la práctica esto sucede cuando el ángulo de elevación esmayor de 270ºº.

4-13

c) Cargas intermedias: el polvorista fija un número de cargas interme-dias en función de las necesidades de la artilleríao. En la prácti-ca esto implica que los intervalos entre alcance máximo y mínimo decada carga y el incremento de velocidad inicial de una carga aotra, no siguen una variación lineal, sino que son totalmente arbi-trarios.

Sin embargo, resulta que, para un determinado incremento de peso depólvora, la presión y la velocidad inicial obtenidas sufren un incrementoproporcional al aumento de peso de la pólvora, además de forma lineal.

Las cargas modulares aprovechan dicha característica para, definiendoun incremento de peso de pólvora, aumentar la presión y velocidad de formalineal conforme aumentamos de forma constante el peso de la carga de proyec-ción. Ese aumento de peso, siempre constante, es lo que se llama módulo.Dentro de dicho incremento de peso, cualquier módulo serviría para tirar enla zona 1, dos módulos tirarían en la zona 2 y así sucesivamente.

Solapamientos del 10 al 20% son factibles con cargas modulares. Elúnico problema se presentaría entre las cargas 1 y 2, lo cual se soluciona,reduciendo a la mitad el valor del módulo, con lo que en la zona 1 se tira-ría con dos módulos, en la zona 2 con tres, en la 3 con cuatro, y así suce-sivamente.

El problema de la carga máxima, donde es probable que no se llegue aaumentos de presión y velocidad de forma lineal respecto al peso de la car-ga, no es importante. En efecto, las cargas máximas tienen un empleo muyrestringido por los problemas de erosión y tormento que producen, por lo queel sistema de cargas modulares acepta que existan cargas independientes, queson las cargas máximas actuales, que se suministren de forma separada, locual no complica en exceso la cadena logística de municionamiento, porque sunúmero será reducido.

Cualquier módulo (figura 4.8) de una cargamodular se compone de una carga solidificada (1)dentro de un recipiente combustible (3), que le darigidez y permite unir unos módulos a otros para formar la carga completa. Dentro de cada módulo hayun cebo de culote (2) y un cebo axial (4).

Las ventajas respecto a las cargas de proyec-ción convencionales son:

- La rigidez, que facilita su almacenamiento,transporte, manejo, y admiten todo tipo desistemas automáticos de carga.

- El envase combustible impide durante la ma-yor parte del ciclo del disparo la transmi-sión del calor al tubo. La cadencia podráser superior.

- La carga no se deforma en el momento de ladeflagración.

- No existe pólvora excedente (no hay quequemar saquetes después de los ejerciciosde tiro).

- Los tarados de cargas modulares ahorran un30%.

- En tiempo de paz, serían las únicas cargasque emplearían los obuses, reduciendo con-siderablemente los costes.

La principal desventaja (si es que puede llamarse así) , es que habríaque construir nuevas tablas de tiro, lo cual en la era de la informática nosupone un esfuerzo considerable.

1 1

2

3

3

4

Figura 4.8

4-14

4.5.3. PROPULSORES DE ALTO EXPLOSIVO.

Los propulsantes sólidos, iniciados con la pólvora negra y continuadoscon las pólvoras nitrocelulósicas, han experimentado en sus casi cien añosde vida, profundos cambios y mejoras por medio de componentes y aditivos ac-tivos e inactivos, procesos de fabricación, etc. No obstante, la propia na-turaleza del producto ha implicado siempre serios problemas que han sidoconsiderados insuperables o, por lo menos, inmejorables en la medida desea-ble. Los principales problemas se pueden agrupar en:

- Vulnerabilidad.

- Prestaciones.

- Residuos.

- Llama.

- Erosión.

- Regularidad.

- Estabilidad.

- Logística.

La evolución de las pólvoras nitrocelulásicas, aunque notable, no per-mite esperar avances significativos en los problemas principales. Por ello,desde hace varios años, se viene trabajando intensamente en soluciones al-ternativas. De entre ellas destacamos:

- mejora de la vulnerabilidad, que conduce a las pólvoras LOVA.

- mejora de las prestaciones, que ha llevado a las pólvoras HP.

Ambas son propulsantes sólidos, y su implantación se basa en la posi-bilidad de su utilización en las armas hoy en servicio. un cambio más drás-tico, que exige profundas modificaciones en las armas, se orienta a los pro-pulsores líquidos y a la propulsión electromagnética, tratados en el aparta-do 4.5.4. y 4.S.S.

4.5.3.1. Pólvoras LOVA.

La palabra se forma de las iniciales de su denominación inglesa Lowvulnerabílity Ammunítion. Su objetivo es conseguir pólvoras de menor vulne-rabilidad que las convencionales, pero manteniendo, en lo posible, las mis-mas prestaciones.

Es de destacar que, paralelamente a las pólvoras LOVA., existen estu-dios para conseguir explosivos de baja sensibilidad, que forman junto a es-tas pólvoras, las municiones de baja sensibilidad, mal llamadas también, mu-niciones insensibles.

La baja vulnerabilidad de las pólvoras LOVA. tiene por f inalidad quelas acciones del enemigo no se aprovechen del efecto multiplicador de nues-tras municiones. Este hecho es crítico en carros de combate, donde se hanideado dispositivos para preservar a la tripulación de la explosión y/o deflegración de los proyectiles y cargas de proyección, respectivamente.

Durante las guerras árabe-israelíes de 1967 y 1973, se comprobó dichaamenaza. El impacto sobre un carro de combate solía traer consigo la defla-gración de la totalidad del propulsante nitrocelulósico. El fuego y el calorconsiguientes eran los causantes más importantes del daño producido al ca-rro.

Al margen de nuevos diseños de carros de combate, para aislar los de-pósitos de munición de los sirvientes, se hicieron ensayos de vulnerabilidad

4-15

con propulsantes, que permitieron formular los requisitos fundamentales deuna pólvora de baja vulnerabilidad:

- Baja velocidad de combustión a presión atmosférica.

- Alta temperatura de ignición: resistencia a la ignición conductivapor partículas metálicas calientes (metralla, trozos de coraza,etc.).

Para conseguir dichos requisitos fue necesario modificar por completola composición de los propulsantes convencionales. La composición propuestapara propulsantes LOVA se basó en nitroaminas (exógeno y octógeno) y en unligante inerte.

La nitroamina se eligió por su poder energético y su insensibilidad.Se ha reducido el empleo de octógeno, pues resulta muy caro y solo aportaligeras mejorías respecto al exógeno.

El ligante no solo ejerce una acción aglutinante de los cristales dela nítramina, sino que desempeña otro papel de enorme importancia: controlala vulnerabilidad. Si es endotérmico en su descomposición, tendrá mayor re-sistencia a la ignición conductiva.

4.5.3.2. Pólvoras HP.

Su nombre viene de las iniciales inglesas High Performance Propellant.Se han desarrollado para sustituir a las pólvoras nitrocelulósicas de altopoder, sin producir su erosión. Concretamente a las Cordítas (alto contenidode nitroglicerina y nitrocelulosa de alto % N), que son las de mayor poderenergético, sin embargo, producen una erosión, en general, prohibitiva.

El parámetro a modificar es la temperatura de la explosión, disminu-yéndolo. Esto ya se había conseguido con pólvoras de triple base, e inclusomejorado sustituyendo la nitroglicerina por dinitrodietilenglicol. Sin em-bargo con todas estas composiciones, se disminuye de manera apreciable elpoder energético de las pólvoras, respecto de las corditas, sin llegar a al-canzar sus prestaciones.

Para el desarrollo de las pólvoras HP. se ha buscado un cuerpo de lafamilia de la nitroguanidina caracterizado por dar un gran volumen de gasescon temperatura de combustión baja. El producto por el momento, más idóneo,es el TAGN (Triamino Guanidina Nitrato) de fórmula:

aunque puede estimarse que, dadas las grandes ramificaciones de la familiade la nitroguanidina, se encuentren pronto otros productos.

Una posible composición de estas pólvoras sería:

- TAGN: 45%

- Exógeno: 30%

- Nitrocelulosa: 20%

Hay autores que citan esta composición como sustituto de la pólvora dedoble base de la munición del cañón de 30 mm. del avión A-10 Thunderbolt.

4-16

4.5.4. PROPULSORES LÍQUIDOS (PL.).

Los estudios sobre propulsores líquidos y electromagnéticos,tienen unahistoria de más de 40 años con resultados cada vez más seguros y esperanza-dores, siendo los cañones de propulsión líquida los que parece que alcanza-rán mayores prestaciones.

Los cañones con PL consisten, en esencia, en sustituir los propulsoressólídos por propulsores líquidos. Para llevar a cabo dicha sustitución hanaparecido muchas posibilidades que implican modificaciones grandes y peque-ñas en tubo, cierre, carga, encendido, filosofía de diseño y un largo etc.

Aunque hay muchos modelos, el funcionamiento de un cañón de carga lí-quida seguirá la siguiente secuencia (figura 4.9):

Figura 4.9

- Llenado de la recámara.

- Iniciación.

- Desarrollo de cavidad.

- Mezcla y combustión intensa.

Interesa destacar:

- Que la recámara puede estar llena.

- La iniciación produce una cavidad que irá aumentando.

- Siendo los líquidos incomprensibles, todo incremento de presiónactúa inmediatamente sobre el culote del proyectil.

- El líquido queda envolviendo la recámara.

- El calor transferido al tubo tiene menos tiempo de transferen-cia.

Propulsor Proyectil Iniciador

A) LLENADO B) INICIACION

C) DESARROLLO DE LACAVIDAD DE TAYLOR

D) COMBUSTION

4-17

- La erosión será baja.

- No hay partículas sólidas.

4.5.4.1. Posibilidades que ofrece la carga líquida.

El PL. estará constituido por una sola mezcla de productos oxidantes yreductores, o bien, por dos mezclas, una con productos oxidantes, y otra conproductos reductores. En el caso de dos mezclas se unirán en el proceso decarga.

En vez de la terminología oxidante-reductor, en muchos casos empleare-mos la de combustible-comburente mucho más aplicable a nuestro caso.

En principio hay miles de cuerpos inorgánicos y sobre todo orgánicos sus-ceptibles de formar PL. Cuando la necesidad nos fije límites en las mezclasde viscosidad, punto de solidificación, estabilidad, sensibilidad, potencia,etc., el número de compuestos disminuirá a unas pocas decenas, y si los lí-mites son muy estrictos, las combinaciones posibles serán muy pocas y su de-finición habrá exigido un largo proceso investígativo. Por el tiempo y costede este proceso, el número de mezclas experimentadas es relativamente peque-ño. En muchos desarrollos efectuados, persiguiendo fines diversos se ha de-terminado la mezcla óptima y han preferido emplear mezclas ya conocidas. Eneste campo queda un largo camino que recorrer.

Podemos clasificar los PL en dos tipos:

- Monopropulsores: son compuestos que reaccionan por sí solos, sin sernecesaria la adición de otro compuesto. Por esto, es más sencillo sumanejo y simplifica el sistema de carga y el cañón, pero si son ini-ciados por causas no voluntarias, como un disparo enemigo, puedenreaccionar con violencia.

- Bipropulsores: son los propulsores formados por dos compuestos iner-tes o casi inertes por sí solos, que se transportan por separado ysolamente se les combina en la recámara, para impulsar al proyectil.Existen dos tipos, a saber:

- Hipergólicos: los que reaccionan al entrar en contacto entre sí,y que por lo tanto, no necesitan de iniciación.

- No hipergólicos: los que requieren un aporte energético inicialpara reaccionar (una iniciación). Tienen la ventaja de proporcio-nar una mayor seguridad de manejo y ante accidentes, puesto quecada uno de ellos por separado no reacciona, o no lo hace conviolencia.

4.5.4.2. Comparación entre Propulsor sólido y líquido.

En las consideraciones siguientes hemos valorado con números la compa-ración entre propulsor sólido (PS) y propulsor líquido (PL). No debe tomarsecomo una relación exacta, sino a título orientativo.

A) Desgaste: En la combustión de un PL no hay partículas sólidas. El tiem-po que los gases y la llama están en contacto con las paredes metálicases menor que en un PS.

Una carga PL. trabaja, para la misma velocidad que una PS., amenores presiones y temperaturas de llama. Por todo ello eldesgaste conPL. será menor que con PS.

Le asignamos una valoración de 5 a 1. Lo que querría decir quesi un cañón PS tiene una vida útil probable de 2000 disparos equivalen-tes (EFC), para el mismo cañón con PL, la vida probable sería de 10000.

4-18

B) Vulnerabilidad: En los bipropulsores, que son los más interesantes deestudiar, uno de los compuestos puede considerarse inerte, y el otro deefectos muy bajos sin la presencia del compuesto antagónico.Por ello, la vulnerabilidad propia: estabilidad química, sensibilidada roce, chispa, choque, etc., puede ser bajísima.

Los depósitos contenedores pueden ubicarse con protecciones ade-cuadas y podrá preservarse de la acción del enemigo, que, aunque logra-se destruir nuestros propulsores, no será causa de destrucción del con-junto.

La valoración de vulnerabilidad puede estimarse en 100 a 1, paraPL en aviones, carros, piezas ATP. o de costa; y de 30 a 1 en artille-ría remolcada.

C) Cadencia: El calor de combustión de un PL puede ser inferior a un PS,la temperatura de llama es menor y el tiempo de contacto de la masa ca-liente con las paredes del tubo es menor, por todo ello:

- La cadencia de iniciación (aquella al cabo de la cual la pieza haadquirido la cantidad de calor crítica para el siguiente disparo)con un PL puede ser muy superior. Lo valoraremos de 3 a 1.

- La cadencia de funcionamiento o régimen (aquella que puede mantener-se durante un largo tiempo al producirse un equilibrio entre caloresabsorbidos y evacuados) , también será mayor. Lo valoraremos de 2 a1.

- La cadencia operativo (la máxima conseguible en función de las ope-raciones de carga, puntería, etc) de un PL puede ser difícil de su-perar frente a los PS de carga automática. La principal ventaja delos PL es que se cambia de carga con solo dosificar convenientementela cantidad de mezcla que se introduce en la recámara, sin tener quemanipular diversos saquetes o medidas. Puede ser superior en estecaso de 1,3 a 1.

D) Logística: Los PL se transportarán con tuberías y bombas desde los de-pósitos de primer escalón a las armas. Del 29 al 12 escalón en cister-nas o también en tuberías y bomba. Cabe pensar en depósitos que puedenalimentar a varias armas.

Si pensamos en las actuales santabárbaras de los barcos, o en los co-rredores y ascensores de las fortificaciones fijas, o en el pequeño es-pacio disponible en los carros de combate o piezas ATP. las ventajaslogísticas son trascendentales.

También es previsible que las dotaciones para los diversos escalonesde municionamiento puedan doblarse.

En nuevos proyectos de carros, piezas ATP., barcos, artillería de cos-ta, la ganancia de espacios, ahorro económico y gastos de mantenimien-to, sería muy grande. Valoraremos los PL superiores a los PS, 60 a 1.

E) Características de los PL:

- Densidad real. Se puede superar el l,5.

- Densidad de carga. Se puede superar el 0,98. Esta cualidad, juntocon la anterior, equivale a decir que a iguales recámaras, los PLcontendrán mayor peso de materia activa que los PS, en una rela-ción 1,1 a 1.

- Energía. Los PL pueden ser de combustión completa o muy próximosa ella, la energía actualizada será mayor. Parece factible llegara 1400 J (con temperaturas de llama inferiores a 2200º K). PL su-periores de 1,2 a 1.

4-19

- velocidad de combustión. Este es un tema extraordinariamente com-plejo y del que no puede informarse mucho por no estar bien estu-diado al día de hoy; se evidencia que el proceso de combustión estotalmente distinto al de los PS y que en él inciden decisivamen-te el número de burbujas gas-vapor y su tamaño, turbulencia, pre-sión, temperatura, etc.En el proceso de combustión de los PL, la velocidad de combustióntiene mucha menos importancia que en los procesos con PS, debidoentre otras cosas, a dos causas:

Figura 4. 10

• De un modo simplista podemos asimilar la combustión de un PL,figura 4.10, a la de un macarrón PS quemando de dentro aafuera.

• Como veremos, existe la posibilidad de seguir inyectando PLdurante el proceso del disparo, lo que equivale a decir quedurante éste podemos regular la energía aportada y lavelocidad de combustión a lo largo de la misma.

- Podemos tener en nuestra mano la programación de la progresividadreal, lo que en nuestra opinión es la cualidad más sobresalientede los PL.

Para entender mejor la importancia de lo anterior supongamos quefuera posible hacer en un cañón PS lo siguiente:

Es evidente que la presión máxima sería mucho menor y la energíaen boca mucho mayor que en un disparo normal.Esta posibilidad,totalmente inviable con las PS, está en nuestras manos si traba-jamos con PL. PL superior a PS, relación lo a 1.

- Fiabilidad. LOS PS están muy experimentados y son totalmentefiables de +600 a -400. En las experiencias conocidas con PL hanocurrido autoencendidos, detonaciones, etc. Su fiabilidad actuales pobre. PL inferiores a PS de 0,1 a 1.

F) Curva de presiones: La posibilidad de regular la mezcla y el controlde la progresividad real permite asegurar (comparando con PS) que aigual energía en el proyectil, la presión máxima será mucho menor; yque a igual presión máxima, el área de la curva P-Espacio puede llegara ser el doble o incluso más.Quedan abiertos inmensos campos de inves-

4-20

tigación, sobre el proyectil, el órgano elástico, el perfil de tubo,el cierre, la recámara, la alimentación, etc.

G) Gases producidos: Con PL son previsibles muchas menos llamaradas y hu-mo en boca (lo que aumenta la protección contra las vistas del enemi-go), así como menor proporción de gases nocivos e irritantes al abrirel cierre.

A continuación exponemos la clasificación de los cañones PL en tipos.

Nos hemos limitado a los modelos de los que existen prototipos y hansido experimentados en menor o mayor proporción.

Hay otros muchos modelos patentados en los que no nos consta que existanprototipos. Esta omisión no modificaría la clasificación pues pueden formarparte de uno de los dos tipos.

4.5.4.3. Carga compacta o en masa.

Se incluyen en este grupo los tipos en los que el PL se introduce en larecámara con contenedor o inyectado y empuje o no al proyectil, pero que secaracteriza porque tienen una funcionalidad similar a las PS. Un iniciadoreléctrico o tipo estopín inicia la reacción y la combustión de la carga tie-ne lugar en función de sus propiedades.

- Carga compacta propiamente dicha. Figura 4. 11. Por dos tuberías seinyectan las mezclas propulsaras debidamente dosif icadas. La mezclallena la recámara o la llena después de hacer avanzar al proyectilhasta su posición inicial. Se bloquean las tuberías de entrada delpropulsor, detalle no representado en la figura. La mezcla queda en larecámara con una turbulencia función del régimen de entrada y deltiempo transcurrido entre completar el llenado y el disparo.

Figura 4. 11

En 4.11.b se representa la iniciación cualquiera que sea el sis-tema empleado. Comienza la combustión de la carga formándose una cavi-dad en las inmediaciones del iniciador. la presión se va transmitiendoinstantáneamente a todas las paredes incluido el culote del proyectil.

En 4.11.C la cavidad (llamada de Taylor) ha aumentado,con vio-lenta interacción entre las fases líquida y gaseosa .En 4.11.d la ca-vidad ocupa casi toda la recámara, quedando una película líquida enlas paredes.

Propulsor Proyectil Iniciador

A) LLENADO B) INICIACION

C) DESARROLLO DE LACAVIDAD DE TAYLOR

D) COMBUSTION

4-21

- Carga compacta con pseudovaína. Figuras 4.12.a y 4.12.b. La municiónestá formada por el proyectil (10) y una vaina (11) engarzada conapriete mínimo. La vaina tiene una serie de orificios (112).

Figura 4.12.a

La figura 4.12.a nos muestra la posición inicial cuando empiezaa inyectarse la mezcla por (16). La figura 4.12.b, la posición final,en la que el proyectil está en posición de disparo, se ha separado dela vaina y se han bloqueado los conductos de inyección de mezcla. Elrégimen del proceso de combustión es totalmente similar al caso ante-rior.

Figura 4.12.b

La pseudovaina lleva el iniciador (20) eléctrico o de percusióny colabora en la obturación. La vaina se extrae mediante la uña ex-tractora (13). El proyectil debe llevar una banda (101 y 102) de for-zamiento (para evitar el paso del propulsor a la parte delantera) y larecámara tiene un obturador (111). El volumen de recámara es (18).

- Carga compacta viajera. Figura 4.13. ES un método muy ingenioso, aun-que de resultados prácticos dudosos: se introduce el proyectil y acontinuación un cuerpo de revolución llamado generador de cavidad demenor diámetro que la recámara y cuya sección se representa en la fi-gura.

En la posición inicial el espacio I es muy pequeño, el II estácasi pegado a la culata y el proyectil ya atacado o tocando al II.

Al inyectar la mezcla, ésta llena toda la recámara a un lado y aotro del generador de cavidad llevando al proyectil a su posición dedisparo (si no estaba atacado).

4-22

Figura 4.13

Se inicia el fuego igual que en los casos anteriores. La mezclareacciona solo en la zona I. Se produce la cavidad de Taylor y la presiónse transmite al culote del proyectil, cuando éste empieza a avanzar, elgenerador II y la mezcla de la zona III va entrando en el ánima.

La cavidad de Taylor va agrandándose y cuando desborde al gene-rador, la zona III toma fuego anularmente.

En un principio, cuando ya hay algo de presión en la zona I, elproyectil no se ha movido, el generador comprime la zona III y parte dellíquido entra en la I. Cuando el proyectil se mueve, va dejando espaciolibre, el generador se verá trasladado hacia la derecha y gran parte dela mezcla III estará en el ánima.

El proceso actúa en una fase breve, como de tiporegenerativo,después actúa como sí fueran cargas yuxtapuestas, pero con buena partede la carga en el ánima.

- Carga en plasma o termoeléctrica. La parte mecánica de este tipo decañón tiene el mismo esquema funcional que el del tipo de carga com-pacta propiamente dicha.

Una vez cargado se somete a la carga a una descarga eléctrica deelevada intensidad, lo que produce una fuerte elevación de temperaturaen la carga y su transformación en plasma3 . Esta descarga se logra me-diante una batería decondensadores asociada y conexionado al cañón,con un rendimiento energético de 5 a 10 Mjulios.

La carga está constituida por un hidrocarburo y peróxido de hi-drógeno. Se consigue que el pico de presión se mantenga un tiempo, de-pendiendo este tiempo de la intensidad del impulso inicial.

3 El estado de plasma es una especie de gas (pero viscoso, como si

fuese un fluido) a elevadísima temperatura, en el que existe una nubeeléctrica que contiene, prácticamente, el mismo número de electrones que deiones positivos, dibido a la ruptura de la estructura electrónica de losátomas. Es un buen conductor eléctrico.

Generador de cavidad

Combustion Carga liquida

Estopin

Zona IZona II

Zona III

4-23

El aperillaje eléctrico necesario es voluminoso, pesado, caro,pero es aproximadamente 1/3 del necesario para un cañón electromagné-tico.

4.5.4.4. Carga regenerativa.

Se incluyen en este grupo los cafíones que utilizan dos recámaras co-municadas. La combustión se realiza en una de ellas a la que va pasando lamezcla contenida en la otra, regenerándose la mezcla durante el proceso.

- De pistón simple con orificios circulares. Figura 4.14. El pistón(7) deslizante a través del cierre (9), divide la recámara en dospartes (5 y 10).

Figura 4.14

La figura representa la posición inicial de carga. Por (1) seintroduce la mezcla de la recámara (10) y, por los agujeros (3) enla cabeza del pistón, se llena también la recámara (5).

Por (2) se provoca la iniciación en la recámara de combustión(5).

La presión que se va generando en 5, actuando sobre la cabezadel pistón, obliga a éste a desplazarse hacia la izquierda compri-miendo la mezcla contenida en (10), que se ve obligada a entrar enla cámara de combustión (5) , a través de los agujeros (3), alimen-tándose de este modo la combustión de mezcla.

Otra modalidad de este tipo es sellar los agujeros (3), conun sellante que a determinada presión deje libres los agujeros. Coneste sistema se consigue que la combustión en la cámara (5) alcancevalores más altos de presión antes de que el émbolo se pueda moverhacia la izquierda.

- De pistón simple con abertura anular, Figura 4.15. Solidario delcierre, existe un vástago central (4), fijo con el perfil represen-tado.

Existe un pistón móvil, anular, cuya cabeza es (2) y elvásta-go (6).

La nota (7) hay que entenderla como que es el mismo pistón(2) y por tanto, siempre está a la misma altura que (2).

Lo que se esquematiza es que el pistón (representado arriba),en posición (2), está en disposición para iniciar el disparo y enposición (7) representado abajo, al final del disparo.

1 2

3 45

6

7

8

109

4-24

La recámara queda dividida en dos partes (3 y l). Ambas sellenan de mezcla. La iniciación se produce en (1). Al aumentar lapresión el émbolo móvil se desplaza hacia la izquierda haciendo pe-netrar la mezcla contenida en (3), a la cámara de combustión (1).

Figura 4-15

El perfil del vástago fijo (4), va variando la abertura depaso por lo que a cada perf il corresponde una ley de aportación dela cámara (3) a la (1).

Al haber piezas móviles a presiones altas, los anillos obtu-radores o sellantes (5) son unos de los puntos importantes del sis-tema.

- De doble pistón. Un pistón de vástago anular tiene una cabeza o ém-bolo. El vástago y la cabeza dividen la recámara en tres partes: uncompartimento actuará como cámara de combustión produciéndose enella la iniciación. Al subir la presión, el émbolo se desplaza ha-ciendo pasar los contenidos de las otras dos cámaras a través deunos orificios a la cámara de combustión.

4.5.4.5. Problemas que presentan las cargas líquidas.

A lo largo de más de cuarenta años nos encontramos con líneas de I+Den varios países basados en criterios distintos; con unas, se ha llegado aun grado avanzado de experimentación, otras son ideas más o menos brillan-tes.

Vamos a hacer una exposición de los problemas que con carácter generalse presentan en los desarrollos de cafíones PL. La relación de estos proble-mas con coste, tiempo, calidad, seguridad, prestaciones, fiabilidad han pro-ducido que muchas líneas de desarrollo se hayan tenido que simplificar y nopueden tomarse más que como orientativas.

A) Composición de las mezclas: Elegida una mezcla, hay que determinar: to-lerancias en composición y determinaciones analíticas, constantes físi-co-químicas, estabilidad, influencia de tiempo y temperatura, corrosióna los materiales que se suponga que se pondrá en contacto, poder energé-tico, compresibilidad, condiciones de encendido y de autoencendido; bur-bujas de gas-vapor y tamaño en influencia de las mismas en su conducta.

Para elegir la mezcla y llegar a su composición definitiva hay quehorquillar varias composiciones, repitiendo cada vez todas las medicio-nes citadas.

5

6

4

5

7

3

3

1

2

4-25

El coste I+D de elegir una mezcla es suficientemente alto como pa-ra que muchos investigadores hayan preferido emplear mezclas ya conoci-das a sabiendas que no son óptimas, por lo que el número de mezclas ex-perimentadas es pequeño.

B) Introducción de la mezcla:

- Turbulencias. En todas las experiencias realizadas haquedado demos-trado que la turbulencia de la mezcla tiene influencia decisiva ensu conducta.

La velocidad y la zona de introducción son críticas, en lossistemas de inyección.

Experimentar distintos modos, zonas donde introducirlas mez-clas así como la tolerancia adecuada, exige muchas experiencias ymodificaciones mayores o menores en los prototipos. Optimizarlocuesta un dinero importante.

- Balística interior. Se dispone de muchos trabajos de balística in-terior con PL, pudiendo decirse que ya existe rudimentariamente unabalística interior "propia". Todas las experiencias hechas indicanque a cada mezcla, turbulencia y compresibilidad, se producen sen-sibles diferencias balísticas.

Al carecer de un cuerpo de doctrina fiable, en cada desarro-llo hay que experimentar más de lo que sería conveniente con reper-cusiones en plazo y costes.

Hay tanta gente trabajando sobre balística PL, que vaticina-mos que a corto plazo dispondremos de doctrina fiable.

- Regularidad. Es el punto más negro de todos los desarrollos. Conse-guir velocidades para las que el error probable correspondiente alos alcances sea menor de 0, 3% del alcance no se ha conseguidohasta la fecha.

Los errores probables son tan altos que parece que no puedanatribuirse únicamente a la presión en boca. Excesivas anormalidadesen autoencendido y pseudodetonaciones indican que el proceso no es-tá bien controlado.

- Estanqueidad. En muchos desarrollos existen conjuntos con movilidadentre ellos y que tienen que tener estanqueidad. Conseguirla a al-tas presiones no es tarea sencilla. El estado actual de la técnicay que se haya conseguido en varios prototipos, nos hace que consi-deremos este problema como secundario.

- Bombas inyectoras. Dosificar mezclas con precisión para garantizarla regularidad balística es un problema importante. No le damos ma-yor importancia por las mismas consideraciones hechas en el puntoanterior.

- Mediciones. Las mediciones durante las experiencias, sobre todo siponemos ventanas para observar la combustión nos llevarán fácilmen-te a un aperillaje complicado y caro, tanto por adquisición comopersonal especializado capaz de conseguir resultados concordantes.

- Cañón, recámara y proyectil. Por tiempo, coste y las muchas modifi-caciones que se deben introducir durante el desarrollo en los pro-totipos, el diseño y ejecución del cañón, recámara y proyectil soncon mucho el gasto de mayor influencia en el total. Por ello, mu-chos desarrollos emplean cafiones existentes haciéndoles el menornúmero posible de modificaciones. Es evidente que a menor calibremenores costos.

En el supuesto de que hubiese que desarrollar un arma PL, da-mos a continuación algunas ideas fundamentales:

4-26

• El diseño del proyectil ha de modificarse para adaptarse alas diferentes presiones y aceleraciones dentro del tubo y asu velocidad inicial una vez que lo abandona (puede llegarsea velocidades de 3500 m/seg).

• Si el proyectil hay que atacarlo antes de introducir la car-ga, la cadencia no será alta.

• Si el líquido inyectado, por su presión, ha de hacer avanzaral proyectil hasta su posición inicial, a este habrá que do-tarlo de un anillo obturador y para que sea viable convendráque la relación de diámetros recámara-ánima se aproxime a 1.

• El diseño del tubo, recámara y cierre habrán de basarse enlas directrices deseadas. Espesores, volúmenes y pesos ten-drán profundas variaciones respecto a los convencionales.

• Los frenos de boca y órganos elásticos habrá que modificarlosposiblemente hasta en su concepción.

4.5.4.6. Resultados alcanzados.

No existen experiencias sobre un conjunto optimizado, sino que todasestán realizadas sobre armas y municiones existentes más o menos modifica-das.

Destaquemos lo que estimamos como los tres puntos más importantes.

A) velocidad-presi6n: En 30 mm. con doble pistón regenerativo se llegaa 3100 m/seg. En 155 (M-198) con proyectil de 47 Kg.se llega a:

-1050 m/seg con monopropulsor.

-1200 m/seg con bipropulsor.

-1250 m/seg con plasma; con alcances entre 50 y 60 Km.

B) Cadencia:

- En el programa AFAS (Advanced Fíeld Artillery System), una delas prescripciones es que una sola pieza sea capaz de situarcuatro disparos al mismo tiempo sobre un blanco.

- Esta prescripción se cumple e incluso en un intervalo del 75%del alcance, se llega a 8 disparos simultáneos.

- En campaña pueden garantizarse cadencias máximas de 20 disparosen el primer minuto.

- En plasma no pueden pasarse, de momento, de 3 disparos por minu-to.

- En calibres medios se sobrepasan los 1500 m/seg.

C) Zonas: Con una informatizaci6n y programa adecuado es posiblevariar de forma continua o con los saltos que se deseen la cantidadde mezcla en la recámara. Puede pues, hablarse de cambio de zonasin manipulación de cargas, o bien de una variación continua decargas a las que corresponderá una variación continua de velocidad.

En los cañones de plasma, se puede conseguir este mismo efec-to simplemente variando la descarga eléctrica aplicada.

4.5.4.7. Conclusiones.

Se lleva más de 40 años investigando. En la década de los 90 se esperallegar a resultados operativos.

4-27

Los cambios afectan no solo a la técnica, sino también a la organiza-ción y doctrina de empleo de la Artillería.

4.5.5. CAÑONES ELECTROMAGNÉTICOS.

El desarrollo actual de los cañones electromagnéticos se debe a lasposibilidades que presentan, frente a los cañones convencionales, de alcan-zar mayores velocidades iniciales. Frente a los 1.600 m/seg de los actualescañones, se espera alcanzar velocidades de 2.500 a 4.000 m/seg. Incluso enestudios teóricos, se ha especulado, dentro de la tecnología de los acelera-dores electromagnéticos, con el posible uso de velocidades de 11.000 m/segpara efectuar lanzamientos orbitales.

El diseño de un cañón electromagnético está fuertemente condicionadopor el diseño de su fuente de alimentación, con la capacidad suficiente dealmacenaje de energía, así como los sistemas de conmutación de esa energíaal cañón. La idea del cañón electromagnético es antigua, pero no se ha podi-do realizar hasta el presente debido precisamente al diseño de la fuente dealimentación.

Todos ellos utilizan electricidad como fuente de energía, pero la for-ma en que esta energía es transferida al proyectil es diferente según el ti-po de cañón. A nivel mundial nos encontramos en un momento de desarrollo enel que se están estudiando casi todas las formas imaginables de realizar uncañón electromagnético. Algunos desarrollos están más avanzados que otros,pero esta circunstancia no es suficiente como para poder prever en el momen-to actual cuál va a ser la solución idónea en la que converjan, en un futu-ro, las tan dispares soluciones que se ensayan hoy en día.

Una clasificación puede ser la siguiente:

4.5.5.1. Cañones electrotérmicos.

Su principio de funcionamiento está detallado en la figura 4.17. Ha-ciendo saltar un arco eléctrico entre dos electrodos, se genera plasma a al-ta presión, debida al calentamiento, que acelera el proyectil en un tubo decafí6n convencional. El problema de diseño de los electrodos y de la formadel impulso eléctrico de encendido, es conseguir durante el mayor tiempo po-sible una presión constante. Se utiliza polietileno como material a partirdel cual se genera el plasma y un f luido de propulsión, como el agua, colo-cado entre el plasma y el proyectil. Una versión híbrida es la que combinaademás la reacción química entre el plasma y la sustancia propulsara.

Figura 4.17

Existen prototipos funcionales que alcanzan velocidades de hasta 3.000m/seg con masas del orden de centenares de gramos.

Plasma Proyectil

TuboAlimentaciónElectrica

Aislante

Anodo

Catodo

4-28

4.5.5.2. Cañones electromagnéticos, propiamente dichos.

Figura 4.18

A) Cañón de raíl. En la figura 4.18 se ha representado esquemáticamente suprincipio de funcionamiento. Consiste en dos raíles que constituyen eltubo lanzador y un proyectil deslizante entre los raíles. La corrienteeléctrica circula entre los dos raíles cerrándose el circuito a travésdel proyectil (o de una armadura posterior al proyectil). El campo mag-nético que crea la corriente que circula por los raíles, produce unafuerza sobre el proyectil debida a la intensidad que lo atraviesa.

La dificultad de realización de esta simple idea reside en eltamaño poco usual de los valores de las variables del proceso. va-mos a examinar las principales.

Tíempo: el tiempo de actuación del proceso de disparo se mi-de en milisegundos. Esto es un problema común que se presenta encualquier cañón, accionado mediante cualquier clase de energía,en el que se pretende acelerar un proyectil a gran velocidad enun recorrido limitado. El que el tiempo sea breve es consecuenciade que la longitud del tubo del cañón es algo limitado. veamos unejemplo: sea un cañón que debe acelerar una masa de 1 Kg. desdeel reposo a una velocidad de 4.000 m/seg. Vamos a suponer que es-te cañón, independientemente del tipo de propulsión que emplea(eléctrica, química, u otra) consigue la aceleración óptima quees la aceleración constante. El tiempo que dura el disparo estárelacionado con la longitud del tubo por la siguiente expresión:T=2L/V. Para un valor de L=5 m., obtenemos un valor de T=2,5mseg.

Estos tiempos de actuación tan breves influyen decisiva-mente en el diseño del circuito de alimentación del cañón eléc-trico y más en particular en los conmutadores y en el valor dela inductancia del circuito.

Energia: la energía se mide en mi (megajulios). La energíaque se comunica a un proyectil cuando se acelera es proporcionalal cuadrado de su velocidad. De modo que en el anterior ejemplo,la energía útil del proyectil valdrá: E=1/2MV2=8MJ. Hay que dise-ñar el cañón de modo que su rendimiento energético sea el mayorposible, minimizando las pérdidas por calentamiento eléctrico,fricción, energía magnética, etc. Suponiendo que lo anterior seconsiga y se logre un rendimiento energético del 20%, ello obligaa disponer de una energía almacenada para realizar el disparo de40MJ.

FCampomagneticoRailes

Plasma

Proyectil

4-29

Figura 4.19

La importancia de una instalación de ensayo de cañoneselectromagnéticos, se mide precisamente según el valor de laenergía máxima de que se dispone en la fuente de alimentación. Unvalor típico puede ser 60MJ. Pero existe en este campo una ciertacompetencia internacional que impulsa a la realización de insta-laciones cada vez de mayores energías. En la figura 4.19 se venlas energías disponibles en las instalaciones americanas más sig-nificativas. Es de señalar que, disponiendo de una determinadaenergía en la fuente de alimentación, se puede optar por lanzaruna masa a una determinada velocidad o masas más pequeñas a mayorvelocidad.

La energía del disparo debe estar previamente almacenada,ya que en los tiempos tan pequeños en que deben entregarse (eltiempo que está el proyectil dentro del tubo) , es imposible ge-nerarla al mismo tiempo que se consume.

El que el valor de la energía almacenada sea grande se tra-duce en gran volumen y peso de la fuente de alimentación; este esel principal problema de diseño que actualmente se tiene plantea-do. Este problema, sin embargo, no es un obstáculo para una ins-talación fija de cañones electromagnéticos en una defensa pun-tual, como puede ser, por ejemplo, la defensa antiaérea de un ae-ropuerto. Sí lo es para aplicaciones de artillería móvil.

Intensidades eléctricas elevadas: de valores entre 0,1 y 2 MA(megamperios) . La gran aceleración requiere valores de fuerza deimpulsión elevados y para esto es necesario el empleo de corrien-tes de estos valores. El no haber podido disponer de fuentes dealimentación eléctricas, que suministren estos valores de co-rriente, ha sido la causa de que haya tenido que transcurrir unperiodo de 80 años desde que se ideó el cañón eléctrico, hasta elmomento en que han sido realizables sus primeras versiones.

Naturalmente existen, además, multitud de problemas técni-cos que solucionar en el diseño de un cañón electromagnético en-tre los que citaremos: la resistencia mecánica del tubo y raílesfrente a los grandes esfuerzos a que se someten, el desgaste yerosión, la balística interna y externa al tubo, materiales re-sistentes y aislantes eléctricos, características de resistenciaeléctrica e inducción, diseño del proyectil etc.

La munición. Según el sistema elegido para que circule la co-rriente de un raíl al otro, en la parte posterior del proyectil,

PROTOTIPOS

1.- NASA Lewis Resaerch Center.

2.- NASA Lewis Resaerch Center.

3.- Lawrence Livermore National L.

4.- BOEING.

5.- VOUGHT.

6.- Australian National University.

7.- Los Alamos National Laboratory.

8.- Westinghouse.

9.- Massachusetts Institute of Technolo-gy.

ESTUDIOS

10. Lanzador orbital y cohete.

11. Lanzador orbital y cohete.

1 g 1 Kg 1 Ton0,01

Velocidad Km/s100

10

1

0,1

1

2

3

4

56 7 8

9

10

11

Masa del proyectil

4-30

Contactosde broncefosforoso

Policarbonato

Iman

10 mm

Figura 4.21

impulsándolo, se puede efectuar otra clasificación de los cañonesde raíl.

Figura 4.20

En la figura 4.20 se han representado las cuatro solucionesactuales de contactos deslizantes sólidos, de plasma, híbridos yde transición.

En la figura 4.21 se ha representado una munición típicaque emplean los prototipos de cañones de raíl. Se trata de cilin-dros o cubos de policarbonato o lexan, recubiertos de resina epo-xy reforzada con fibra de vidrio. Su masa es de 1 gramo aproxima-damente. Los contactos deslizantes están realizados mediante del-gadas láminas (entre 0,1 y 0,3 mm de espesor), de bronce fosforo-so o aluminio, pegadas en la parte posterior del proyectil, quese transforman en plasma justo después de la ignición. A veces seañade una lámina de 2 a 5 mm de espesor entre contactos y cuerpo

SOLIDO PLASMA

Conductor solido plasma

railes

HIBRIDO TRANSICION

Solido a baja velocidadcambia aplasma a alta velocidad

conductor

4-31

del proyectil, formando lo que se denominó contactos híbridos.Para estas láminas se suele usar como materiales aluminio, cobre,tántalo y tungsteno. El imán que se añade tiene por objeto faci-litar la medida de la velocidad del proyectil, al cambiar el flu-jo en bobinas atravesadas por el proyectil y dispuestas a lo lar-go de su trayectoria.

Figura 4.22

En la figura 4.22 se ha representado la munición que se en-saya en ARDEC (USA), para evaluar el potencial de los penetrado-res segmentados. Un penetrador segmentado es un largo cilindrocortado en elementos que se han espaciado, permaneciendo parale-los entre sí y alineados con la dirección de movimiento.

En la figura 4.23 se ha representado el esquema básico dediseño de un proyectil hiperveloz. El proyectil se aloja en uncasquillo desprendible (sabot) , el cual lleva en su parte poste-rior la pieza donde recibe el impulso y que tiene los contactosdeslizantes. En el interior, una varilla de wolframio segmentadaen doce partes embebidas en epoxy de grafito forma el penetrador.Las ventajas de este tipo de munición frente a la convencionalson: mayor energía cinética de penetración, tiempo de vuelos máscortos y mayor probabilidad de impacto. Se consiguen penetracio-nes 2,5 veces mayores. Quedan todavía muchos problemas por resol-ver en el diseño de la munición de cañones electromagnéticos; elempleo de munición inteligente exige el uso de sensores y circui-tos electrónicos que deberán soportar grados de aceleración bas-tante mayores que los de la artillería clásica. Además, es nece-sario estudiar los efectos de los proyectiles hiperveloces, enlos probables blancos. Para ello se necesita comprender mejor elcomportamiento de los materiales sometidos a esfuerzos de compre-sión del orden de varios megabares equivalentes a los de explo-siones nucleares.

Figura 4.23

Penetrador segmentado

Protecciontermica

PROYECTIL

CASQUILLODESPRENDIBLE

Impulsor

Contacto deslizante

4-32

En el momento actual, se han realizado estudios teóricos ysimulaciones que muestran que es posible alcanzar con cañones deraíl buenas características de funcionamiento, con rendimientosdel orden del 23% para masas de 2,3 Kg. y velocidades de 3.400m/seg.

B) El cañón de bobina. El principio de funcionamiento está representado enla figura 4.24.

Figura 4.24

El cañón de bobina está formado por una serie de bobinas de acele-ración fijas. Estas bobinas crean un campo magnético que induce una co-rriente en el proyectil, que a su vez se comportacomo otra bobina. Lafuerza de impulsión es el resultado de la repulsión que existe entre lacorriente que circula entre el devanado del proyectil y el campo magné-tico creado por las bobinas fijas.

Pueden existir tantas versiones diferentes como tipo de motoreseléctricos existen, ya que en definitiva este tipo de cañón no es sinoun motor eléctrico lineal, en el que el movimiento del rotor es un des-plazamiento, en lugar de giro. Por eso, en algunas versiones se sustitu-ye la bobina móvil por un imán permanente. La primera versión data de1945. Recientemente en la antigua URSS, se ha conseguido acelerar ani-llos conductores de 1,3 gm. a velocidades de 4,9 Km/seg. Este cañón pre-senta la ventaja frente al de raíl de eliminar la necesidad de contactosdeslizantes, las fuerzas de rozamiento son mínimas y por lo tanto elproblema de erosión y desgaste de tubo es menor. El desarrollo de estetipo de cañón está bastante retrasado respecto al de raíl.

4.5.5.3. LOS cañones híbridos.

Estos cañones combinan de alguna forma la energía química de un pro-pulsante convencional y la impulsión de un campo electromagnético. Algunasversiones trabajan sobre el principio de transferir una determinada cantidadde movimiento de una masa a otra con lo que se logra una ganancia de veloci-dad.

Bobinas

Proyectil

Campomagnetico

Conmutacion / Alimentacion

4-33

4.5.5.4. La fuente de alimentación y los circuitos asociados.

En los tres tipos de cañón electromagnético expuestos anteriormente,la fuente de alimentación que se utiliza es de corriente continua. La difi-cultad de desarrollarlas está en lo poco usuales de las magnitudes de lasvariables que se manejan. Las fuentes de energía se pueden clasificar, segúnel almacenamiento de energía se realice en forma estática o dinámica.

Las fuentes estáticas están formadas por baterías de condensadores opilas.

Las fuentes dinámicas son máquinas eléctricas rotativas, entre las quedestacan los generadores homopolares y los compulsadores.

Los circuitos de alimentación asociados a cada tipo de fuente tienenen común el uso de bobinas de inducción y conmutadores de corte de corrienteque actúan en tiempos de milisegundos, cortando corrientes del orden del me-gamperio.

4-34

BIBLIOGRAFIA

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(2) Castillo Fernaud, Antonio: "Propulsión de los misiles aerodinámicos.Propulsión con propergoles sólidos (I)". memorial de Ingenieros deArmamento. (n2 80, 1980).

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(15) Serna Arenas, Felipe: "Aplicaciones de los materiales poliméricos enel campo de los explosivos y propulsantes". memorial de Ingenieros deArmamento (n2 124, 1991).

5-1

CAPITULO 5

5 EXPLOSIVOS INICIADORES

5.1. GENERALIDADES.

En el primer capítulo se han descrito las cadenas de fuego propulsaray explosiva. Ambas tienen en común el elemento iniciador: una simple cápsulaes capaz de llevar a régimen de detonación a una carga explosiva de varioskilos.

Desde luego, el empleo de los explosivos iniciadores no puede ser mássencillo. Fue Nobel quién aplico por primera vez el concepto de iniciación ylos explosivos iniciadores, algunos de los cuales ya se conocían pero no seempleaban. Ello significó un gran avance, ya que incluso se consiguió hacerdetonar sustancias, algunas de ellas tan estables, que jamás se hubiera sos-pechado que eran sustancias explosivas.

Los explosivos iniciadores son aquellas sustancias químicas o mezclasde sustancias, capaces de transmitir la explosión a aquellos explosivos conlos que se hallen en contacto.

De la definición de explosivo iniciador se deduce que son sustanciasmuy inestables al ser muy sensibles, lo cual químicamente se traduce en uncalor de formación negativo, es decir, los explosivos iniciadores son sus-tancias fuertemente endotérmicas.

Estructuralmente las moléculas de estos cuerpos se caracterizan, porsu insaturación, por su deformación, por su longitud o por la presencia deun metal pesado. Una característica muy generalizada es la presencia de ni-trógeno y de un metal pesado en la molécula de los iniciadores. A pesar detodo, hoy por hoy no hay una teoría que explique su sensibilidad, lo cual sedebe en parte a su multiplicidad de procedencias dentro del campo de la quí-mica.

5.2. CLASIFICACIÓN.

Desde el punto de vista químico se puede hacer el siguiente intento declasificación:

- Fulminatos: se obtienen a partir del ácido fulmínico (C = N - OH).LOS Más importantes son los de mercurio, de cadmio, de cobre, deplata, etc.

- Nitruros: se obtienen a partir del ácido nitrhídico (N3H). Son losnitratos de plomo, plata, mercurio, cobre, etc. los mas importan-tes.

- Fenólicos: se obtienen a partir del metadifenol (también llamadoresorcina). El único explosivo interesante de esta familia es eltrinitroresorcinato de plomo.

- Sulfuros: sulfuro de nitrógeno.

- Guanídicos: tetraceno.

5.3. DESCRIPCIÓN DE LOS EXPLOSIVOS INICIADORES MÁS EMPLEADOS.

A continuación veremos los explosivos iniciadores más empleados, ci-tando sus características más importantes:

5-2

5.3.1. FULMINATO DE MERCURIO.

Es . un sólido de cristales blancos en estado puro, y gris o marrónpardo (dependiendo del método de C=-N- aHg preparación), el explosivo comer-cial.

Densidad = 4,42 gm/cm3

Calor de explosión = 1486 KJ/Kg

velocidad de detonación = 165 – 170ºC

Prueba de Traulz = 50% con relación a TNT

Es poco soluble en agua, y a temperatura ambiente no se descompone enpresencia de humedad, pero si a partir de 30 QC. Además, casi todos los me-tales desplazan al mercurio en presencia de humedad. De aquí la necesidad deasegurar la sequedad de las cápsulas y la obligación de barnizarlas, paraimpedir el contacto del fulminato con el metal. Esta es la razón por que lacartuchería vieja no se inicia.

Es muy sensible a agentes exteriores (presión, percusión, frotamientoy llama), pero de poca potencia.

Ha sido el explosivo iniciador empleado universalmente, (mezclado porregla general con cloruro potásico) pero hoy en día ha sido desplazado porotros. De todas formas, nos servirá de referencia para comparar las caracte-rísticas del resto de explosivos iniciadores.

5.3.2. NITRURO DE PLOMO.

También llamado nitrhidruro de plomo, nítrido de plomo, nitrato deplomo y ácida de plomo (lead azide, en inglés).

Es un sólido cristalino de color blanco en estado puro y con un tintecrema, el producto comercial, puede pasar a pardo por acción de la luz, pu-diendo detonar si la exposición es muy intensa.

Densidad: 4,8 gm/ cm3

Velocidad de detonación: 5100 m/sg

Temperatura de explosión: 330ºC

Prueba de Traulz: 40% con relación a TNT

Reacciona con el cobre, formándose el nitrurode cobre de sensibilidad exagerada, por lo que se emplea en cápsulas de alu-minio.

Es menos sensible en general, que el fulminato de mercurio, cuando loscristales de nitruro de plomo son suficientemente pequeños (de lo contrario,en cristales grandes, es endiabladamente sensible).

Sin embargo es mucho mejor iniciador (del orden de lo veces mayor) queel fulminato, lo cual lo hace apto para detonadores, generalmente mezcladocon tetralíta u otros explosivos nobles.

A título de ejemplo, basta decir que 1,16 gm de nitruro de plomo y te-tralita equivalen a 2,4 gm de fulminato de mercurio y clorato potásico.

5.3.3. NITRURO DE PLATA.

También llamado ácida de plata (silver azide en in-glés).

Densidad: 5,1 gm/cm3

Temperatura de fusión: 215 2C

Temperatura de explosión: 273 2C

HgC N O

C N O

NN PbN

N

N

N

NN

NAg

5-3

Es sensible a la luz y al fundir se descompone. Debido a que toma for-mas amorfas durante su manufactura, es difícil de dosificar. Además es bas-tante caro, lo cual unido a lo anterior, hace que su empleo sea muy restrin-gido.

Presenta una sensibilidad similar a la del nitruro de plomo (esto es,menor que el fulminato) sin embargo su sensibilidad a la percusión se man-tiene extraordinariamente uniforme.

Presenta la ventaja de tener mayor poder iniciador que el nitruro deplomo.

Se emplea fundamentalmente, en cápsulas detonadores de proyectilesrompedores o en grandes bombas de aviación.

5.3.4. TRINITRORESORCINATO DE PLOMO.

También llamado estifnato de plomo, Bleitrizinat, Trizinat (en Alema-nia) y Teneres (en Rusia).

Es un sólido cristalino, cuyo color varía entre el naranja y el ma-rrón-rojizo, dependiendo de su pureza.

Densidad: 3 gr/cm@

Calor de explosión: 1550 KJ/Kg

Velocidad de detonación: 4900 - 5200 m/sg

Temperatura de fusión: 175ºC

Temperatura de explosión: 275 - 280 QC

Prueba de Fraulz: 42% con relación a TNT

Es prácticamente insoluble en agua y no es hi-groscópico.

Es muy sensible a la llama, chispas eléctricasy descargas de electricidad estática (ésta última ha

sido la causante de muchos accidentes en su manipulación en ambientes se-cos).

Su poder iniciador es mas pequeno que el del fulminato de mercurio,por ello y aprovechando su sensibilidad térmica, es apto para mezclas en ce-bos (eléctricos y de mecha) y cápsulas de percusión.

5.3.5. DIAZONITROFENOL.

Se le conoce también como dinol y abreviadarnentepor DDNP. Es un sólido cristalino de color 11 amari-llento, al que no le afecta la humedad.

Es más estable al calor y menos sensible a lapercusión que el fulminato de mercurio, al que sobrepa-sa en potencia explosiva.

El prensado no le afecta y es de fabricación sen-cilla y barata.

Se usa en varios países, y particularmente en Es-tados Unidos.

Densidad: 1, 63 gr/cm3

velocidad de detonación: 6600 - 7100 m/Sg

Temperatura de explosión: 180 – 200ºC

O

Pb

NO2

NO2 NO2

O

O

N

N

NO2

NO2

5-4

5.3.6. TETRACENO.

0 tetrazeno. Es el 1 guanil 4 nitroso-aminoguanil tetraceno.

Es un sólido cristalino de color amari-llo pálido o más oscuro según el método depreparación.

Es insoluble en los disolventes másusuales y no es higroscópico.

La temperatura de explosión es de lasmás bajas, 140º C, aunque en muy pequeñas can-tidades arde precipitadamente.

Es más sensible al choque que el fulminato de mercurio.

No se usa solo por su escasa capacidad de iniciación, siempre se mez-cla con otros iniciadores más enérgicos haciendo de fleg-matizante. Se em-plea en mezclas sinoxyd en cápsulas iniciadoras para armas de pequeño cali-bre.

Densidad: 1,79 gm/cm3.

Temperatura de explosión: 140º C.

5.4. MEZCLAS INICIADORAS.

Existen diversas razones para el empleo de las mezclas iniciadoras. Enprimer lugar hemos de considerar que un iniciador puro, como en general ocu-rre con todas las sustancias, nunca cumple con todas las condiciones de em-pleo, siendo necesario agregarle los ingredientes necesarios para cubrir to-das las necesidades. Por lo tanto, los iniciadores en la práctica van aso-ciados con sustancias que aumentan en sensibilidad (sensibilizadores), consustancias que actúan de elementos de fricción, con oxidantes, reductores,etc.

En segundo lugar hemos de considerar aquellas mezclas iniciadoras for-madas por sustancias que individualmente no son iniciadores pero que asocia-dos sí lo son.

Evidentemente estas mezclas son muy sugestivas ya que el manejo de losingredientes por separado no ofrece peligro alguno.

En cuanto a la primera opción de las mezclas, tendremos que los ele-mentos que normalmente se encuentran en ellas son:

- Iniciador propiamente dicho.

- Reductores.

- Oxidantes.

- Elementos de fricción.

- Flegmatizantes.

- Sensibilizadores.

- Estabilizadores.

- Explosivos rompedores.

- Aglomerizantes.

5.4.1. REDUCTORES.

La iniciación puede conseguirse con la onda de choque que se originaen la detonación de la sustancia iniciadora. Sin embargo, otras veces seránecesario una llama, con unas condiciones de longitud y temperatura determi-

N C

NO

NHNHC

NH

NH2

N

NH

NHNH

5-5

nadas. En este último caso es necesario añadir sustancias tales como el azu-fre o el sulfuro de antimonio, que favorecen la formación de llama o metalespesados y carbón que transmiten correctamente la onda de choque.

5.4.2. OXIDANTES.

Se emplean para garantizar la combustión de todos los ingredientes dela mezcla a fin de conseguir una mayor temperatura de detonación.

Entre ellos, los más usados son el clorato potásico, el óxido de plo-mo, etc.

5.4.3. ELEMENTOS DE FRICCIÓN.

Para garantizar la detonación por percusión o fricción se emplean,distribuidas en la masa, cuerpos que, como el vidrio o el carbón, garanti-cen, por roce o acción de yunque, la iniciación.

5.4.4. FLEGMATIZANTES.

Dada la peligrosidad que encierra el manejo de los explosivos inicia-dores, se usan a veces éstos asociados con pequeñas cantidades de sustanciasflegmatizantes que, por bloqueo de los cristales, impiden el roce de unoscon otros.

5.4.5. SENSIBILIZANTES.

A veces, el iniciador adecuado para un f ín, carece de la sensibilidadnecesaria. En este caso es corriente asociarse con otro explosivo iniciadoren pequeña cantidad o con otra sustancia que, sin ser explosiva, aumente lasensibilidad, tal como el silicíuro cálcico.

5.4.6. ESTABILIZADORES.

Dado que las mezclas iniciadoras han de ser de duración prolongada, esnecesario garantizar su estabilidad química. En general, el enemigo funda-mental de todos los explosivos son los restos ácidos que puedan acompañar-les. Para impedir la posible acción de estos cuerpos es corriente introduciren las mezclas iniciadoras sustancias que, como el óxido de magnesío, decinc, o el clorato cálcico, fijan la posible acidez.

Como estabilízadores pueden considerarse también los barnices que re-cubren las partes metálicas de los artificios donde han de ir alojadas lasmezclas iniciadoras, ya que, al garantizar el aislamiento de la mezcla conlas partes metálicas, impiden las posibles reacciones metal-iniciador que,con trazas de humedad, pueden determinar la desactivaci6n del mismo.

5.4.7. EXPLOSIVOS ROMPEDORES.

Cuando la potencia necesaria del elemento iniciador de la cadena defuego sea más elevada que la que corresponde a una prudente cantidad de ex-plosivo iniciador, se recurre a asociarse una cierta cantidad de explosivorompedor que, como la tetralita, trilita, etc., suministra la potencia adi-cional.

También es muy frecuente que para solucionar este inconveniente, den-tro del dispositivo iniciador, pero sin entrar en mezcla con el explosivoiniciador, se añada una pequeña cantidad de explosivo rompedor. En este ca-so, dicho dispositivo se denomina multíplícador.

5-6

5.4.8. AGLOLMERANTES.

Dada la multiplicidad de los ingredientes enumerados, se comprende lanecesidad del empleo de sustancias aglomerantes que actúen de ligazón y denuna mezcla consistente. Para ello se emplean sustancias que, como la gomaarábíga, la Dextrina, la goma laca, etc., aglomeren los restantes ingredien-tes y permitan un granulado que prensado, suministra la mezcla iniciadora.

5.4.9. MEZCLAS INICIADORAS MAS EMPLEADAS.

5.4.9.1. Mezclas de Nitruro de plomo.

5.4.9.1.1 Con trinitroresorcinato de plomo.

Se emplea fundamentalmente esta mezcla en dispositivos iniciadores detipo eléctrico, ya sean de chispa o de incandescencia, combinando el poderiniciador del nitruro de plomo y la sensibilidad térmica y a las chispaseléctricas del trinitroresorcinato de plomo.

5.4.9.1.2 Con tetraceno.

Esta mezcla se emplea en dispositivos de iniciación de percusión quenecesiten simultáneamente gran poder iniciador y extremada sensibilidad, queson las características de estos dos explosivos iniciadores. Este caso puedepresentarse por ejemplo, en las granadas de mano, o en submuniciones frena-das.

5.4.9.2. Mezclas de Trinitroresorcinato de plomo.

5.4.9.2.1 Con Tetraceno.

Tetrinox. Es una mezcla iniciadora a base de trinitroresorcinato deplomo con tetraceno (para aumentar la sensibilidad del producto) y nitratode bario. También se la conoce como Sinoxyd u oxyd y se emplea con muchafrecuencia en cápsulas iniciadoras de munición para armas ligeras, variandoel porcentaje de ingredientes, según el fabricante.

Dicha mezcla no es corrosiva, como sucedía con la composición a basede fulminato de mercurio cloratado, empleado anteriormente en las cápsulasde municiones. Además, la citada mezcla de fulminato de mercurio, producíaerosión por los residuos que dejaba: mercurio libre, cloruro potásico (queafectaba a la composición de los aceros) y sulfuro de antimonío (que tambiénafectaba al acero).

5.4.9.2.2 Con Cloruro potásico.

Esta mezcla se emplea fundamentalmente en estopines a percusión, sien-do el cloruro potásico el elemento encargado de asegurar la toma de fuegodel elemento reforzador de la llama o de la carga de proyección directamen-te, si aquél no existiese.

5-7

BIBLIOGRAFIA

(1) Academia de Artillería: Pólvoras y explosivos. Imprenta de laAcademia.

(2) Cuasante García, José Luis: Manual de explosivos. Valdemoro, Es-cuela TEDAX,s.-GC. 1989.

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(4) Rheínmetall: Handbook on weanponry. DÜSseldorf. Rheimetall In-dustriewerbung GmbH. 19822.

6-1

CAPITULO 6

6 AGENTES FUMíGENOS

6.1. SISTEMA DISPERSO.

Un sistema disperso es el conjunto de dos o más sustancias que coexis-ten en íntimo contacto en dos o más estados físicos diferentes, en el cual,una de dichas sustancias entra en pequeña cantidad y finamente dividida, entanto que la otra u otras entran en gran cantidad. A la sustancia que entraen pequeña cantidad se la denomina medio o fase dispersa y a la que entra engran cantidad, medio o fase de dispersión.

Sus propiedades varían en función del tamaño de las partículas disper-sas, de manera que pueden distinguirse tres grandes grupos, dentro del con-cepto de sistema disperso:

- Suspensoides: cuando el tamaño de las partículas de la fase disper-sa es superior a 100 mF.

- Coloides (cuadro 6.1): cuando el tamaño está comprendidoentre 1 mFy 100 mF.

- Soluciones: cuando el tamaño es inferior a 1 mF.

Cuadro 6.1: Tabla de los sistemas coloidales.

En el ámbito de nuestro estudio, el estado más interesante es el co-loidal (ya nos referimos a él al tratar los propulsores de nitrocelulosa), ydentro de éste, los aerosoles.

Un aerosol es un coloide cuya fase de dispersión es el aire. En fun-ción del estado de la f ase dispersa tendremos: humos, cuando la fase dis-persa sea un sólido y nieblas, si la fase dispersa es un líquido.

Cuando en la atmósfera se dispersan partículas en cantidad suficientepara que sea apreciable el efecto que se pretende, se obtiene una dispersióndenominada nube de partículas o, simplemente, nube.

Pese a que técnicamente existe una clara diferencia entre niebla y hu-mo, a lo largo del capítulo emplearemos indistintamente uno u otro términopara referirnos a la nube de partículas, sobre todo al tratar temas genera-les sobre sistemas coloidales y aerosoles. Esto es práctica habitual entrelos autores de la bibliografía consultada.

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6.1.1. ESTABILIDAD DE LOS AEROSOLES.

Como en todos los sistemas heterogéneos, en los humos y nieblas existeuna tendencia a la separación paulatina de los componentes aire-agente fumí-geno y con ello a la desaparición del fenómeno de la ocultación.

Las partículas dispersas se encuentran sometidas a fuerzas antagonis-tas: unas tienden a separar la parte dispersa del dispersante y otras tien-den a mantenerlas dispersas y a ocupar todo el volumen del dispersante.

Los dos tipos de fuerzas son la sedimentación y la difusión, las cua-les están influenciadas por tres fenómenos: coalescencia o coagulación, ad-sorcíón y evaporacíón-condensacíón.

La estabilidad de un aerosol está determinada por la velocidad con quesus partículas se difunden o se sedimentan. La fase última del aerosol esprecisamente esta sedimentación de las partículas producida por la acción dela gravedad.

Debido a la mayor resistencia del medio de dispersión (rozamiento), lavelocidad de caída de partículas análogas, es mayor en un aerosol que en uncoloide líquido, y por tanto, la vida del primero es mucho menor que la delsegundo.

Con todo se considera que cuando las partículas de la fase dispersa deun aerosol tienen un diámetro inferior a 10-4 cm la velocidad de caída se hacedespreciable aun sin tener en cuenta las corrientes ascendentes de convec-ción.

6.1.1.1. Sedimentación.

Las partículas de un sistema coloidal se encuentran sometidas a lafuerza de la gravedad, empuje y rozamiento. Las dos primeras actúan en sen-tidos opuestos, provocando un movimiento en el sentido de la mayor, y latercera actúa en el sentido contrario al movimiento. En función de la fuerzaque domine, las partículas tienden a caer al fondo o a flotar sobre el mediodispersante.

6.1.1.2. Difusión.

Las moléculas de la fase dispersante de un sistema coloidal se encuen-tran en continuo movimiento, este movimiento es caótico y se denomina movi-miento browniano1. Debido a este movimiento chocan con las partículas de lafase dispersa, provocándoles un movimiento en todas direcciones por el cualtienen a ocupar todo el volumen del medio dispersante.

6.1.1.3. Coalescencía o Coagulación.

Las partículas dispersas de un sistema coloidal, al moverse, chocanentre ellas, lo que hace que se reúnan en partículas mayores; este fenómenoes el denominado coalescencia, coagulación o floculación.

Cuanto mayores sean las partículas, mayor será el fenómeno dela sedi-mentación y menor el de la difusión.

6.1.1.4. Adsorción2.

1 Sobre conceptos referentes al estado coloidal y a los aerosoles, pue-

de consultarse la referencia bibliográfica nº 2.2 Retención o adherencia de un líquido o gas en la superficie de un

cuerpo.

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Cuando en un sistema coloidal existen moléculas extrañas a él, puedenser adsorbidas por las partículas dispersas. Si están cargadas eléctricamen-te, impiden el choque entre partículas dispersas y, por tanto, su aglomera-ción, disminuyendo la sedimentación.

6.1.1.5. Evaporación y Condensación.

La tensión de vapor de las partículas dispersas de un sistema coloidalaumenta al disminuir su tamaño, por lo cual, a partir de un tamaño límitepasan al estado físico del medio (esto es, gaseoso). Por otra parte, sobrelas partículas de mayor tamaño se condensan las evaporadas, aumentando sutamaño, y favoreciendo la sedimentación.

6.1.2. PROCESO DE DIFUSIÓN/SEDIMENTACIÓN DE UN AEROSOL.

La primera condición indispensable para la difusión de un aerosol, esobtener partículas lo suficientemente pequeñas de la fase que queremos dis-persar (muy inferior a 10-4 cm. de diámetro).

Con dicho tamaño de partícula el movimiento browniano se hace prepon-derante, y produce la dispersión del agente fumígeno en el aire. La veloci-dad de este fenómeno depende de la amplitud del movimiento browniano, y asílos gases se difunden más deprisa que los humos y, entre éstos, la difusiónes tanto más rápida cuanto menor es la partícula.

Sin embargo, la difusión es siempre un fenómeno lento, y en los humosy nieblas que se producen en la guerra, sus acciones son despreciablesfrente a las que ejercen los remolinos y las corrientes, que son los queverdaderamente contribuyen a la extinción final de la nube.

Pero este movimiento incesante de partículas aumenta la probabilidadde choque. Al observar al ultramicroscopio un aerosol recien formado, se vea las partículas dotadas de un rápido movimiento que favorece la colisión Y.con ella, la aglomeración de las partículas. En estos principios, el aerosoles muy inestable y rápidamente pasa a un segundo grado de dispersión, en elque las partículas de mayor tamaño poseen menos movilidad, y como su númeroha disminuido, la probabilidad de que se originen choques es mucho menor.Así se llega a un estado de equilibrio del cual se sale lentamente por pro-gresiva floculación de las partículas y la lenta sedimentación.

El periodo de mayor estabilidad del aerosol es el momento en que eltamaño de las partículas alcanza el orden de magnitud 1 0 - 4 cm y éste es elgrado de dispersión que hay que buscar en la formación de humos y nieblas.

Todo lo expuesto en este apartado es también válido para agresivosNBQ. pero al ser objeto de estudio en otra fase del programa de estudios,nos centramos única y exclusivamente en los agentes fumígenos. Puede consul-tarse el manual M-0-4-21: Protección NBQ. de las Pequeñas Unidades, paracomparar las diferencias y similitudes entre ambos aerosoles.

6.1.3. PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS AEROSOLES3.

La presencia de una fase dispersa disminuye en alto grado la transpa-rencia del aire.

Esta disminución depende de la concentración del aerosol, del tamañode las partículas y de sus propiedades ópticas. Las partículas de las nie-blas naturales son grandes cuando se las compara con la longitud de onda de

3 Referente a la propagación de la luz en la atmósfera con y sin aero-

soles, puede ampliarse el estudio en las referencias bibliográficas nQ 9 y13. La primera de ellas, aunque fundamentalmente referido a láser, es apli-cable a la luz visible.

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la luz y la reflejan y retractan de modo regular. Las partículas de humo (yen general, las producidas por los agentes fumígenos) son más pequeñas quela longitud de onda de la luz; no pueden por tanto, ni ref lej arla ni re-fractarla, esparciéndola en todas direcciones, convirtiéndose cada partículaen el manantial de una nueva onda.

Esta difusión de la luz por las finas partículas es común a todos lossistemas coloidales y es por lo que adquieren el carácter ocultador los hu-mos. La materia que con la nube se intenta interponer entre nosotros y elobjetivo es tan exigua en sí y el diámetro de las partículas tan pequeño,que no sería suficiente para ocultarlo a las vistas. Son los rayos luminososprocedentes del objetivo los que sufren tal difusión, que no llegan hastanuestra retina.

Tindal, que ha estudiado este efecto de dispersión de la luz en lossistemas coloidales, efecto que lleva su nombre, ha demostrado que la inten-sidad de la dispersión es proporcional a la concentración de la fase disper-sa e inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de ondade la luz empleada. La intensidad del efecto Tindal aumenta con el grado dedispersión, esto es, conforme las partículas son más pequeñas.

Cuando las partículas son muy pequeñas, la luz esparcida es azulada(es a la difusión de la luz solar producida por las moléculas del aire de laatmósfera a quien se atribuye el color azul del cielo durante el día) . Silas partículas aumentan de tamaño, desaparece gradualmente el color, y laluz difundida se hace blanca, como ocurre en las nieblas y humos producidosartificialmente.

6.2. AGENTES FUMÍGENOS.

6.2.1. RESEÑA HISTÓRICA.

La idea de cubrirse de la vista del enemigo para realizar movimientosde aproximación o retirada es tan antigua como la guerra. Numerosos son losejemplos que podrían presentarse del empleo del humo como medio de oculta-ción o como elemento perturbador del desarrollo táctico.

El paso del Duina en 1700 por el ejército del rey Carlos XII de Sue-cia, a cubierto de una nube artificial formada quemando paja mojada, es unejemplo del partido que el ingenio puede tomar de los mismos medios natura-les para salir de una difícil situación.

Por el contrario, la molestia o perturbación que causaban las nubesartificiales se ponía de manifiesto en las guerras pasadas, en las que den-sas nubes de humo producidas por la combustión de la pólvora negra impedíanla visión, paralizaban el uso de las armas y entorpecían la maniobra de lastropas. Estas acciones, antes f ortuitas, ahora son deseadas mediante lasacciones de cegamiento.

La eficacia de las armas modernas es de tal naturaleza, que se haceimposible todo movimiento a través de zonas al descubierto.

Durante los comienzos de la I Guerra Mundial se pusieron de manifiestolas dificultades aludidas y ambos contendientes comenzaron a usar medios ar-tificiales de ocultación, aparte de realizar la mayoría de los grandes movi-mientos de tropas por la noche. Hoy en día, el gran desarrollo de los mediosde visión nocturna, han obligado al empleo de los humos incluso por la no-che, si bien, no todos los equipos de este tipo son vulnerables a las accio-nes de cegamiento u ocultación.

Fue en el mar donde se emplearon por primera vez los humos para ocul-tar a los barcos de guerra, experiencia que rápidamente fue trasladada atierra firme, y ya en la I Guerra Mundial, era normal el empleo de humos, enprincipio para enmascarar los ataques con agresivos químicos, y posterior-mente, para ocultar movimientos de tropas a gran escala.

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Era normal en esta época emplear diversos sistemas generadores de hu-mos, tales como proyectiles (de artillería y morteros) , botes de humo e in-cluso generadores de humos, fijos o portátiles. Este último tipo, ha tenidoespecial aplicación en vehículos de combate (acorazados y mecanizados) fa-bricados después de la II Guerra mundial, en los que se combinan los lanza-dores de botes de humo con la producción de humos por la propia planta mo-triz del vehículo (generalmente aprovechando los tubos de escape calientes oenriqueciendo con combustible en exceso, la mezcla de los motores).

Hoy en día, es normal planear y ejecutar acciones de fuego con humos,como un tipo de acción de fuego más, encaminada a realizar Cuatro posiblesmisiones:

- Ocultación de zonas y objetivos propios.

- Cegamiento de unidades enemigas.

- Enmascaramiento de agresivos químicos o biológicos.

- Señalización.

6.2.2. DISPERSIÓN DE LOS AGENTES FUMÍGENOS.

6.2.2.1. Métodos de dispersión.

Los agentes fumígenos pueden dispersarse en la atmósfera de dos for-mas:

- Por evaporación y posterior condensación.

- Por fragmentación mecánica.

En función del estado del agente fumígeno (líquido o sólido) podrá em-plearse cualquiera de ellos (en el primer caso) o solamente el primer método(en el segundo caso).

6.2.2.1.1 Dispersión de agentes fumígenos líquidos.

En el primer caso, esto es, dispersión por evaporación y posteriorcondensación del agente, pueden emplearse hasta tres procedimientos paraconseguirlo. A saber:

• Confinamiento de la fase dispersa en botellas, siendo impulsada porun gas hasta lograr su salida al exterior, esto es, como en un ae-rosol comercial. Además, la brusca expansión del gas y, consecuen-temente, su enfriamiento, facilita la condensación prácticamenteinstantánea del agente fumígeno. Este procedimiento es también lla-mado emisión en frio.

• Por medio de una reacción química cuyo resultado sea el agente fu-mígeno en estado gaseoso. Este vapor se condensa en la atmósferautilizando, generalmente, las moléculas de vapor de agua de la at-mósfera como núcleo de condensación.

En algunos casos el agente fumígeno reaccionará con el vaporde agua de la atmósfera, para dar un compuesto nuevo (que es enrealidad, el verdadero agente fumígeno), ya condensado.

• Por medio del calor, hasta conseguir la evaporación del agente fu-mígeno. Su posterior enfriamiento en la atmósfera libre producirásu condensación en partículas líquidas, que quedarán en suspensiónen el aire, formando el aerosol. A este método se le conoce tambiéncomo emisión en caliente.

Un caso especial de este procedimiento, no aplicable a pro-yectiles ni botes de humo, y el más rudimentario de todos, es obte-

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ner la combustión incompleta de un combustible, de manera que que-den numerosos residuos de carbono sin quemar, que será quién pro-duzca el humo. Este es el método que emplean los buques o vehículosterrestres cuando tienen que generar humo durante bastante tiempo.

El segundo de los métodos de dispersión de agentes fumígenos,por frag-mentación, es exclusivo de agentes líquidos y consiste en aprovechar la ex-plosión de una carga (la interna del proyectil que contiene al agente fumí-geno) para producir una combinación de emisión en caliente (gracias al enor-me aumento de temperatura que se produce en el momento de la explosión), yde emisión en frío (producida por la gran presión generada en la explosión).

6.2.2.1.2 Dispersión de agentes fumígenos sólidos.

Para la dispersión de agentes fumígenos sólidos se recurre, en la ma-yoría de los casos, al calentamiento del agente hasta conseguir su evapora-ción o sublimación, arrastrando al agente vaporizado con los gases generadosen la combustión.

Una vez en la atmósfera, lo normal es que el agente fumígeno se vuelvaa solidificar en partículas muy pequeñas, o incluso reaccione, como en elcaso de los agentes líquidos, con el vapor de agua atmosférico, formando unanueva sustancia.

6.2.2.2. Formación de la nube.

El procedimiento para generar el agente fumígeno será en la mayoría delos casos, mediante emisión caliente, bien por combustión o bien como conse-cuencia de la reacción del agente fumígeno con el vapor de agua atmosférico.En cualquier caso, la formación de la nube pasará por una serie de fases,más o menos identificables, que podemos resumir en la siguiente secuencia.

En un primer momento, el humo, al salir de los artificios en que seproduce, muestra una tendencia a subir, formando una cabeza avanzada. Almismo tiempo, la nube se ensancha por efectos de los remolinos que produceel viento. Para un viento de velocidad entre 6 y 8 m/seg., el ángulo de es-parcimiento horizontal es de 120.

Al principio, las partículas del aerosol son muy pequeñas y, dotadasde rápido movimiento, constituyen un sistema inestable que rápidamente con-duce al aumento relativo del tamaño de las partículas, que buscan así unascondiciones de equilibrio más duraderas. Durante estos primeros instantes,las partículas conservan mayor temperatura que el ambiente y no se producenfenómenos de condensación por enfriamiento, pero si por reacción con el va-por de agua, que es el más frecuente.

Poco a poco, la nube se va diluyendo por difusión, las partículas au-mentan de tamaño al condensarse en ellas la humedad atmosférica, los remoli-nos producidos por el aire dejan de ser visibles y todo la masa toma un as-pecto compacto y uniforme análogo a la niebla natural.

6.2.3. CARACTERISTICAS DE LOS AGENTES FUM GENOS.

Podemos citar tres características de un agente fumígeno, que van adar idea de su capacidad para realizar su cometido.

6.2.3.1. Poder total de ocultación.

0 lo que es lo mismo, valor táctico de una niebla artificial. Una sus-tancia es tanto más apropiada para formar nieblas cuanto mayor es el humoproducido por unidad de peso y mayor su opacidad. Expresado de forma matemá-tica, sería:

/Kgm p

v D 2

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siendo v, el volumen de humo formado; p, el peso; y D, la opacidad, que sedetermina mediante su valor inverso, esto es el espesor mínimo de una nubeque no permite ver la luz de una lámpara patrón (lámpara Mazda de 40 W).

Algunos autores definen la opacidad como densídad óptica, y dependecasi totalmente de la naturaleza del fumígeno empleado y que hace que parael mismo peso de fumígeno y volumen de nube, éste tenga mayor poder de ocul-tación, 0 no, medido comparativamente por la distancia a la que deja de ver-se la luz de una lámpara de características fijas.

Cuadro 6.2: Poder total de ocultación de las sustancias másempleadas en la producción de humos.

6.2.3.2. Capacidad de condensarse en partículas muy pequeñas.

Un buen agente fumígeno es aquel capaz de condensarse en partículasmuy pequeñas. Al tener pequeno tamaño su tensión de vapor será muy baja (quees en definitiva, el valor que determina su capacidad para condensarse),pues de otro modo se evaporarían rápidamente, perdiendo la capacidad deocultación o cegamiento.

En realidad, dicha característica (obtener partículas muy pequeñas enla condensación) es muy difícil de obtener con las sustancias que se empleanhoy en día, por lo que se hace necesario obligar a los agentes fumígenos areaccionar con el vapor de agua atmosférico para obtener un nuevo componentecuyas partículas no son todo lo pequeñas que deberían ser, pero no así sutensión de vapor, que será lo sufientemente baja, como para que el compuestoresultante sature rápidamente la atmósfera, produciéndose el humo o la nie-bla.

6.2.3.3. Toxicidad.

Lo ideal en un agente fumígeno es que no sea tóxico, sin embargo, lassustancias empleadas actualmente sí lo son. Además, el hecho de pulverizar-las en partículas muy finas, las hace más peligrosas aún, ya que taponan rá-pidamente el filtro de la máscara antigás, cuando la concentración de agentefumígeno es muy grande.

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Como consecuencia de esto, no es posible permanecer en un local cerra-do y con nubes de alta concentración, incluso con máscara.

En campo abierto y con débiles concentraciones que supongan que elcontenido en oxígeno es superior al 18% en volumen, deberá emplearse la más-cara si el tiempo de exposición va a ser superior a 5 minutos, como reglageneral, con la precaución de sustituir el filtro con frecuencia.

El alto grado de toxicidad de algunas sustancias, a igualdad, o inclu-so ligera superioridad, del poder de ocultación frente a otras sustanciasmenos tóxicas, ha supuesto que las primeras sustancias dejaran de emplearseen beneficio de las últimas.

6.2.4. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES METEOROLÓGICAS.

La influencia de las condiciones meteorológicas en la formación y per-sistencia de una nube es muy importante. De hecho intentar realizar una ac-ción de ocultación o cegamiento con condiciones atmosféricas desfavorables,puede ocasionar que el consumo de materia fumígena aumente de forma alarman-te, e incluso sea inútil, siquiera intentarlo.

6.2.4.1. Humedad.

Es sin duda la que ejerce mayor influencia y altera profundamente elvalor del poder total de ocultación. Baste recordar, que todos los agentesfumígenos necesitan, en la práctica, reaccionar con el vapor de agua atmos-férico para que se realice su condensación. Esto implica que con tiempo se-co, la opacidad de las nubes es muy pequeña y se disipan con rapidez. Contiempo húmedo, al contrario, se forman nieblas densas que parece se peganmaterialmente al terreno. En la superficie del mar, por último, la opacidady duración de las nieblas artificiales, alcanza su máximo valor.

Pero no es el valor de humedad relativa4 o grado higrométrico la quenos interesa conocer, sino la humedad total (vapor condensado y sin conden-sar) del aire en un instante dado. Así, para una humedad relativa determina-da, habrá mayor cantidad de vapor (humedad absoluta) en la atmósfera, cuantomayor sea la temperatura ambiente.

6.2.4.2. Temperatura.

Las temperaturas altas influyen generalmente sobre las nieblas artifi-ciales, en sentido desfavorable. La acción del sol sobre el suelo desnudoproduce un recalentamiento tal del aire en contacto con él, que se originauna fuerte corriente ascensional que eleva la nube, aumentando su altura yperdiendo opacidad. Las corrientes de aire descendentes son, por el contra-rio, favorables para la formación de densas nubes a ras de tierra.

Se define el Gradiente de temperatura (G) como la diferencia algebrai-ca de las temperaturas existentes (T) en dos puntos de la misma vertical.Los puntos que se toman son los de 1,8 m y 0,3 m de altura. El gradíente detemperatura es una medida del grado de estabilidad de la atmósfera.

G = T(1,8) - T(0,3)

4 Humedad absoluta (Ha): cantidad de vapor de agua que contiene 1 m' de

aire en un instante dado. Es siempre mayor que la humedad de saturación.

Humedad de saturación (HS): es la máxima cantidad de vapor de agua,sin condensarse, que contiene 1 m' de aire a la temperatura T.

Humedad relativa o Grado higrométrico: es la relación Ha/Hs a una mis-ma temperatura.

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Cuando el gradiente es positivo (la tempera-tura aumenta con la altura) las capas bajas yfrías del aire, y por tanto, más densas no tienentendencia a elevarse, por lo que la nube queda pe-gada al terreno. Este fenómeno se produce normal-mente durante las noches (figura 6.1) total o par-cialmente despejadas.

Cuando el gradiente es negativo (la temperatu-ra disminuye con la altura), las capas bajas, cáli-das y menos densas, tienden a elevarse y, con ellas,la nube, dispersándola. Esta situación se produce endías soleados o semicubiertos (figura 6.2).

Cuando el gradiente es cero, oneutro (no hay variación de temperaturacon la altura), no hay movimiento en lascapas bajas de la atmósfera, con lo cualla nube no se ve afectada. Esta situaciónsuele darse en las horas de anochecer yamanecer (figura 6.3).

6.2.4.3. Viento.

Deben tenerse en cuenta tanto velocidad como dirección, siendo loideal que, tanto una como otra, sean constantes.

Los márgenes de velocidad entre los cuales es posible formar una nubeson 3 m/seg. y lo m/seg. Por debajo de dicho margen, el viento se hace muyvariable en dirección y no es predecible su comportamiento. Por encima delvalor superior, la nube se desgarra por completo y se diluye, por lo que nodebe intentarse siquiera el empleo de humos (en realidad, con vientos de ve-locidad superior a 8 m/seg. se necesita una enorme cantidad de sustancia fu-mígena para obtener resultados aceptables).

La dirección del viento es también un factor importante, que inf luyede una manera u otra, según la acción que se quiera realizar (ocultación ocegamiento).

Los vientos de flanco favorecen la formación de pantallas de oculta-ción, con escaso consumo de material fumígeno, que puede aplicarse en un so-lo punto; sin embargo, no produce cegamiento sobre el enemigo.

Con viento de espalda se logra fácilmente el cegamiento del enemigo,pero solo en una pequeña sección de sus posiciones. No es apto para accionesde ocultación.

Con viento oblicuo, que será el caso más frecuente para la utilizaciónde los agentes fumígenos, pueden lograrse resultados aceptables tanto en ce-gamiento como en ocultación.

Con vientos de frente es difícil la formación de nubes, que en todocaso, serían únicamente de cegamiento, pues las nubes de ocultación envolve-rían a las tropas propias.

Figura 6. 1

Figura 6.2

Figura 6.3

ANOCHECER AMANECER

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Por último, hay que tener en cuenta que el viento puede verse af ecta-do por la f orma y naturaleza del terreno. LOS vientos locales bajan por losvalles durante la noche y obligan a las nubes a discurrir por su lecho(cuanto más estrecho es el valle, más se nota este efecto) y a permanecer enlas depresiones del terreno, rodeando los obstáculos. Durante el día, elviento asciende por el valle.

El terreno rugoso y la vegetación espesa retardan el movimiento de lanube.

En algunos casos, grandes corrientes de agua o ríos, pueden deteneruna nube que se desplace prependicularmente a su curso, sobre todo si elviento es suave.

En las zonas costeras el viento predominante durante el día viene des-de el mar, siendo al revés por la noche.

FAVORABLES DESFAVORABLES

- viento de espalda o costado y entre3 y 6 m/seg.

- Humedad.

- Viento fresco.

- Cielo nublado.

- Horas de madrugada o anochecer.

- Terreno llano o de pendiente unifor-me.

- viento de frente o de velocidadesinferior a 0,5 y superior a 8 m/seg.

- viento variable.

- Tiempo seco.

- Sol.

- Calor o frío intensos.

- Horas centrales del día.

- Terreno accidentado.

Cuadro 6.3: Condiciones favorables/desfavorables para el empleo

de humos.

6.2.5. AGENTES FUMIGENOS.

A continuación haremos un estudio detallado de los agentes fumígenosmás empleados, incluyendo el método de dispersión que emplean y cual es lareacción que lleva a su condensación en la atmósfera.

En general, puede afirmarse, que hay dos tipos de agentes fumígenos,según el estado de la sustancia que se condensa en la atm6sf era para formarla nube: los agentes que al condensarse son líquidos (y reaccionan en su ma-yoría con el vapor de agua atmosférico) y los agentes que tienen sustanciassólidas y líquidas. El primer caso es propio de anhídridos de ácido (y dannieblas) y el segundo de cloruros (resultando en este caso, una mezcla deniebla y humo, o solamente humo).

6.2.5.1. Fósforo.

Es el más eficaz de todos los agentes fumígenos.

Se presenta bajo dos formas alotrópicas, que se designan con el nombrede rojo y blanco. El fósforo blanco, que es el único que nos interesa, es unsólido que funde a 44º C, insoluble en el agua y muy soluble en sulfuro decarbono.

Su actividad química es muy grande, se oxida fácilmente en el aire,tanto más si está finamente dividido, reacción que se inicia de forma espon-tánea. Cuando arde lo hace con llamas muy luminosas, produciendo principal-

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mente, vapores de anhidrido fosforoso (P,O,) . Este anhídrido, al combinarsecon el vapor de agua atmosférico, da el ácido ortofosfórico

P2O5 + 3H20 6 2 PO4H3

sólido que funde a 38,60 C y que es muy soluble en agua. Dicho ácido al con-densarse en pequeñas gotas, genera una densa niebla.

Además de sus propiedades fumígenas, es también un eficaz agente in-cendiario.

Como ventajas podemos citar el que al dispersarse por la explosión delproyectil en pequeñas partículas incandescentes que se abren de forma muyespectacular, causa un efecto moral apreciable, que aumenta su valor tácti-co. Produce nieblas que no son tóxicas (no así el fósforo o sus vapores, quesí lo son) y es fácil de cargar en los proyectiles.

Tiene la desventaja de su peligrosidad de manejo y almacenamiento,siendo preciso mantenerlo bajo una capa de agua 0 en recipientes herméticos,para evitar que entre en contacto con el aire. Además, su reacción produceuna llama brillante que permite identificarlo enseguida y al desarrollar unacantidad de calor apreciable en su reacción, si se concentran en exceso losproyectiles, pueden originarse corrientes de aire ascendentes que eleven de-masiado la nube.

6.2.5.2. Anhídrido sulfúrico (SO3).

Este compuesto sigue en eficacia al fósforo, pero es imprescindiblecontar con suficiente vapor de agua en la atmósfera, para que la nube seadensa.

Se obtiene a nivel industrial mezclado con ácido sulfúrico, mezcla co-nocida con el nombre de oleum, que puede presentarse en forma líquida o só-lida, dependiendo de las proporciones de la solución. En estado puro, elanhídrido, es un líquido que hierve a 45º C.

Al reaccionar el anhídrido sulfuroso (o el oleum) convenientementepulverizado con el vapor de agua, se produce ácido sulfúrico, reacción bas-tante exotérmica, que puede ayudarse haciendo gotear el anhídrido sobre calviva (más exotérmica aún), con el inconveniente de que no se pueden concen-trar en exceso los proyectiles para evitar corrientes de aire ascendentesque disipen la nube. Cuando el ácido sulfúrico se enfría, se condensa en pe-queñas gotas.

Aparte de emplearse en proyectiles, puede emplearse tambiénen genera-dores mecánicos de humo.

Produce picores e incluso quemaduras, en las partes no protegidas delorganismo.

6.2.5.3. Ácido clorosulfónico (S03HCl).

Se trata de un líquido que hierve a 158º C y reacciona con el vapor deagua atmosférico, produciendo ácido clorhídrico (ClH) y ácido sulfúrico, quese condensan en forma de pequeñas gotas, dando lugar a la niebla.

Al ser líquido a las temperaturas normales de manejo, se facilitaenormemente su manejo, pudiéndose dispersar en frío o en caliente.

La niebla generada con este agente, tiene el inconveniente de ser muyactiva cerca del origen de emisión, atacando metales y tejidos, produciendopicor en la piel y en los ojos e, incluso, quemaduras. Basta alejarse 100 m.del origen de la emisión para que los efectos no sean preocupantes, aunqueno desaparezcan del todo.

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6.2.5.4. Cloruros de estaño, silicio y titanio.

Para evitar inconvenientes del peligro de inf lamaci6n del fósforo ola toxicidad del anhídrido sulfúrico, se recurrió a los cloruros de estaño,silicio y titanio. Son líquidos que, evaporados o pulverizados, reaccionancon el vapor de agua atmosférico, produciendo ácido clorhídrico (líquido) yel hidrato correspondiente (sólido), que se condensan en pequeñas gotas ypartículas sólidas, respectivamente, dando lugar a la nube.

SnCl4 + 4H20 6 Sn(OH)4 + 4 ClH

SiCl4 + 4H20 6 Si(OH)4 + 4 ClH

TiCl4 + 4H20 6 Ti(OH)4 + 4 ClH

Al ser agentes líquidos se prestan a una amplia gama de procedimientosde dispersión, desde la pulverización a la detonación, y encuentran aplica-ciones en generadores mecánicos de humo.

Tienen el grave inconveniente de necesitar un alto grado de humedadpara que la nube que se forme tras la reacción sea densa, siendo en cual-quier caso, sus nubes menos densas que las de los anhídridos, además de te-ner elevado precio.

Para mejorar la opacidad de las nubes, se inyecta simultáneamente a lavaporización del cloruro (sobre todo de titanio) amoniaco vaporizado, reac-cionando en este caso:

TiCl4 + 4 NH3 + 4 H20 6 Ti(OH)4 + 4 NH4CL

tanto el hidrato de titanio como el cloruro amónico son sólidos, resultandoun humo de gran poder de ocultación.

6.2.5.5. Mezcla de un cloruro con cinc en polvo.

Al hacer reaccionar un cloruro orgánico con cinc en polvo se producecloruro de cinc vaporizado, pues esta reacción se hace mediante calor. Elcloruro de cinc reacciona de forma análoga a los cloruros anteriores, produ-ciendo hidrato de cinc y ácido clorhídrico. En esta reacción se obtiene unanube blanca muy densa, sin necesidad de recurrir al amoniaco. Por otro lado,una vez iniciada la reacción entre el cloruro orgánico y el cinc en polvo,el calor generado en la misma es suficiente para mantener dicha reacción,con la ventaja que ello reporta.

El primer cloruro que se empleó fue el tetracloruro de carbono, siendosu reacción con el cinc:

Cl4C6 + 2 Zn 6 2 ZnCl2 + C

Es la llamada mezcla Verger. Tiene, sin embargo, el inconveniente desu f alta de homogeneidad al ser el cinc un polvo muy denso y el tetracloru-ro de carbono un líquido muy volátil (que exige además, el cierre herméticodel recipiente) . Para solucionarlo se embebe el tetracloruro en carbonatode magnesio (primero se empleó, tierra de infusorios) . El carbonato se des-compone por calor formando:

MgCO3 6 MgO + C02

Por otro lado, el calor generado en la reacción entre el cloruro y elcinc es excesivo (1200º C), puesto que el cloruro de cinc se vaporiza a 730ºC. Es pues, necesario absorber el exceso de calor, que se consigue, en par-te, con el carbonato de magnesio y añadiendo cloruro de amonío, este últimoal vaporizarse, aumente aún más la producción de fumígeno. Por último, para

6-13

evitar el tono gris de los humos se añade una sustancia oxidante, clorato onitrato, para quemar los residuos de carbono.

Con todas estas complicaciones se buscó otro cloruro orgánico paramezclar con el cinc en polvo. El más empleado actualmente es el hexacloroe-tano, que al ser sólido, permite una gran homogeneidad a la mezcla. La reac-ción con el cinc es:

Cl6C2 + 3 Zn + 2 O2 (aire) 6 2 C02 + 3 Cl2Zn

Esta es la mezcla más empleada en la actualidad, tanto en botes de hu-mo, como proyectiles.

6.2.5.6. MBA.

Es un agente recientemente desarrollado por los Estados Unidos de Nor-teamérica, consistente en una mezcla de boro, potasío, clorato y dioxido detitanío. Su opacidad no depende tanto del grado de humedad como en los casosanteriores (este dato, al carecer de más información, nos induce a pensarque es un agente s6lido) y no es t6xico.

6.2.6. AGENTES FUMIGENOS PARA SENALES.

Para generar nubes para señales, se emplean sustancias combustiblesmezcladas con compuestos orgánicos, tales como la lactosa, índigo, antrace-no, etc. Dichas nubes son visibles a varios kilómetros en tiempo claro.

En España se fabrican botes de señales, que generan humos de colorblanco, negro, verde, azul, amarillo, naranja, rojo y morado.

6-14

BIBLIOGRAFIA

(1) Academia de Artillería. Agresivos químicos. Imprenta de la Aca-demia.

(2) Babor, Joseph A.; Ibarz Arnáez, José. Química general moderna(una introducción a la Química física y a la Química descriptivasuperior (inorgánico, orgánica y bioquímica)) Barcelona. ManuelMarín y Cía. 19738.

(3) Centro de Enseñanza NBQ. Manual informativo de defensa química.Madrid. Servicio Geográfico. 1986.

(4) Cuasante García, José LuiS. Manual de explosivos. Valdemoro. Es-cuela TEDAX,s.-GC. 1989.

(5) Department of the Army. FM 3-5. Tactics and technique of chemi-cal, biological and radiological warfare. Department of the Ar-my. September. 1954.

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(12) Rheimnetall. Handbook on weaponry. Düsseldorf. Rheimetall Indus-triewerbung GmbH. 19822 .

(13) Sears, Francis; zemansky, Mark. Física general. Madrid. Aguilar.19624.

7-1

CAPITULO 7

7 AGENTES INCENDIARIOS

7.1. GENERALIDADES.

Los agentes incendiarios son generalmente, compuestos o mezclas quími-cas que presentan gran afinidad por el oxígeno, reaccionando con éste y li-berando, como producto de la reacción, gran cantidad de calor, que aplicadoal material combustible que se desee atacar, provoca su inflamación al supe-rar su punto de ignición.

Algunos autores los denominan también compuestos pirofóricos, si biendichos compuestos pueden considerarse como una parte del conjunto de losagentes incendiarios, pues reaccionan de forma espontánea al contacto con elaire. En cualquier caso, la característica distintiva de los agentes incen-diarios (Cuadro 7. 1) es el gran calor de combustión que desprenden (entre800 y 16300 Kcal/Kg) y las grandes temperaturas que alcanzan en su combus-tión (de 600 a 2500º C).

Calores de combustión de compuestos metálicos orgánico

Material Kcal/Kg Material Kcal/Kg

Boro

Berilio

Silicio

Aluminio

Magnesio

Titanio

Circonio

Cinc

16.300

15.000

7.200

7.000

6.000

4.600

2.800

1.500

Aguarrás

Gasolina

Tolueno

Naftaleno

Alcohol etílico

Madera de roble

10.800

10.400

10.200

9.600

7.100

4.000

Cuadro 7.1.

7.2. RESEÑA HISTORICA.

El fuego ha sido siempre un medio de lucha empleado por el hombre des-de la más remota antigüedad. En el ataque a las ciudades y en el mar, elfuego griego fue el primer producto pirotécnico utilizado como agente incen-diario, y se cree que estaba compuesto por una mezcla de azufre, alcanfor yotras sustancias combustibles fundidas con nitrato potásico.

El empleo del fuego no decayó con la aparición de la pólvora, ya queésta primero, y los explosivos rompedores después, producen fuentes de calorsuficientes para producir el fuego si encuentran materiales combustiblesadecuados. De esta forma, desde el siglo XVI se añadía a la pólvora negra delos proyectiles, combustibles lentos, que gracias a su acción retardadora,aseguraban la propagación del incendio al reaccionar la pólvora.

Durante el siglo pasado el importante desarrollo que tuvieron loscohetes se vio favorecido por el empleo en grandes cantidades de mezclas in-cendiarias en su interior, siendo los ingleses los pioneros en este empleo.

Pero fue durante la II Guerra mundial cuando se emplearon con profu-sión las bombas incendiarias contra ciudades con efectos devastadores y apa-recen los lanzallamas portátiles, muy empleados en zonas de abundante vege-tación y contra fortificaciones.

7-2

Hoy en día, se ha perfeccionado notablemente la composición de lasmezclas incendiarias, obteniéndose productos que se inflaman, produciendoincendios de muy difícil extinción.

7.3. REACCIÓN DEL AGENTE INCENDIARIO.

La mecánica de originar un fuego por medio de sustancias ignígenascomprende tres hechos fundamentales:

- Un fuerte calor que actúe como cerílla para iniciar la combustiónde la mezcla incendiaria. Para que esta energía de iniciación seala menor posible se recurre a emplear sustancias sensibles de mane-ra que, mezcladas con otras no tan sensibles, el calor generado enla combustión de las primeras sea suficiente para ir activando lassustancias menos sensibles, que dan, generalmente, más calor.

Por contra, hay sustancias que al entrar en contacto con elaire (o incluso con la luz) se inflaman espontáneamente, con laventaja que supone el ahorro de un sistema de iniciaci6n, pero elgrave inconveniente de la peligrosidad de su manejo. Es preferiblebuscar sustancias de las citadas en el párrafo anterior.

- Una vez iniciado el fuego en la mezcla, necesitamos una cantidadsuficiente de material combustible (es decir, de agente incendia-rio) para que se genere el suficiente calor y se eleve la tempera-tura, para que el blanco que se quiere incendiar, arda. La mezclaincendiaria entra en reacción con suficiente velocidad (aun siendode iniciación progresiva, como la descrita en el punto anterior) demanera que se genera un gran golpe de calor, que provoca la igni-ción de los materiales con los que está en contacto.

- Una vez que se inflama el material que se quiere destruir, necesi-tamos que el agente incendiario siga ardiendo para que el blanco semantenga ardiendo y para que sea difícil extinguir el incendio porla dificultad de acercarse a él, dadas las altas temperaturas quese generan.

7.4. AGENTES INCENDIARIOS.

Haremos un estudio de los agentes más empleados agrupados en dos ti-pos, especificando la reacción que sufren, su empleo más característico ylos efectos que se consiguen, así como las técnicas para la extinción de losincendios que producen.

7.4.1. TIPOS DE AGENTES INCENDIARIOS.

Calores y temperaturas de diversos agentes incendiarios

Materia

Calor de

combustión

Kcal/Kg

Temp. º C Tipo

Termita

magnesio

Fósforo blanco

Gasolina

Gel pirotécnico

800

6.000

5.800

10.400

7.000

2.400

2.400

670

1.000

Intensivo

Intensivo

Dispersivo

Dispersivo

Dispersivo

Cuadro 7.2.

7-3

7.4.1.1. Agentes incendiarios de tipo intensivo.

Estos agentes incluyen en su composición el combustible y el comburen-te y se caracterizan (Cuadro 7.2.) por arder a altas temperaturas y porquesu fuego es retenido por una pequeña masa compacta. Son útiles para blancosde escasa combustibilidad y para materiales metálicos.

Los compuestos más empleados de este tipo de agentes son las termitasy los termatos y se usan para cargar granadas de mano y en algunos casos enbombas de aviación dispersaras de granadas.

Como consecuencia de su composición, este tipo de agentes que aportancombustible y comburente en su reacción, no dependen del oxígeno para arder,por lo tanto sus incendios son imposibles de extinguir con los procedimien-tos convencionales de sofocación (aislamiento del oxígeno atmosférico). Aesto se une la enorme temperatura desarrollada, que dificulta el poder acer-carse, siquiera, a las llamas y el contener elementos muy reductores que alcontacto con el agua, reaccionan violentamente, produciendo en determinadoscasos, detonaciones.

7.4.1.2. Agentes incendiarios de tipo dispersivo.

Son aquellos que solo aportan el combustible, empleando como comburen-te el oxígeno atmosférico. Su característica más importante es que se despa-rraman sobre amplias zonas del blanco. Se les denomina también agentesscatter (del inglés, scatter: dispersar). No alcanzan grandes temperaturas,pero al arder durante más tiempo que los intensivos, la transferencia deenergía al blanco llega en algunos casos a superar a la que se obtiene conlos agentes dispersivos (Cuadro 7.2.).

Los productos coloidificados del petróleo y el f6sf oro blanco sonprototipos de este tipo de agentes. Se emplean fundamentalmente en lanzalla-mas, los primeros (ya sean portátiles o montados sobre vehículos), y en bom-bas de aviación tanto unos como otros; el fósforo blanco es propio de losproyectiles incendiarios de artillería. Se emplean para incendiar estructu-ras fácilmente inflamables o contra personal bien directamente por las lla-mas, bien indirectamente por la falta de oxígeno como consecuencia de lacombustión. Hay que valorar también el enorme efecto moral de este tipo deagentes incendiarios sobre el personal dentro de vehículos acorazados o for-tificaciones fuertemente organizadas, cuando de acciones ofensivas se trata,o contra tropas en el asalto, en las acciones defensivas. Existen tambiénciertos ingenios incendiarios que se mezclan en los campos de minas con laspropias minas, aumentando la eficacia como obstáculo de dicho campo de mi-nas.

Los incendios producidos por este tipo de agentes se combaten separan-do el oxígeno atmosférico del agente (este método se denomina extinción porsofocación) . El agua es el elemento corrientemente empleado en este tipo deextinciones, sin embargo, hay que tener en cuenta que los hidrocarburos flo-tan sobre el agua y que el fósforo, una vez evaporada el agua, vuelve areaccionar de forma espontánea al entrar en contacto con el aire, por lo quehay que buscar otro elemento para sofocar el incendio. El medio más eficazes el extintor de nieve carbónica (mejor aun que el de polvo seco) pues a lavez que separa el combustible del oxígeno, enfría el combustible.

7.4.2. Composición de un agente incendiario.

Como en toda combustión, para que un agente incendiario reaccione co-rrectamente necesitamos la presencia de un combustible, que muchas veces seidentifica como el agente incendiario; un comburente, que puede ir mezcladocon el combustible o puede ser el oxígeno atmosférico, según sea un agenteintensivo o dispersivo; y en la mayoría de los casos, nos encontramos, ade-más, una serie de sustancias que mejoran defectos de homogeneidad (ligantespoliméricos); flegmatizan la mezcla (los mismos ligantes poliméricos reali-

7-4

zan esta otra función); favorecen la ignición del agente incendiario a bajatemperatura o elevan la temperatura de combustión (compuestos metálicos deelementos pesados), aumentadores de la adherencia,etc. Todos ellos se puedenagrupar bajo el término aditivos, y si bien no son imprescindibles para lacorrecta reacción del agente incendiario, si mejoran sus propiedades encuanto a estabilidad, sensibilidad, energía transferida al blanco, intensi-dad de la llama, etc.

7.4.2.1. Factores que influyen en la eficacia de un agente incendiario.

La bondad de un agente incendiario no solo se determina en función delos aditivos que contenga la mezcla, sino que hay una serie de factores quevan a determinar la superioridad de un agente sobre otro para actuar sobreun determinado objetivo. Entre estos factores encontramos:

- La cantidad de calor que puede suministrarse a un blanco, que de-pende de la propia naturaleza del agente incendiario, y que vienedeterminada, a su vez, por la velocidad de combustión de la mezclay por el tiempo que ésta es capaz de estar ardiendo. La cantidad decalor determina si un blanco puede o no calentarse a su temperaturade inflamación.

- La intensidad de la temperatura de la combustión determina el tipode material que puede incendiarse.

- El tipo de transmisión de calor, que decidirá si el agente es o noeficaz sobre superf icies horizontales o verticales. Así, la gaso-lina en forma de gel, que calienta por convecci6n, producirá mayorefecto sobre superficies verticales que horizontales.

- El carácter del residuo de la mezcla, especialmente para polvos me-tálicos, determina si continuará o no emitiéndose calor radiante oconductivo, que reavíve el fuego después de cesar la llama.

- La estabilidad química de un incendiario, precisará si la mezclaretiene su eficacia original durante largos periodos de tiempo encondiciones variables de almacenamiento y determinará la seguridaddurante su fabricación y llenado de los proyectiles.

7.4.2.2. Influencia de las condiciones meteorológicas en los agentes incen-diarios.

Sobre los agentes de tipo intensivo apenas tienen inf luencia. Sobrelos de tipo dispersivo, las condiciones meteorológicas, pueden incluso, de-saconsejar su empleo, en circunstancias muy desfavorables.

Este tipo de agentes incendiarios, sobre todo los hidrocarburos geli-ficados empleados en los lanzallamas portátiles, se ven muy afectados por lavelocidad y dirección del viento, que desvía el chorro de agente en llamas,pudiendo incluso, acortarse el alcance de manera peligrosa.

La lluvia en general no afecta mucho a este tipo de agentes incendia-rios, que además flotan sobre el agua, pero sí la nieve, que una vez que caeal suelo, disminuye considerablemente la eficacia de este tipo de incendia-rios.

7.4.3. AGENTES INTENSIVOS.

7.4.3.1. Mezclas de tipo termita.

Son llamadas también mezclas aluminotérmícas y emplean el calor produ-cido en ciertas reacciones de oxidaci6n-reducción para provocar incendios.Esta reacción empleada a nivel industrial para fundición de aceros, recibe

7-5

el nombre de aluminotermía, pues es el aluminio el elemento más empleado co-mo reductor.

Ya eran conocidas desde varios años antes de la I Guerra Mundial, yfueron empleadas por los aliados durante la II Guerra Mundial, empleandofundamentalmente, en este caso, magnesío.

Posteriormente se empleó aluminio, que al mezclarlo con óxido de hie-rro (la proporción más frecuente es 25-75, respectivamente) , recibe el nom-bre de termita, y de ahí, por extensión, todas las mezclas de este tipo.Suele abreviarse como TH.

La reacción debe iniciarse mediante una fuente externa de energía (noes espontánea), que puede proceder de una espoleta o de la propia energíadel impacto. Una vez iniciada se verifica la oxidación del aluminio de lasiguiente manera:

8 Al + 4 Fe2O3 6 4 AL2O3 + 8 Fe

En dicha reacción se pueden llegar a alcanzar los 30000 C de tempera-tura, aunque se produce con tanta rapidez y es tan pequeña su masa ignea,que los objetos circundantes no tienen tiempo de alcanzar su temperatura deinf lamaci6n. Por eso es frecuente acompañarla de otro combustible para pro-ducir incendios. Entre otros se han empleado como combustible: sodio, pota-sio, parafina, alquitrán, asfalto y plomo rojo, obteniéndose una masa que seconsolida mediante presión o amasándola con silicato potásico.

Se emplea tanto en granadas de mano como en proyectiles de artilleríao bombas de aviación.

Una mejora en la composición de la termita, la constituyen los terma-tos, que no son más que una termita reforzada con un oxidante fuerte, gene-ralmente, nitrato de bario, (NO4)2Ba.

7.4.4. AGENTES DISPERSIVOS.

7.4.4.1. Mezclas de fósforo blanco.

El fósforo blanco ya se describió al tratar de agentes fumígenos. Lacapacidad de producir incendios le viene de su avidez por el oxígeno, con elque reacciona de forma espontánea cuando entra en contacto con él, elevándo-se notablemente la temperatura y produciendo la combustión de las sustanciascapaces de arder en su contacto.

Ha sido de los agentes pirofóricos más empleados en la I y II Guerrasmundiales, siempre en combinación con otros combustibles, entre los que cabecitar: azufre, sulfuro de carbono, glicerina, petróleo y sobre todo con so-luciones de caucho y polímeros de hidrocarburos de alto peso molecular. Larazón de estas mezclas se explica al comprobar que su temperatura de reac-ción es relativamente baja, a pesar de entregar gran calor de combustión, loque únicamente lo hace apto para materiales fácilmente inflamables, salvoque la llama se prolongue durante el tiempo suficiente como para iniciar lacombustión de otras sustancias menos inflamables.

Además, como es sabido, tiene el grave inconveniente de reaccionar es-pontáneamente ante la presencia de oxígeno, lo cual exige un manejo cuidado-so.

7.4.4.2. Mezclas de metales ligeros con oxisales.

Los metales ligeros, tales como el aluminio y el magnesio, convenien-temente iniciados, reaccionan con el oxígeno atmosférico produciéndose sucombustión y una elevada temperatura. Sin embargo, la iniciación necesariapara comenzar la reacción es muy grande.

7-6

Se puede disminuir la energía de activación de la reacción, añadiendoun compuesto rico en oxígeno (perclorato, nitrato, etc.). Debe dejarse partedel aluminio para reaccionar con el oxígeno, pues su reacción desprende mu-cho más calor (7000 Kcal/Kg), frente a la energía generada por la reacciónentre el metal y la oxisal (en el caso del aluminio con preclorato potásico,el mayor d toda la gama, se desprenden 2400 Kcal/Kg).

7.4.4.3. Líquidos combustibles.

Se han empleado frecuentemente líquidos combustibles derivados del pe-tróleo, que se queman aprovechando el oxígeno atmosférico, inicialmente enlos lanzallamas y espesándolos convenientemente, en bombas de aviación o enlanzallamas de mayor alcance.

Los combustibles empleados son todos hidrocarburos, y pese a ser con-siderados como el combustible ideal (son muy abundantes y baratos y de altopoder calorífico), no son fáciles de usar en estado líquido: en los proyec-tiles se pulverizaría al estallar la carga interna, provocando un efecto si-milar a los explosivos FAE. y en lanzallamas su alcance y dirección se venmuy influenciadas por el viento y la resistencia al aire, razón por la cualse hace necesario espesarlos de alguna manera.

Con combustibles lo suficientemente espesos, de temperatura de combus-tión relativamente baja, se añaden polvos metálicos para aumentarla. Es elcaso de la mezcla de asfalto, polvo de magnesio y residuos oleaginosos conque se cargaban las bombas de aviación llamadas Goop, lográndose en este ca-so una mezcla de difícil extinción, muy pegajosa (incluso en chapas) , quepor contra tenía el inconveniente de tener poco calor de combustión (725Kcal/Kg y 10000 C), necesitar una temperatura de iniciación muy alta y serde difícil manejo en la carga de bombas.

Para aumentar la consistencia de los hidrocarburos de mayor poder ca-lorífico se emplean los denominados espesadores de hidrocarburos, de los quesobresale el Napalm, que mezclados en la proporción adecuada, forman un gelde mayor o menor fluidez, conforme a las necesidades.

La mezcla de hidrocarburo y espesador puede hacerse tanto en frío comoen caliente. Se emplea tanto en lanzallamas portátiles, como montados sobrevehículo (con mezcla más espesa y mayor alcance) y en bombas de aviación,principalmente. La mezcla debe hacerse inmediatamente antes de su empleo yno debe almacenarse durante mucho tiempo, pues rápidamente (en varios meses)comienza a perder propiedades.

Los hidrocarburos más empleados en las mezclas con espesador, son loscíclicos, pues con ellos se logra una mayor consistencia en la mezcla y unamayor adherencia.

7.4.4.3.1 Napalm.

Es el espesador de hidrocarburos comúnmente empleado, que originaria-mente consistía en una mezcla de naftenatos y palmitatos de aluminio (jabo-nes de aluminio). De ahí deriva el vocablo NA-PALM. Recientemente se añade ala mezcla citada, oleatos de aluminio1.

La mezcla de estos tres compuestos forma una masa sólida o parecida ala goma dura, en forma de gránulos similares a los detergentes domésticos,que es insoluble en agua, y con un color blanco o grisáceo. Estos gránulos

1 Las proporcionas más empleadas son:

Ácidos grasos de coco y palma: 50%

Ácido oleico: 25%

Ácido nafténico: 25%

7-7

añadidos a los hidrocarburos, en proporciones que van desde el 5 al 13%-,inicialmente se hinchan para dar al final una masa gelificada de fluidez in-versamente proporcional a la cantidad de napalm empleado.

Es frecuente denominar napalm al gel que forman el napalm y el hidro-carburo, aunque aquél entre en una proporción mínima en la mezcla. Es máscorrecto denominarlo hidrocarburo gelatinizado o hidrocarburo gelifícado.

El napalm es muy susceptible de sufrir oxidación, por lo que debe al-macenarse en recipientes herméticos o añadirle sustancias antioxidantes,aunque la mejor solución es emplearlo inmediatamente después de fabricado.

A la citada mezcla se le puede añadir otras sustancias que influyensobre las características del agente incendiario. Se han usado: fósforoblanco, magnesio, aluminio en polvo, etc. Si el aditivo que se añade es elsodio metálico, el agente incendiario se inflama espontáneamente al contactocon el agua o la nieve. A este incendiario se le denomina, corrientemente,supernapalm.

Los hidrocarburos espesados de esta forma se emplean, además de enlanzallamas y bombas de aviación, en minas incendiarias o en fosos paracrear obstáculos contracarro o contrapersonal.

7.4.4.4. Mezclas de fósforo rojo.

Las recientes investigaciones para aprovechar las características in-cendiarias del fósforo rojo han obtenido sus frutos. La principal ventajadel fósforo rojo sobre el blanco, es que aquél presenta una disminución ensu inflamabilidad al contacto con la luz o el aire. De esta forma, se hancreado recientemente, mezclas de fósforo rojo con metales ligeros con peque-ñas adiciones de oxisales, que desprenden mucho calor y desarrollan una altatemperatura (2000º C) . Presentan además, una llamarada deslumbradora, abun-dantes humos espesos y molestos, pero no tóxicos, a diferencia de los humosdel fósforo blanco. Por esta abundancia de humos, a este tipo de mezclas, selas llama con frecuencia, incendiario fumigena.

Tienen, a su vez, una serie de inconvenientes, de los que diremos quenecesita una alta temperatura de iniciación, y una vez que ha sido iniciada,su combustión es muy rápida en contacto con el aire, además de tener menoradherencia que el fósforo blanco.

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BIBLIOGRAFIA

(1) Academia de Artillería: Agresivos químicos. Imprenta de la Aca-demia de Artillería. Segovia.

(2) Centro de Enseñanza NBQ.: manual informativo de defensa química.Madrid, Servicio Geográfico. 1986.

(3) Department of the Army: FM 3-5. Tactics and technique of Chemi-cal, Biological and Radiological warfare. Department of the Ar-my, September 1954.

(4) Department of the Army: TM 9-1910. Military explosivas. De-partment of the Army and the Air Force, April 1955.

(5) Estado Mayor del Ejército: M-0-4-21. Manual. Protección NBQ. delas Pequefías Unidades. Servicio Geográfico del Ejército. 1989.

(6) Lobato Bragado, Félix: "Una nueva mezcla incendiaria fumígena".Memorial de Ingenieros de Armamento nº 67, 1977.

(7) Rheinmetall: Handbook on weaponry. Düsseldorf. Rheimetall Indus-triewerbung GrnbH. 19822.

8-1

CAPITULO 8

8 AGENTES ILUMINANTES

8.1. INTRODUCCIÓN.

La llegada de la noche ha supuesto, normalmente, la interrupción delcombate, aunque siempre se ha usado para otros fines relacionados con él,como pueden ser: descanso, movimiento de unidades o incluso acciones de com-bate a nivel de patrullas o pequeñas unidades, muy localizadas en tiempo yespacio y con un gran componente de sorpresa.

Desde hace varios siglos, el hombre ha intentado superar el grave inconve-niente que presenta la oscuridad para las operaciones de combate. Ya en 1592, LuisCollado trata en su libro "Plática Manual de Artillería", sobre artificios de ilu-minación lanzados por cohete, y a lo largo de la historia se suceden las noticiassobre elementos de este tipo, aunque su empleo no se generalizó hasta la I GuerraMundial, en la que se hizo un amplio uso de agentes iluminantes y de señales.

En la II Guerra Mundial se amplió el uso de este tipo de agentes,siendo empleado tanto para observación y combate terrestres, como para ob-servación y fotografía aéreas o incluso bombardeo.

La aparición de medios de visión nocturna ha disminuido, en parte, elempleo de agentes iluminantes. Sin embargo no todas las operaciones en lasque se necesita "luz" pueden ser realizadas con este tipo de elementos. Con-cretamente, las acciones de hostigamiento de las posiciones enemigas, o se-ñalamiento de objetivos, o incluso la de perturbar los medios de visión noc-turna enemigos (según cita el Reglamento R-3-6-5, Observador Avanzado de Ar-tillería de Campaña), solo se pueden realizar si se dispone de proyectilesiluminantes. Además, la escasez de los medios de visión nocturna impiden suempleo masivo en nuestras Unidades, por lo que se hará necesario contar conuna dotación de municiones de iluminación.

Los agentes iluminantes se pueden emplear de tres formas muy diferen-tes:iluminación del campo de batalla (con las finalidades citadas en el R-3-6-5), realizar señales y materializar la trayectoria de un proyectil en elaire (elemento trazador). En todas ellas, la composición del elemento ilumi-nante no sufre grandes variaciones ni en forma, composición ni funcionamien-to.

8.2. AGENTES ILUMINANTES.

8.2.1. COMPOSICIÓN.

Podemos definir el concepto de agente iluminante, como aquella mezclade elementos finamente divididos y, generalmente, comprimidos dentro de unrecipiente pequeño, que, cuando arden, irradian una cantidad apreciable deenergía en las regiones ultravioleta, visible e infrarrojo del espectro,aunque la energía en la región visible es la que normalmente se aprovecha.

Los ingredientes básicos de un agente iluminante son un combustible yun oxidante, a los que se les agregan una serie de aditivos con múltiplesfunciones, que iremos detallando más adelante.

Agentes iluminantes empleados en proyectiles% % % %

Nitrato sódicoMagnesio, tipo III, 30/50

Magnesio, tipo III, gran 17Aglutinante

36

5212

3655

9

4048

12

4444

12Intensidad luminosa(cand.)Tiempo de combustión(seg)

25000030

50000060

50000060

106

60

8-2

Entre los combustibles, los más empleados son el magnesio y el alumi-nio en polvo, aunque también se emplean el silicato cálcico, carbón vegetal,azufre, silicio, zirconio, titanio e hidrocarburos metálicos.

El compuesto empleado como oxidante viene condicionado, muchas veces,por el color deseado, la intensidad luminosa y la velocidad de combustión.Entre las sustancias más empleadas están: nitratos de bario, estroncio, so-dio y potasio; percloratos amónico y potásico; y los peróxidos de bario, es-troncio y plomo.

Los aditivos que se añaden a la mezcla combustible-oxidante, puedenagruparse según su función principal, en:

- Colorante: es el encargado de intensificar el color de la luz emi-tida durante la combustión, color que se obtiene con el oxidanteadecuado. Se utilizan, generalmente, compuestos orgánicos, debido asu menor higroscopicidad. Cabe citar, entre los más frecuentes:hexclorobenceno, cloruro de polivinilo y ceras, caucho y plásticoclorados.

Es frecuente que, a la vez de reforzar el color, sirvan paradisminuir la velocidad de combustión.

- Retardadores: empleados en la disminución de la velocidad de com-bustión de la mezcla combustible-oxidante, sin influir (es loideal) en el color o en la intensidad de la luz generada.

Algunas sustancias son inertes y otras participan activamentede la combustión, pero lógicamente, a una velocidad muy inferior ala del combustible.

Las sustancias más empleadas son: carbonato cálcico, peróxidode sodio, dióxido de titanio, parafina, aceites, asfalto y azufre.

También es frecuente, que para disminuir la velocidad de com-bustión, el oxidante no esté en la cantidad requerida para quemartodo el combustible, siendo necesaria la participación del oxígenoatmosférico.

- Aglomerantes: estos aditivos son necesarios dada la necesidad decomprimir las mezclas para aprovechar al máximo el poco espaciodisponible dentro de los envases utilizados. A esta función se lesuma la necesidad de flegmatizar la mezcla para que resulte aptapara proyectiles de artillería o morteros.

Cloruro de polivinilo, asfalto o la cera, eran normales comoaglutinantes, aunque modernamente, con la aparición de los políme-ros, han sido sustituidos en su mayoría.

- Antihigroscópicos: tanto el aluminio como el magnesio reaccionancon la humedad formando el hidróxido correspondiente:

Mg + 2 H20 6 Mg(OH)2 + H2

2 Al + 6 H2O 6 2 Al(OH)3 + 3 H2

además, los oxidantes empleados, pueden reaccionar entre sí en pre-sencia de humedad y afectar a la mezcla que puede arder a mucha ve-locidad o incluso explosionar, aparte de elevarse su insensibilidada la iniciación.

Por todo ello se hace necesario emplear sustancias que man-tengan seca la mezcla. Se emplean en esta función aceites y ceras.

8.2.2. CARACTERISTICAS DE LOS AGENTES ILUMINANTES.

Al ser sustancias que siguen un proceso de manipulación, carga y alma-cenamiento similar al del resto de sustancias explosivas o pirotécnicas, hande presentar en su justa proporción la estabilidad (química y física), sen-

8-3

sibilidad (a la iniciación, pero no al choque, fricción, etc.), higroscopi-cidad, etc, que se exigen del resto de sustancias explosivas.

Pero dentro de su función específica, hay una serie de conceptos quepermiten determinar la superioridad de una composición determinada sobreotra. Estas características, son:

8.2.2.1. Intensidad luminosa.

Se expresa en Candelas1, que es la unidad establecida internacionalmen-te en comparación con una lámpara patrón. Modernamente, se ha sustituido laCandela por la Bujía Internacíonal (BI), que equivale a 1,02 Candelas.

Hay autores que expresan la cantidad de luz como la intensidad lumino-sa por unidad de superficie (Luminancia), valor éste que es más exacto a lahora de comparar entre varias sustancias, debido a que la intensidad lumino-sa puede variar en función del área del agente que se está quemando. La lu-mínancía se expresa en candelas por metro cuadrado (o cm2).

8.2.2.2. Velocidad de combustión.

Se expresa en cm/min e indica la cantidad de agente que se quema porunidad de tiempo, de un cilindro de diámetro predeterminado, que se iniciapor uno de sus extremos.

8.2.2.3. Color.

El color de un agente iluminante está en relación con la longitud deonda de la energía que irradia. Si en la combustión se emiten ondas de todaslas longitudes de onda del espectro visible, la luz será blanca (entre elrojo y el violeta), sino, la tendencia del color será aquel cuya longitud deonda sea mayoritaria.

Hay procedimientos para establecer la intensidad del color emitido,que se basan fundamentalmente, en medir la emisión de luz a través de variosfiltros, con lo que queda definido por su valor numérico. En la práctica,dicha distinción entre tonalidades, no tiene relevancia alguna.

8.2.2.4. Eficacia de la iluminación.

ES un valor que se determina en función de la intensidad luminosa (másconcretamente, la lumínancía), velocidad de combustión y la densidad delagente, expresándole en candelas por gramo o por mílímetro.

Se emplea para comparar entre agentes iluminantes susceptibles de serempleados en un ingenio determinado, siendo más apto, cuanto mayor sea laexpresion numerica de la eficacia de iluminación.

8.2.2.5. Factores que influyen en la combustión.

Como todo proceso de combustión, tanto la velocidad como los productosque se generan en la combustión de un agente iluminante, se ven afectadospor el estado en que se encuentra y las condiciones externas.

Los factores más importante a tener en cuenta son:

1 Unidad fotométrica internacional basada en la radiación de un cuerpo

negro a la temperatura de solidificación del platino. Dicha radiación, porcentímetro cuadrado, equivale a 60 candelas.

8-4

- Superficie de combustión: un aumento en la superficie de combustión(cilindro de mayor diámetro) produce un aumento en la intensidadluminosa y, experimentalmente, se deduce además que provoca unadisminución en la velocidad de combustión.

Esto se debe a que cuando la superficie de agente iluminanteque se está quemando es lo suficientemente grande, emplea oxígenoatmosférico, lo cual disminuye la velocidad de combustión. Para su-perficies menores la combustión aumenta su velocidad en detrimentode la intensidad luminosa, mientras que si la superficie supera unvalor ideal, disminuyen tanto la luminancia como la velocidad. Hayque buscar el valor ideal en que la luminancia se hace máxima conla menor velocidad de combustión.

Efectos de la variación de la superficie de combustión

Superficie de com-bustión

(pies2)2

Intensidadluminosa

(Cand)

Luminancia

(Cand/pie)

Velocidad

combustión

(pies/min)

2,7

3,4

5,0

10,8

446000

602000

726000

1426000

165000

177000

145000

132000

14,3

14,0

13,9

13,4

- Densidad del agente: que es consecuencia directa de la presión conla que se carga el agente en su envase.

Composición de MAGNESIO Composición de ALUMINIODensidad

(PSI) Cand/pie2 Pies/min Cand/pie2 Pies/min

5800

10000

14400

17600

78300

81800

90000

93000

9,8

9,1

9,0

9,0

41400

39100

41400

39000

7,0

5,9

5,9

5,3

En las mezclas que contienen como combustible magnesio, a ma-yor densidad, mayor luminancia y menor velocidad de combustión;mientras que en las mezclas con aluminio, disminuyen tanto la velo-cidad como la luminancia, a medida que aumentamos la densidad.

- Pureza de los ingredientes y tamaño de sus partículas: cuanto máspequeña es la partícula de un agente, a igualdad de otros factores,mayor será también su luminancia, pero también su velocidad de com-bustión, como consecuencia del aumento del área de combustión.

La forma de las partículas también interviene, así, el magne-sio en escamas presenta mayor velocidad de combustión que el magne-sio pulverizado, debido a la mayor superficie de combustión delprimero.

2 1 pie = 30,38 cm

8-5

- Envase: la naturaleza del envase modifica tanto la luminancia comola velocidad de combustión, haciéndose máximas para envases metáli-cos y mínimas para envases combustibles.

Efectos de diversos envases

PAPEL BAQUELITA ACETATO DE CELULOSA

Cand/pie2

pies/min

54000

3,8

105000

10,2

30000

2,8

8.3. EMPLEO DE LOS AGENTES ILUMINANTES.

Los agentes que se emplean para la iluminación de zonas más o menosextensas de terreno, van cargados en bengalas especiales dentro deproyectiles de artillería o morteros. Sus aplicaciones más importantes son:

- Iluminar zonas en las que se sospeche actividad enemiga.

- Iluminar el campo enemigo para efectuar fuego sobre el enemigo (yasea con puntería directa o indirecta) y la corrección del tiro.

- Hostigar posiciones enemigas.

- Señalar objetivos para acciones de apoyo aéreo directo próximo.

- Perturbar el funcionamiento de los dispositivos de visión nocturna.

Cuando el objeto del empleo de estos agentes es simplemente hacer se-ñales (diarias o nocturnas), pueden emplearse tanto proyectiles de artille-ría y morteros, como bengalas lanzadas a mano, mediante pistolas especialeso desde su propio envase. La única diferencia apreciable entre las sustan-cias empleadas con esta f inalidad respecto a las empleadas en las anterio-res, radica en que f recuentemente, suelen ser de colores (excepto azul yvioleta, que tienen muy poca visibilidad), manteniendo las mezclas las mis-mas características generales.

Una aplicación específica asociada a la munición de armas portátiles ode cañón (fundamentalmente para puntería directa), es la composición de loselementos trazadores.

El trazador es un agente iluminante que va organizado en el proyectil,que sirve para materializar la trayectoria que sigue éste en el aire, y po-derla corregir convenientemente, modificando los datos de puntería.

En los proyectiles de calibre superior a 20 mm, suele ir colocado enel culote, comenzando su combustión mediante un iniciador sensible al fuegoque se produce en la recámara en el momento del disparo. En algunos casos,además, forma parte de un sistema de autodestrucción del proyectil.

Pueden considerarse como agentes iluminantes, con la única particula-ridad de que las intensidades luminosas son mucho más reducidas (entre 200 y2000 candelas) y su combustión se mantiene en tiempos netamente inferioresal resto de agentes iluminantes (entre 3 y 20 segundos, según calibres).

El empleo cada vez mayor de la radiación infrarrojo ha contribuido alempleo de bengalas que emiten energía en dicha banda de frecuencias, emplea-das fundamentalmente por las aeronaves, como medio de decepción contra lasmisiles guiados por radiación de este tipo.

8-6

BIBLIOGRAFIA

(1) Departmen of the Army. TM 9-1910. Military explosivas. Departmentof the Army and the Air Force. April 1955.

(2) Estado Mayor del Ejército. 0-0-4-29. Orientaciones. Combate noc-turno. Servicio Geográfico del Ejército. 1990.

(3) Rheinmetall. Handbook on weaponry. Düsseldorf. Rheinmetall Indus-triewerbung GmbH. 19822.

9-1

CAPITULO 9

9 BALÍSTICA INTERIOR EN CAÑONES CONVENCIONALES

9.1. INTRODUCCIÓN.

La balística interior trata de los sucesos que se producen en el inte-rior de un arma, desde el momento en que se comunica el fuego, hasta que elproyectil o cohete sale del tubo.

El progreso de la ciencia, desde la aparición del primer arma de fue-go, ha permitido la aparición de numerosos tipos de armas. El estudio sobretodo de su balística interior presenta aspectos muy diferentes. Por tanto ypara mayor claridad, se hará por separado para cañones de propulsión conven-cional, en este capítulo, cohetes y armas de propulsión no convencional enlos siguientes. Hoy en día los de más amplia utilización siguen siendo losprimeros, complementada por una nueva redefinición del empleo de los cohe-tes. Otros tipos de armas tienen un campo de aplicación más reducido, o sontodavía proyectos de futuro, sin desarrollo comercial.

9.1.1. HISTORIA.

La historia de las investigaciones en balística interior va ligada ala de la pólvora, en sus primeros tiempos. En el siglo XVII comienzan losprimeros estudios, de Luys Collado en Italia y William Eldred y NathaníalNye en Inglaterra. Estos consistían en la realización de series de disparoscon la misma elevación, midiendo el alcance. En 1737 Noragues, establece elproblema mecánico en una ecuación, que permite calcular el espesor de la bo-ca de fuego. Benjamín Robins dice que la fuerza de la pólvora era debida ala elasticidad de los gases, inventa el péndulo balística en 1742, y publicael libro "New Principles of Gunnery". El péndulo es empleado para la medi-ción de velocidades iniciales de los mosquetes, permitiendo el cálculo de lapresión de los gases de propulsión. A finales del siglo XVIII, a partir delas investigaciones del Conde Rumford, en América, los científicos son capa-ces de calcular las relaciones entre la presión y el recorrido del proyec-til, con la simplificación de admitir que toda la pólvora se consume antesde iniciar el movimiento. En Espafía, Norla y Frasno estudian el modo decombustión de las pólvoras.

En 1839, el general Píobert enuncia en Francia sus leyes de la combus-tión. En este siglo comienza la invención de dispositivos de medida, queaceleran la correspondencia de los estudios teóricos con los empíricos.

En 1864 Résal publica la ecuación de combustión del propulsor en eltubo, en su obra "Recherches sur le mouvement des projectiles" basándose apartir de entonces la balística interior en los principios termodinámicos.

En 1890 aparece en Espafía la notable obra "Tratado de balística inte-rior", del entonces comandante de Artillería D. Onofre Mata y Maneja. Fuedeclarada de texto en nuestra Academia, en la de Portugal y en otras de Amé-rica del Sur.

Al final de la Segunda Guerra mundial, ya existían completos y comple-jos modelos matemáticos que, por sus simplificaciones, no tuvieron utilidadpráctica hasta la llegada de los ordenadores. Hoy en día éstos permiten elproceso de muchas variables (hasta cincuenta pueden ser necesarias), evitan-do las antiguas simplificaciones.

9.2. SITUACIÓN INICIAL.

La situación inicial que nos encontramos en un cañón es: una carga deproyección alojada en la recámara; un dispositivo iniciador preparado paracomunicarle el fuego; un proyectil incrustado en el principio del ánima; es-

9-2

tos componentes forman, junto con el bloque de cierre, un compartimento her-mético cuyos procedimientos de obturación se estudiarán en otro momento.

Uno de los lados de dicho com-partimento, el que corresponde alproyectil, es móvil. Tras el dispa-ro, éste recorrerá el tramo de tuboque le resta, guiandole en su movi-miento.

A continuación describiremosla secuencia del disparo, para pos-teriormente analizar los fundamentoscientíficos de los procesos descri-tos.

9.3. SECUENCIA DE FUEGO.

Partimos de la situación inicial. Mediante un proceso mecánico o eléc-trico, se dispara el dispositivo iniciador, que produce un chorro, bien degases o de partículas a muy alta temperatura, que incide sobre la carga deproyección, en el interior de la recámara.

Esto eleva la temperatura y presión de la carga, que comienza su de-flagración, por la parte que recibe el chorro. Ésta se comunica en brevetiempo a toda la carga. Su descomposición produce una gran cantidad de ga-ses.

Debido a la necesaria hermeticidad de la recámara, y a la presión delos gases que tiende a aumentar su volumen, se produce una fuerza sobre elculote del proyectil, que lo desplaza a lo largo del ánima. Llega a la boca,donde finaliza la presión de los gases, que han comunicado al proyectil unaenergía cinétíca, manifestada en su velocidad, que llamamos velocidad íní-cíal.

Obtener el valor previsto de velocidad inicial con el resto de los pa-rámetros dados es el problema principal de la balística interior, ya que esel factor determinante del posterior comportamiento del proyectil. A lo lar-go del capítulo estudiaremos la influencia que tienen los demás factores deldisparo en la velocidad inicial.

9.4. BALANCE ENERGÉTICO.

La masa de la carga de proyección posee una energía potencial, que selibera por su transformación química.

Esta energía se transforma, o se emplea en los siguientes trabajos:

- Traslación del proyectil

- Rotación del proyectil, en su caso.

- Deformación de las bandas de forzamiento y conducción del proyec-til.

- Retroceso de la parte móvil del arma, un porcentaje de la cual seaplicará en la actuación del mecanismo de repetición, en su caso.

- Desplazamiento de la vaina, en su caso, para su extracción y expul-sión.

- Energía cinética de los gases al salir del tubo.

Además, se producen las siguientes pérdidas energéticas:

- Calor transmitido a todas las piezas en juego.

Figura 9.1: situación inicial.

9-3

- Rozamiento.

- Energía potencial de los gases que abandonan la boca del arma.

La energía empleada en el movimiento de rotación, retroceso del arma,deformación de las bandas y expulsión de la vaina es pequeña en proporciónal total, y se puede despreciar en un cálculo aproximado.

Podemos, pues, estudiar la ecuación del balance energético consideran-do las siguientes energías:

- E es la energía química poten-cial total de la carga.

- EE es la energía empleada en latraslación del proyectil.

- EC es la energía cinética de losgases en boca.

- EV es la energía transformada encalor.

- EL es la energía potencial delos gases en boca.

es la ecuación fundamental del balance energético.

Llamamos Es a la energía especifica producida por la combustión de unKg. de carga de proyección. La energía disponible para una cantidad de masade carga mc cualquiera es:

La energía cinética de un proyectil de masa mp en boca, a una velocidadve es:

Llamamos eficiencia técnica a la relación:

siendo mcs = mc,/EE. la carga especifica.

Los gases al salir tienen una energía cinética debida a su velocidad(que consideraremos la misma que el proyectil), expresada de la manera si-guiente:

g es el factor de Sébert. Es la hipotética fracción de masa de carga de pro-yección que es acelerada en f orma de gas hasta la velocidad inicial. Secomprueba empíricamente un valor aproximado a 0´5. Podríamos decir entoncesque la energía cinética total en boca del arma es:

Figura 9.2: Balance energético

LVCE EEEEE +++= [1]

SC E.mE = [2]

2ep2

1E vmE = [3]

scssc

EEth Em

1

Em

E

E

E===η [4]

2ec2

1C vmE ε= [5]

9-4

La energía perdida en calentamiento es del orden del 12% al 15% deltotal E, para armas de ánima rayada, disminuyendo en las de ánima lisa.

La mayor pérdida se produce en la energía potencial desaprovechada delos gases. Para conseguir el máximo rendimiento se debería emplear un tubolo más largo posible. Pero el diseño del tubo está determinado por otrosfactores que nos limitan la eficiencia.

9.5. PROCESO DE CONBUSTIÓN .

9.5.1. SECUENCIA DE LA COMBUSTIÓN.

Al recibir el chorro de gasescalientes y partículas, la carga deproyección comienza su deflagración,empezando por los granos que lo re-ciben en primer lugar. Podemos supo-ner que toda la superficie del granose inflama simultáneamente. A partirde este momento continúa ardiendopor capas paralelas a su superficie,según la hipótesis, demostrada expe-rimentalmente, conocida como Ley dePiobert. Por ejemplo, si el grano escilíndrico, conservará su forma du-rante todo el proceso, disminuyendodiámetro y longitud a la misma velo-cidad. Por ser menor el diámetro, seextinguirá primero esta dimensión.

La combustión se propaga den-tro del grano, por efecto del aumento de temperatura. Cada capa infinitesi-mal arde al alcanzar su temperatura de Ignición, distinta para cada tipo depólvora, comunicando parte de su energía calorífica a la siguiente capa, quese inflama a su vez, propasándose este efecto hasta el final.

9.5.2. VELOCIDAD DE DEFLAGRACIÓN.

Es interesante estudiar la velocidad a la que se produce esta propaga-ción. Este factor depende de:

- Composición de la pólvora.

- Temperatura inicial.

- Presión instantánea.

Varios autores han analizado las relaciones de estos factores, llegan-do a resultados comprobados empíricamente, pero apoyados en leyes físicas.

De acuerdo con Vieille:

Un caso especial para " = 1 según Krupp-Schmitz:

( ) 2ecp2

1cE1 vmmEEE ε+=+= [6]

Fig. 9.3: Tres etapas de la com-bustión de un grano cilíndrico

α

β=

0p

p

dt

de [7]

9-5

También, para Muraour-Aunis:

Donde de/dt es la velocidad lineal de propagación, ", $, a y b sonconstantes que dependen de la composición y temperatura de los gases; p esla variable presión, siendo p0 la presión normal

1.

J. Corner da validez a la ecuación de Krupp-Schmitz para el rango de800 a 4000 bar.

El valor que debemos considerar es el porcentaje de carga que se con-sume en el tiempo (dz/dt) , que llamaremos velocidad de deflagración, siendoz = m/mc. Este factor depende de la velocidad lineal de propagación y de lageometría del grano. Esta relación puede ser expresada por la ecuación:

Donde S. es la superficie inicial del grano, y S la variable superfi-cie; Dc es la densidad de la carga; y mc es la masa. S/Sa es una fracción queva a depender de z, llamada función de forma n(Z). Las ecuaciones [13] y[14] son posibles ejemplos de esta función. De esta manera, podemos relacio-nar la superficie instantánea de carga de proyección con la cantidad de car-ga restante, con respecto a la inicial.

Si sustituimos de/dt por su valor, según la fórmula de Krupp-Schmitz[8]:

Llamando Ba, al coeficiente de combustión, obtenemos la velocidad dedeflagración.

( )0

a p

pzB

dt

dzϕ= donde

c

aca m

SB

βρ=

Igualmente, la velocidad dependerá del tamaño de los granos. A mayortamaño de éstos, conservando las características de peso total y forma, me-nor superficie inicial. Por tanto el proceso será más largo, con una curvade presión similar a la de una pólvora progresiva, como luego se verá.

Debemos recordar, como se vio en explosivos, que la velocidad de com-bustión también depende de la temperatura inicial. Este factor afectará, co-mo aparece en las tablas de tiro, a la velocidad inicial. El diseño de lacomposición de las pólvoras procura minimizar en lo posible esta influencia.

9.5.3. PÓLVORAS PROGRESIVAS Y REGRESIVAS.

Se puede observar que cuanto mayor sea la superficie en cada momento,mayor será la velocidad a la que se quema la carga, y por tanto se produci-rán más gases en menos tiempo.

1 Presión atmosférica

β=

0p

p

dt

de [8]

+=

0p

pba

dt

de [9]

dt

de

m

S

S

S

dt

dz

c

ac

a

ρ=

[10]

0c

ac

a p

p

m

S

S

S

dt

dz βρ=

[11]

[12]

9-6

En un grano cilíndrico, la superficie se va reduciendo, y por tanto,la velocidad de combustión disminuye. Por ejemplo:

a.- Grano cúbico o esferoidal

b.- Cilindro sólido

c.- Cinta, o lámina delgada

d.- Cilindro acanalado (macarrón).

e.- Cilindro de siete acanaladuras.

En cambio, en un grano tubular,la superficie se mantiene constante,al compensarse en ambas caras del tu-bo, permaneciendo la velocidad cons-tante, es decir n(z) = 1. En un granode 7 canales (figura 9.6), como lasuperficie aumenta, la velocidad tam-bién lo hace:

Esta diferencia de velocidades de combustión provoca un diferente com-portamiento en el disparo, que influye más sobre la vida del tubo que sobrela velocidad inicial, pero que también debe ser tenida en cuenta. más ade-lante veremos su importancia.

El proceso total para la carga completa se realizaría mediante la sumalineal de la superficie de todos los granos. Suponemos que el tiempo detransmisión del fuego es de al menos un orden de magnitud inferior al decombustión de cada grano.

( ) ( ) 2/1az1z −=ϕ [13]

Figura 9.4 La función de formann(z)

( ) ( ) 2/1az1z +=ϕ [14]

Figura 9.5.- Diversas formas de grano.

9-7

Se dice regresiva la combustión en la quela velocidad disminuye, neutra si es constante,y progresiva si aumenta. Nos podemos encontrarcon variadas formas del grano, dependiendo delos efectos que se quieran conseguir. Se debetener en cuenta tanto la sencillez de fabrica-ción, como el proceso de combustión deseado.Sepueden conseguir granos muy progresivos con lossimples tubulares, mediante un tratamiento inhi-bidor o reductor de la ignición de la capa exte-rior, que anula o retrasa su combustión.

9.6. EMPUJE Y PRESIÓN DE LOS GASES.

9.6.1. LA ACCIÓN DE LOS GASES.

Al inicio del proceso de defla-gración hemos visto que se genera unagran cantidad de gases, lo que elevala presión (P) en el interior de larecámara. Debido a este aumento depresión, la velocidad de combustióntambién aumenta, produciéndose máscantidad de gases, en menos tiempo.Esta presión ejerce una fuerza (F=P.S)sobre todas las superficies interioresde la recámara, que son fijas exceptoel culote del proyectil. Cuando llegaa un valor determinado, llamado pre-sión de forzamiento, el proyectil co-mienza su movimiento, tropezando conel rayado del ánima, deformando labanda de forzamiento. El aumento de

presión vence esta dificultad, y el proyectil es acelerado, teniendo comofuerza en contra la de rozamiento con las paredes del ánima. Este desplaza-miento hace mayor el volumen en el que se encuentran los gases, por lo quedisminuiría su presión. (P.V = n.R.T) Mientras continúa la producción de ga-ses, se compensa este aumento de v con el aumento de m, y la presión aumen-ta. Cuando se consume por completo la carga, (m=mc, z = 1) V sigue aumentandoy P por tanto comienza a disminuir, hasta llegar a la boca.

9.6.2. LA CURVA DE PRESIÓN.

La representación gráfica delproceso anterior es una curva, llamadacurva de presión. Esta curva ha sidomuy estudiada, y representada con di-versas simplificaciones. Por ejemplo,los métodos Krupp, vallier, y Le Duc,et. El considerado más preciso es elde Heydenreich, donde las ecuacionesmatemáticas se sustituyen por curvasempíricas. Heydenreich toma en consi-deración el hecho de que la presión enel culote del proyectil no es la mismaque sobre la cara interna del cierre,debido al movimiento del primero.

Se ha comprobado que todas lasarmas convencionales tienen un modelode curva de presión muy similar. sola-mente se produce una variación sustan-

Figura 9.6.- Cilindro de7 acanaladuras

Figura 9.7.- Curva Presión/Espacio

Figura 9.8: Curva Presión/Tiempopor el método Heydenreich, compa-rada con curvas experimentales.

9-8

cial en el caso de que la pólvora se consuma antes de alcanzar la presiónmáxima, con lo que se produce una discontinuidad. Esta situación se intenta

evitar por diseño.

Según sea la pólvora obtenidaprogresiva o regresiva, podemos con-seguir varias formas de la curva depresión, tal y como vimos antes. Conuna pólvora regresiva, tendremos elmáximo más cerca del comienzo. Si lapólvora es progresiva, el incrementode presión será más lento, el máximose encontrará más tarde, y tendremosuna fuerza más constante y con menorvalor de pico sobre el proyectil,situación en general más deseable,tal y como se ve en la figura 9.9.

También influye, aunque en me-nor medida, la posición más adelan-tada o retrasada de la pólvora den-tro de la recámara. ,Para reducir ladispersión, es necesario colocar lacarga de proyección siempre en lamisma posición, pegada al cierre.

El estudio de la curva de pre-sión tiene importancia capital.en laelección, diseño y fabricación deltubo. Este debe soportar una presiónde pico máxima, dentro de laslimitaciones de peso y longitud.Igualmente afecta al proceso dedesgaste y erosión del tubo.

La temperatura ambiental a lacual se encuentra la pólvora tambiéntiene su influencia, provocando unmayor o menor pico de presión máxi-ma, proporcional a la temperatura(figura 9.10).

9.6.3. EL TRABAJO DE LOS GASES.

La expansión de los gases realiza un trabajo cuantificable, puesto quees empleado en acelerar el proyectil y la masa de gases que le acompaña. Es-to es, según la ecuación [6]:

Donde A es la superficie transversal equivalente del proyectil, o seala sección transversal del tubo.

Llamamos presión media a:

Por lo tanto:

Figura 9.9.- Curva Presión/Tiempo enfunción del grano

Figura 9.10.- Influencia de la tem-peratura de la pólvora.

∫ε+

==+= eX

0

2e

cpEc1 V

2

mmpAdxEEE [15]

∫= pdxX

1p

e

[16]

∫ =eX

0 eSxppAdx [17]

9-9

Definimos el coeficiente de presión:

Siendo pm la presión máxima. Este coeficiente es el factor caracterís-tico de las curvas de presión de diferentes sistemas, y es el usado por He-ydenreich para sus cálculos. Su valor típicosuele estar entre 0’4 y 0’55. Unvalor bajo indica un empleo eficaz de la carga de proyección.

La ecuación que nos proporciona la longitud del tubo xe necesaria paraconseguir una velocidad inicial determinada ve es:

Fórmula que nos muestra las proporciones que exigen los tubos.

9.7. MOVIMIENTO DEL PROYECTIL.

9.7.1. LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO.

La fuerza ejercida por la presión en el interior de la recámara, des-plaza al proyectil. Al aumentar la presión, también aumenta la fuerza, y portanto la aceleración. El proyectil se mueve con una aceleración creciente,hasta el momento de alcanzar la presión máxima p.; a continuación la presióncomienza a disminuir, también la aceleración, pero la velocidad sigue aumen-tando, hasta llegar a la boca del tubo; en este momento, los gases se expan-den libremente, y (tras lo que llamamos balística de transición) el proyec-til deja de ser acelerado, desplazándose a la velocidad inicial.

La ecuación de este movimiento es:

mp p/p=η [18]

2e

mp

cpe v

pA2

mmx

ηε+

= [19]

Figura 9.11: Curvas características de Presión, velocidad y Re-corrido con respecto al tiempo.

pAxme =&& [20]

9-10

9.7.2. LA ECUACIÓN DE RÉSAL.

H.Résal, en 1864 proporcionó un buen estudio matemático de esta cues-tión, que mostramos simplificado. Según Résal, en cada punto del recorridodurante el cual se ha consumido un porcentaje z de la carga, la energía quí-mica liberada es transformada en energía interna de los gases generados has-ta ese punto, más la energía cinética de la masa efectiva. Es decir:

Donde Qex es el calor específico de explosión; cv, es el calor especí-fico a volumen constante; Tex es la temperatura de explosión; V es el volumentotal de recámara VB, más el volumen del tubo, A.x; x la variable recorridodel proyectil; me. la masa específica, me = mp + g mc,.

El primer sumando del segundo término es la energía que tienen los ga-ses, caracterizada por su presión. Para ponerlo en términos de ésta, recor-dando pV=nR0T, R=R0/M (siendo M el peso del mol), por tanto n.R0=mc.R;pV/R=mc.T sustituyendo en [21] queda:

R = cp - cv, calores específicos a presión o volumen constante; K =cp/cv es el coeficiente adiabático

Podemos emplear también la presión media obtenida en [16] como unaconstante, en lugar de emplear la variable presión:

Figura 9.12: Curvas características de Presión y velocidad con respec-to al tiempo.

2eexcvexc x

2

mTmczQm += [21]

2evexc x

2

m

R

PVczQm &+= [22]

2eexc x

2

m

1K

pVzQm &+

−= [23]

2eexc x

2

m

1K

VpzQm &+

−= [24]

9-11

Por otro lado, habíamos visto en [12] de qué forma se consumía la car-ga de proyección. Si empleamos el valor de presión obtenido de la ecuaciónde movimiento [20]:

Si consideramos una pólvora de combustión neutra, por facilidad decálculo, n(z)=1. Por tanto, si en el instante inicial, x=0 para z=0, inte-grando:

Que podemos emplear en la ecuación de Résal [23], sustituyendo tambiénel valor de presión despejado de la ecuación de movimiento [20], y eliminan-do me:

Una vez la pólvora se ha consumido completamente, z=l, y a partir deentonces la ecuación [23] con la sustitución de [20] queda:

Tenemos entonces dos ecuaciones diferenciales que nos describen el mo-vimiento del proyectil dentro del tubo. Su resolución es complicada; peroexisten tablas gráficas y numéricas que nos proporcionarán los valores deposición y velocidad buscados. Igualmente se puede adaptar para su resolu-ción por ordenador. En la bibliografía adjunta se encuentran varios librosque proponen posibles soluciones, tanto gráficas como informáticas.

Por fin hemos podido obtener una ecuación en la que vemos los factoresque afectarán a la velocidad inicial del proyectil. En primer lugar, las ma-sas del proyectil, y de la carga de proyección, así como la masa específica,función del factor de Sébert. También el calor específico de la pólvora, ola relación de calores específicos, que dependerá entre otras cosas de latemperatura, y la superficie de los granos, incluida dentro del coeficientede combustión. En la asignatura tiro se estudiará como se resuelve la in-fluencia de todos estos factores en el disparo.

9.8. EFECTO DEL RAYADO.

El proyectil, en su vuelo libre, necesita ser estabilizado. Esto sepuede hacer mediante estabilización aerodinámica o gíroscópica. La estabili-zación aerodinámico se consigue mediante aletas. En su recorrido por el áni-ma no se imprime ningún efecto voluntario de rotación. El ánima es lisa.

La estabilización giroscópica se produce por la rotación del proyectilen el aire. Esta rotación la fuerza el tubo, mediante un rayado helicoidal.Éste proporciona un momento de giro al proyectil en su desplazamiento por elinterior del tubo.

9.8.1. TIPO DE RAYADO

El rayado puede ser de ángulo constante o variable. En este último ca-so tendremos un ángulo inicial, y uno final. El rayado constante tiene laventaja de la sencillez de fabricación. El rayado variable, normalmente pro-gresivo, es más adecuado, ya que el forzamiento del proyectil se produce demanera progresiva, disminuyendo la carga sobre los campos. Esta progresión

( )xzAp

mB

dt

dz

0

ea &&ϕ= [25]

xAp

mBZ

0

ea &= [26]

( ) 2

x

1-A

xV x

Ap

QmB 2

0

exCa &&&& +

κ= [27]

( ) 2

x

1-A

xV

m

Qm 2

e

exC &&&+

κ= [28]

9-12

puede ser de varias maneras, parabólica, sinusoidal, circular, cúbica, etc.,resultando diferentes modelos de fuerza de rotación, según vemos en lafigura 9.13.

Figura 9.13: Gráfico de fuerza de rotación

Para conseguir una mayor precisión, las fuerzas que actuan sobre elproyectil al abandonar la boca del arma deben ser mínimas. Para ello, el ra-yado debería ser constante. Por eso, en muchos casos a una sección de rayadoprogresivo, le sigue una de rayado constante, como la curva IV de la figura9.13.

9.8.2. CÁLCULO DE LA FUERZA DE ROTACIÓN

Asumiendo algunas simplificaciones, podemos extraer una ecuación apro-ximada para la fuerza de rotación. Los términos que intervienen en la ecua-ción son:

Figura 9.14: Cálculo de la fuerza de rotación.

R fuerza de rotación.

s recorrido del proyectil en el tubo.

I ángulo constante.

II progresión parabólica.

III progresión cúbico/parabólica.

IV progresión mixta; parabólica hastaa y constante hasta la boca deltubo.

P= Fuerza que empuja al proyectil.

a= Angulo de giro.

x= Dirección del proyectil.

y= Traslación perimétrica del proyectil, desarrolladaen el plano tangencial.

R= Fuerza de rotación.

:R= Fuerza de rozamiento.

D= Calibre

J=Mp.i2 = momento de inercia del proyectil sobre el ejeX.

T= velocidad angular.

mp= Masa del proyectil.

i= Radio de giro del proyectil. i2=J/mp.

9-13

El balance de fuerzas sobre el eje X es:

Sobre el eje Y:

Tenemos que

Aceptando las aproximaciones sin a . 0 y cos " . 1. Además :.R<P, y podemos des-preciar R con respecto a P. Entonces P . mp.dv/dt

Por tanto

Es decir

La ecuación [34] representa la fórmula general para la obtención de unvalor aproximado de la fuerza de rotación.

9.8.3. FUERZA DE ROTACIÓN PARA ÁNGULO CONSTANTE

La ecuación de la curva del rayado es:

Por tanto

La fuerza de rotación será

La fuerza de rotación en este caso será proporcional a la fuerza ejer-cida por los gases P, es decir, su presión p, caso I de la figura 9.13.

9.8.4. FUERZA DE ROTACIÓN PARA ÁNGULO EN PROGRESIÓN PARABÓLICA

La ecuación de la curva de rayado es

( )dt

dvmcossinRP p=αµ+α− [29]

( )dt

dJ

2

DsincosR

ω=αµ+α [30]

dx

dyv

D

2vtan

D

2=α=ω [31]

+

≈

2

22

2

p dx

ydv

dt

dv

dx

dy

D

i2mR [33]

+=

ω2

22

dx

ydv

dx

dy

dt

dv

D

2

dt

d [32]

+

≈

2

22

p

2

dx

ydvmP

dx

dy

D

i2R [34]

Etanxxcy α⋅=⋅= [35]

0dx

ydy;tan

dx

dy2

2

E =α= [36]

E

2

tanPD

i2R α⋅⋅

= [37]

9-14

Por tanto

Los límites están, para x = 0; dy/dx = tan "0; (ángulo inicial)

Para x = 1 (longitud de la parte rayada); dy/cLx = tan "E

De esta manera, c1 = tan "0, y C2 = (tan "E-tan "0)/21

La fuerza de rotación será

Tenemos el caso II de la figura 9.13.

9.8.5. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE GIRO

La velocidad angular tras la salida del proyectil dependerá del ángulofinal y de la velocidad lineal. Se demuestra que cumple la siguiente fórmu-la:

Donde n es la velocidad angular, en min-1; "0 es el ángulo final; D esel calibre del arma, y v0 es la velocidad inicial.

En el diagrama de la figura 9.15 podemos calcular velocidades angula-res de cualquier arma.

Figura 9.15: Diagrama para calcular la velocidad de girode un proyectil.

221 xxcy +⋅= [38]

22

2

21 c2dx

ydy;xc2xc

dx

dy=⋅+⋅= [39]

( )

α−α⋅

+⋅+α⋅⋅

= 0E

2

0

2

tantan1

mvxPtanP

D

i2R [40]

ED

v60n α⋅⋅

π= [41]

9-15

9.9. CONCLUSIONES

A lo largo de las páginas anteriores, hemos conseguido calcular el va-lor de velocidad inicial previsto para nuestra arma, y la velocidad angularde estabilización giroscópica que tendrá el proyectil.

Para una acción de fuego precisa es necesario predecir el punto de im-pacto. No podemos realizar estos cálculos en cada disparo. Además, en larealidad pueden existir otros factores no considerados, o nuestras medicio-nes no ser exactas. Por tanto, las predicciones se realizan con tablas detiro, tanto numéricas como gráficas. Estas tablas de tiro se han construidono solamente sobre los cálculos matemáticos, sino modificando sus resultadosconforme a las experiencias en polígono.

Una de las utilidades de las fórmulas que hemos obtenido es el análi-sis de los factores que influyen en la velocidad inicial. ESta influenciaviene reflejada de forma numérica en las tablas de tiro.

9-16

BIBLIOGRAFIA

(1) Corner, J. Theory of the interior ballistics of guns. New York.John wiley&sons, inc. 1950.

(2) Farrar, CL.; Leeming, Dw. Military Ballistics. A basic manual(Battlefield weapon systems & technology). Oxford. BrasseylsPublishers Ltd. 19831.

(3) Gral. Sánchez Gutiérrez. Conferencias sobre Balística Interior.Academia de Artillería. Ediciones de 1918, 1943 y 1955.

(4) Ministerio del Ejército. M-3-3-6. Manual. Fundamentos técnicosdel tiro de artillería. IMPHOE. 1977.

(5) Oerlikon. Oerlikon pocket-book. Zurich. oerlikon Bührle AG.19812.

(6) Rheinmetall. Handbook on weaponry. DÜsseldorf. Rheimetall Indus-triewerbung GmbH. 19822.

(7) Résal H. Recherches sur le mouvement des projectiles dans lesarmes a feu. Paris 1864

10-1

CAPITULO 10

10 BALISTICA INTERIOR EN LA ARTILLERIA COHETE

10.1. INTPODUCCION.

El campo de estudio abarcado por la balística interior en el caso delos cohetes no está totalmente definido. Algunos autores la consideran hastaque el cohete abandona el lanzador. Desde ahí hasta la completa combustiónde la carga prouplsora es balística de transición, que es la parte más am-plia. Sin embargo otros estudios llaman balística interior a ambos periodos,no existiendo balística intermedia. El criterio que aquí aplicaremos es mix-to. Trataremos los sucesos que ocurren hasta el final de la combustión, perosólo desde el punto de vista del empuje que se proporciona al cohete, no desu ley de movimiento en el espacio.

Su estudio necesita un soporte matemático más profundo que en el casode cafíones convencionales. Además las consecuencias deducidas del análisisde las fórmulas es menos evidente, por tanto sólo se hará mención de las másútiles para la comprensión general del proceso. En muchos casos, los térmi-nos empleados serán similares a los ya vistos en el capítulo anterior, alque se referirán.

10.1.1. HISTORIA.

Aunque el uso de la pólvora para ingenios similares a los cohetes esmuy antiguo, hacen su aparición como arma de Artillería en el siglo XIX, enel que se documenta la existencia de baterías de cohetes en el Ejército aus-triaco. En el español se emplearon durante la guerra de África, las llamadasBaterías a la Congreve.

La falta de precisión de los cohetes llevó en su día a desechar su es-tudio y su empleo. En la Segunda Guerra Mundial muchas naciones comprendie-ron el potencial de los cohetes en ciertas situaciones, y es cuando comienza

Figura 10.1: Cohete a la Congreve.

10-2

su verdadero tratamiento científico. Con posterioridad se vuelve a abandonarsu desarrollo, no encontrando aplicación en los conflictos localizados quese produjeron. Actualmente han conocido un nuevo interés que ha llevado adesempolvar su estudio.

Aunque la propulsión de un cohete se puede realizar de muy diversasmaneras, a partir de ahora sólo haremos mención de los propulsados por cargasólida, que son los empleados en Artillería.

10.2. SITUACIÓN INICIAL.

La constitución básica de un cohete es la siguiente: un cuerpo con es-poleta y cabeza de guerra que no es objeto de nuestro estudio, y el propia-mente llamado motor cohete. Éste consta de un cilindro metálico o de otromaterial ligero, cerrado en un extremo por la parte que le une al cuerpo. Elotro extremo lo ocupan una o varias toberas, para la salida de los gases. Elcilindro contiene la carga propulsara, sólida para los cohetes empleados enArtillería, que tendrá una forma definida. Para que la envuelta pueda sopor-tar la temperatura de combustión, se coloca normalmente una capa ínhíbidoracomo aislante térmico, que separa la carga de las paredes de la envuelta. Elhueco que deja libre la carga frente a la tobera se denomina cámara de com-bustión.

El cohete se encuentradentro de un lanzador, con lacasi única misión de servirlede guía, comunicándole un án-gulo de partida y una orienta-ción determinados. No le pro-porciona estabilización ni em-puje.

Mediante el mecanismo deiniciación adecuado, se comu-nica el fuego a la carga pro-pulsara. En su de flagraciónse produce una gran cantidadde gases, que abandonan a granvelocidad el cohete a travésde la tobera. Por el principiode conservación de la cantidadde movimiento, el cohete sufreun empuje en el sentido opues-

to, que se mantiene mientras dure la combustión, adquiriendo una gran velo-cidad, hasta el valor máximo al finalizar ésta, con la que inicia su trayec-toria balística.

10.3. ECUACION GENERAL.

En un sistema cerrado de masas, si una fracción dm es eyectada en unadirección dada, con una velocidad v, en condiciones ideales de vacío y singravedad, la masa restante sufre un aumento de velocidad dv en la mismadirección y sentido opuesto.

Es decir:

Las magnitudes que vamos a considerar en un cohete son:

ms =masa de lanzamiento

mc =masa del propulsor

Aleta estabilizadora

Tobera

Cámara de combustión

Carga propulsora

Iniciador

Cilindro contenedor

Figura 10.2: organización básica de un mo-tor cohete.

dvmvdm ⋅−=⋅ [1]

10-3

mL =masa del cohete sin propulsor

tB =tiempo de combustión, o de la fase de aceleración

ve =velocidad de los productos de la combustión

vB =velocidad del cohete tras la combustión total

m es la variable masa y v la variable velocidad.

Si queremos despejar v:

Integrando:

La velocidad máxima vB se alcanza cuando m = mL

0 = ms/mL es el coeficiente de masa del cohete.

10.4. PROCESO DE COMBUSTIóN.

En los cañones convencionales, lacarga está compuesta por un gran número depequeños granos. Para mejorar la homoge-neidad de la combustión, y evitar su dis-persión (la cámara tiene en la tobera unasalida abierta) el proceso de fabricaciónse hace en un sólo bloque, o varios firme-mente unidos, llamados también granos.

Éstos deflagran en capas paralelas ala forma geométrico en la que se han fa-bricado, y su velocidad de reacción esfunción de la presión que reina en el in-terior de la cámara de combustión.

10.4.1. GEOMETRIA DE LOS GRANOS.

Llamamos superficie de emisión a lazona en la que comienza y progresa lareacción. Si ésta no varía durante el pro-ceso de combustión, se dice que su formageométrico es de emisión constante. Si au-menta se llama progresiva, y si disminuyeregresiva. El empleo de inhibidores, segúnla superficie en la que se coloquen, puedealterar la progresividad de una geometría.

Recordamos la función de forma n(z)del capítulo 9 como la relación entre lasuperficie instantánea y la inicial, quenos define la progresividad. Si n(z) = 1tenemos una geometría constante, si n(z) <1 es regresiva y si n(z) > 1 progresiva.La figura 9.4 nos muestra una representa-

ción gráfica.

evm

dmdv ⋅−= [2]

( ) ese

m

me vmlnmlnvm

dmvv

s

=−⋅=−= ∫ [3]

L

seB

m

mlnvv ⋅= [4]

Tiempo

Empuje

Empuje

Empuje

Empuje

EmpujeA

B

C

D

E

Figura 10.3: Varios tipos degeometrías de propulsores.

10-4

Otro factor a considerar es el índice de llenado, que es la relaciónentre el área de la sección transversal del propulsor y la total del motorcohete. Si se aproxima a 1 se consigue un mejor aprovechamiento del volumendisponible.

Según el diseño del cohete, y los propósitos que se quieran conseguir,se elegirá una u otra geometría. Se suelen preferir las constantes o regre-sivas. Cada una tendrá una gráfica de empuje propia, que vemos en la figura10.3.

10.4.2. VELOCIDAD DE DEFLAGRACIÓN.

La velocidad de combustión de los motores cohete suele cumplir laecuación de Vieille [9.7] que repetimos aquí:

La velocidad que nos interesa es la que llamábamos velocidad de defla-gración dz/dt.

exactamente igual que [9.10] en el capítulo anterior.

10.4.3. PROCESO DE COMBUSTIÓN.

Cuando se inicia la deflagración,ésta se comunica a toda la carga, y seproducen una gran cantidad de gases. Es-tos gases aumentan la presión en el inte-rior de la cámara de combustión. El au-mento de presión hace que la velocidad dedeflagración aumente. LOS gases productode la combustión encuentran la cámara ce-rrada por todas partes menos una. En estelugar se encuentra la tobera, y por allíescapan. La tobera, como luego se verá,tiene un pequeño diámetro de entrada paralos gases, y una apertura progresiva. És-tos fluyen por tanto en una pequeña can-tidad dm/dt, y la presión se mantiene (o

sube o baja ligeramente según la función de forma) por la generación de másgases. Los que escapan lo hacen a muy alta presión, y por tanto elevan suvelocidad, hasta que igualan su presión con la atmosférica. El resultado esun empuje sobre el cohete. Al final del proceso de combustión, la presióndescenderá hasta hacerse cero, y el cohete se comporta según las leyes de labalística exterior. En la figura 10.4 podemos ver la forma de la curva pre-sión-tiempo.

La definición matemática de este proceso la establece, en el primermiembro, la masa de pólvora consumida, transformándose en productos gaseo-sos, y por otra parte la masa de gas presente en la cámara de combustión, yla que fluye a través de la tobera.

Es decir:

α

⋅β=

0p

p

dt

de [5]

dt

de

m

S

S

S

dt

dz

c

ac

a

⋅⋅ρ

⋅= [6]

Presión

Tiempo

Fig. 10.4: Gráfica presióntiempo progresiva

( ) ( )pA

a

f

dt

dzm

dt

Vdtc ⋅⋅

κ−⋅=

⋅δ[7]

10-5

Donde * es la densidad, v el volumen, mc es la masa inicial y z, comoen el caso de proyectiles, la proporción de carga propulsara transformada.La velocidad del sonido “a” es:

y la cantidad adimensional:

por otro lado:

y

donde VK es el volumen de la cámara y *c es la densidad del propulsor.

Se demuestra que, en el caso de que la superficie instantánea de pro-pulsor, O0 se mantenga constante durante la combustión, es decir función deforma constante, dp/dt=0. Se tiende a hacer los diseños de cohetes efectiva-mente así, con secciones de propulsor como las que se muestran en la figura10.3, D.

La presión p,) dentro de la cámara es constante, y se puede calcular.Aceptando alguna simplificación más, resulta:

término que se puede sustituir en las ecuaciones [7] y [10]. De esta maneranos hacemos una idea de los factores que intervienen en el empuje y veloci-dad de un cohete, y en qué proporción.

10.5. EMPUJE.

10.5.1. DEFINICIONES Y TÉRMINOS.

El empuje S es la fuerza que se ejerce sobre el cohete, que podemosobtener dividiendo ambos miembros de [2] por dt:

suponiendo que la velocidad a la que se consume el propulsor dm/dt es cons-tante:

TRa κ= [8]

( ) ( )12

1

1

2f

+κ+κ

+κκ=κ [9]

pa2κ

=δ [10]

( ) c

c

K mz11

VV −δ

−= [11]

( )n1

1

t

01n

1

N

c00

A

O

pf

bap

−−

⋅

⋅κ

⋅δ⋅= [12]

dt

dmv

dt

dvmS e== [13]

dt

dmv

t

mS e

B

c == [14]

10-6

El impulso I que actúa sobre el cohete es:

El impulso total Ic es:

Con la misma suposición anterior obtenemos:

Lo cual concuerda con [14].

Un término muy empleado es el impulso específico Ie, que es la relacióninstantánea entre el empuje y la velocidad a la que se consume el propulsor:

Es decir, el impulso por Kg. de propulsor.

10.5.2. CÁLCULO DEL EMPUJE.

Este impulso tiene dimensiones de velocidad, ve, y es igual a la velo-cidad de flujo de los gases.

Se demuestra que esta velocidad es:

La velocidad característica de un propulsor, definida como el productode la presión en la cámara de combustión por la menor sección transversal dela tobera At, dividido por la velocidad de eyección, dmc/dt, es decir:

Se demuestra que aproximadamente vale:

Es necesario tener en cuenta que la relación p0/pe, es función de larelación Ae/At, donde Ae es la sección transversal de la tobera en su boca.

Este conjunto de ecuaciones permite el cálculo un poco más preciso delempuje que va a sufrir el cohete.

10.6. LA TOBERA.

A la salida de los gases se coloca una tobera, que tiene como f inali-dad adaptar la presión del interior al exterior de la cámara de combustión,y orientar el chorro de gases.

∫=t

0SdtI [15]

∫=Bt

0c SdtI [16]

ecBc vmtSI ⋅=⋅= [17]

c

c

c

ecee

ce m

I

m

vmvóv

dt

dmS

I =⋅=== [18]

κ−κ

−

−κ⋅⋅κ⋅

=

1

0

e0e p

p1

1

TR2v [19]

s

tk* Apc

µ⋅

= [20]

1

1

0

*

1

2

M

TR

c−κ+κ

+κκ

⋅

=[21]

10-7

La presión dentro de la cá-mara se debe mantener alta, mien-tras que fuera se debe acomodarprogresivamente a la atmosférica.Por tanto el diseño debe teneruna garganta, de sección At máspequeña que la cámara y que lasalida, y una bocina de expan-sión, en forma de cono o de cam-pana habitualmente, según la fi-gura 10.5. La sección exterior dela tobera es Ae.

La tobera acampanada es másempleada en grandes alturas.

En el caso normal, la presión pe no consigue una completa adaptación ala exterior Pa. Por tanto se debe modificar la ecuación [13] añadiendo untérmino de corrección.

10.7. ESTABILIZACIÓN .

Aunque forma parte del estudio de la balística exterior, debemos haceruna breve referencia al problema de la estabilización del cohete. Para poderllevar la misma cantidad de carga explosiva que un proyectil convencional,un cohete necesita mucho mayor tamaño, para la propulsión. Esto implica unamayor longitud en calibres. Para conseguir un vuelo estable del ingenio, elcentro de presiones debe estar por detrás del centro de gravedad. Esto seconsigue con aletas, sin función sustentadora, en la parte trasera.

Otra solución es la estabilización giroscópica. Se mantiene la limita-ción de calibres, típicamente entre 5 y 7, lo que implica un mayor diámetrodel cohete. Se puede conseguir aumentar el número de calibres combinando am-bas, con la ventaja de que las aletas serán de reducido tamaño.

La elección de una u otra forma tiene ventajas e inconvenientes parala balística exterior, pero impone algunas condiciones a la interior.

En el primer caso, las dimensiones del cohete se agrandan por el tama-ño de las aletas, con todo lo que esto implica en tenías de almacenamiento,etc. El lanzador es también más grande, y debe contener unas guías que cum-plan su función sin tropezar con las ellas. Además tendrá mayor dispersión,por el desalineamiento líneal que luego veremos.

En el segundo caso, el principal inconveniente es la limitación enlongitud, pese a su mayor precisión. El problema estará en cómo proporcio-narle el momento de rotación. Tres son los posibles métodos. El primero, quela imparta el lanzador suele ser desechado por la baja velocidad inicial delos cohetes en boca. El segundo, que es con aletas inclinadas es el empleadopor el sistema mixto, o de baja velocidad de rotación. El tercer sistema escon toberas inclinadas, con la ventaja añadida de que la velocidad de rota-ción será proporcional a la velocidad de los gases.

10.7.1. DESALINEAMIENTO.

Uno de los problemas que se deben tener en cuenta en el diseño y estu-dio de cohetes es el del desalineamiento que se produce entre el eje delcohete y la dirección del empuje.

Este desalineamiento tiene dos variedades, llamadas lineal y angular.La primera es que la dirección del empuje no pase porel centro de gravedaddel cohete, con lo que se producirá un par que hará rotar al cohete sobre un

Figura 10.5: Tobera cónica yacampanada.

( )aeee ppAvdt

dmS −⋅+= [21]

10-8

eje transversal, desviándo-le de la trayectoria pre-vista. En la segunda, lalínea de acción del empujepasa por el centro de gra-vedad, pero no es paralelaal eje del cohete, provo-cando por tanto ' debido ala resistencia del aire, undesplazamiento lateral.

El desalineamiento angular suele estar producido por defectos de fa-bricación, evitados en los cohetes modernos. La precisión obtenida en la fa-bricación es suficiente para que el error producido sea constante, y de pe-queño valor.

El desalineamiento lineal es la principal causa de la gran dispersiónde este tipo de arma, debido a su carácter aleatorio. El flujo de gases noes uniforme durante la combustión, lo que provoca que la dirección del empu-je no coincida con el eje geométrico de la tobera. El eje del flujo de gasesvaría de forma aleatorio, pero con la suficiente lentitud como para que nose pueda compensar con un significativo número de pasos por cero, causandola dispersión.

Existen dos maneras de evitar esto: cohetes de muy corto tiempo decombustión, con un largo lanzador, estabilizados por aletas; o mediante es-tabilización giroscópica, incluso con baja velocidad de rotación.

Figura 10.6: Desalineamiento.

10-9

BIBLIOGRAFIA

(1) Gral. Sánchez Gutiérrez. Conferencias sobre Balística Interior.Academia de Artillería. Ediciones de 1918, 1943 y 1955.

(2) Tcol. Pérez Crusells. Estudio de propulsores sólidos para cohe-tes. Academia de Artillería 1970.

(3) Leverett Davis Jr.; Blitzer, Leon. Exterior ballistics Ofrockets. Van Nostrand Company. 1958.

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(5) Oerlikon. Oerlikon pocket-book. Zurich. Oerlikon Bührle AG.19812

(6) Rheinmetall. Handbook on weaponry. Düsseldorf. Rheinmetall In-dustriewerbung GmbH. 19822.

11-1

CAPITULO 11

11 ARMAS NO CONVENCIONALES

11.1. INTRODUCCIÓN.

Se dice que el arma del Artillero es el proyectil, que el cañón es só-lo el medio de lanzamiento. Éste puede adoptar diversas formas, y ya hemosvisto las principales. Pero existen otras posibilidades para hacer el lanza-miento distintas de los cañones convencionales y los cohetes. En este capí-tulo veremos algunas de ellas. Unas están en servicio, como el cañón sin re-troceso, otras son meras variaciones, como el cañón de doble recámara, yotras proyectos para el futuro, como la carga líquida.

La Historia del Arma está llena de continuas investigaciones para me-jorar la potencia y precisión del fuego. Imaginemos el adelanto que supusoel rayado de los tubos, y cómo se llegó a él. Evidentemente, en nuestros dí-as no hemos alcanzado la perfección, y se continúa investigando. Algo quenos parece hoy muy avanzado, ya se pronosticaba a principios de Siglo. Haymuchas líneas abiertas, y no todas tienen por qué dar fruto. Pero alguna po-dría suponer la Artillería del futuro.

Brevemente, haremos una introducción a la balística interior de losmedios de lanzamiento siguientes: cañón sin retroceso, de doble recámara, dedoble calibre, de carga líquida y cañón electromagnético.

11.2. CAÑÓN SIN RETROCESO.

El objetivo del cañón sin retroceso (CSR) es disponer de una arma li-gera y fácilmente transportable. Esto es debido a la supresión de un pesadocierre, y mecanismos de retroceso, y en general a todo el afuste.

El CSR dispone de una recámara abierta por su parte posterior. Los ga-ses se reconducen hacia una tobera de Laval para su expansión. Cada disparoposee un disco de ruptura, que mantendrá la recámara hermética hasta alcan-zar un determinado valor de presión. El proyectil entonces comienza su movi-miento como en un arma normal. El disco se fractura al llegar la presión asu valor, permitiendo la salida de gases. Éstos, en su expansión a gran ve-locidad, generan una fuerza sobre el tubo en la dirección del disparo, quesi es adecuadamente calculada puede contrarrestar a la fuerza de retroceso.

Este tipo de arma también tiene sus desventajas, que son:

- Existe un área peligrosapara los sirvientes de-trás del arma.

- El sonido y la llamaradason notablemente mayo-res.

- El consumo de carga pro-pulsora es bastante ma-yor, para una misma ve-locidad inicial.

11.3. CAÑÓN DE DOBLE RECÁMARA.

Responde a un diseño alemán de la Segunda Guerra Mundial. Su propósitoes conseguir una curva de presión lo más plana posible. De esta manera eltormento sufrido por el material es menor. Además los requisitos de acelera-ción exigidos para las espoletas son también menores. Es también conocidocomo cañón de alta y baja presión.

Figura 11.1: Cañón sin retroceso

11-2

Consta de dos recámaras. Unade ellas es llamada de alta pre-sión, y la otra de baja. Están se-paradas por un disco perforado,que permite el paso de los gasespor sus estrechas abertu ras. Lacarga de proyección deflagra en larecámara de alta presión. Ésta setransmite a la contigua, lentamen-te.

Antes del movimiento delproyectil se ha consumido toda lacarga. El trasvase de gases, portanto el aumento de presión en lacámara de baja se hace gobernadopor la anchura de los orificios.

Se calcula de manera que este aumento compense el incremento en volumen de-bido al desplazamiento del proyectil en el interior del tubo, consiguiendopor tanto la curva que se apreciaen la figura 11.3.

Hoy en día las nuevas pólvo-ras desarrolladas hacen innecesa-ria esta solución técnica, quetiene sin embargo otra aplicación.

Ésta es en armas de baja ve-locidad inicial. Puede ocurrir,bajo ciertas condiciones, que notoda la pólvora se consuma, provo-cando un error en la velocidadcalculada, y por tanto en el puntode impacto. La doble recámara ase-gura la completa combustión de lacarga.

11.4. TUBO DE DOBLE CALIBRE.

Algunos modelos de proyectiles, por ejemplo los perforantes, necesitandos condiciones presuntamente excluyentes. Éstas son una gran velocidad ini-cial, y una baja resistencia aerodinámico. Para conseguir lo primero se tra-baja con grandes calibres, mientras que lo segundo requiere pequeños diáme-tros. Una posible solución es la de los proyectiles subcalibrados, como elAPDS y el APFSDS. Otra aproximación es el tubo de doble calibre. Arma dise-ñada en 1903, pero que no se fabricó hasta la Segunda Guerra Mundial.

Esta arma se diferencia de los cafíones convencionales en el tubo.Consta de tres secciones. La primera de calibre ancho d1, ajustada a la recá-mara como un arma normal. La segunda de forma troncocónica, reduciendo elcalibre. La tercera nuevamente cilíndrica de calibre estrecho d2 hasta la bo-ca.

Figura 11. 2: Cañón de doble recámara.

Fig. 11.3: Curva de presión del cañónde doble recámara.

Figura 11.4: Cañón de doble calibre.

11-3

El proyectil, como se ve en la fi-gura 11.5, tiene un cuerpo de calibred2, y dos secciones con una pestaña de-formable. Cuando es disparado, la pesta-ña deformable proporciona la hermetici-dad para la combustión, ajustándose alcalibre según el avance del proyectil.La aceleración inicial es grande, por sugran sección respecto a su pequeña masa.Pero la reducción de superficie equiva-lente permite sus buenas característicasaerodinámicas.

La energía debida a la deformacióndel proyectil es despreciable en loscálculos. Por tanto, para el estudio desu balística interior son válidos losdesarrollos del capítulo 9, teniendo en

cuenta que el volumen de combustión ya no es un cilindro, y su variación noes constante.

En comparación con los proyectiles subcalibrados, es de fabricaciónmás sencilla, y no le acompañan suplementos desprendibles frente a la boca.Sin embargo, el desgaste y elevado coste de los tubos los ha pretendo por elmomento.

11.5. CARGA LIQUIDA.

Este tipo de propulsión ya ha sido desarrollado en el punto 4.5.4.Aquí haremos una sencilla referencia a los puntos más destacados en relacióncon su balística interior.

Como veíamos, la carga líquida llena total o parcialmente la recámara.Cuando se produce la iniciación, se crea una cavidad, llamada de Taylor don-de se combinan los gases recientemente producidos con el líquido restante.Este aumento de volumen genera una presión que hace desplazarse al proyec-til. Una de las posibilidades de este propulsor es que se puede continuarinyectando en la recámara durante la combustión. Por tanto podemos conseguircurvas de presiones a medida.

Esto nos permitirá una serie de ventajas como una mayor presión media,y por consiguiente mayor velocidad inicial para un mismo tubo, menor desgas-te, y por tanto mayor vida del tubo. Evidentemente no son válidos los cálcu-los desarrollados en el capítulo 9. La velocidad inicial será función tantode la cantidad de líquido inyectada como del proceso de inyección. Podremosconseguir aumentos continuos de velocidad inicial.

11.6. CAÑÓN ELECTROMANÉTICO.

Como en el caso anterior, este tema ha sido ya desarrollado en el pun-to 4.5.5. Su concepción es más antigua. El General Sánchez Gutiérrez, en sus"Conferencias sobre balística interior", en la edición de 1943, ya hace unesbozo de las posibilidades de este tipo de propulsión.

Su estudio balística diferirá mucho de lo visto hasta ahora, basado enla termodinámica, puesto que entran en juego variables eléctricas.

Figura 11.5: Proyectil de doblecalibre, antes y después del

disparo.

11-4

BIBLIOGRAFIA

(1) Gral. Sánchez Gutiérrez. onferencias sobre Balística Interior.Academia de Artillería. Ediciones de 1918, 1943 y 1955.

(2) Monforte Soler, Manfredo: “Las pólvoras y sus aplicaciones”. Ma-drid. Unión Expañola de Explosivos, SA. 1992.

(3) Rheinmetall. Handbook on weaponry. Düsseldorf. Rheinmetall Indus-triewerbung GmbH. 19822.

12-1

CAPITULO 12

12 BALISTICA DE TRANSICION

12.1. INTRODUCCIÓN .

La balística de transición, también llamada intermedia, trata de lossucesos que tienen lugar en torno a la salida del proyectil por la boca delarma, hasta que los gases de propulsión dejan de tener efecto sobre él.

Esta parte de la ciencia balística debe estudiar numerosas variables,algunas de las cuales entrarían en la teoría del caos. Por tanto, no se pue-de predecir el exacto y objetivo comportamiento del proyectil en esta fase.Es necesario ajustarse a los datos obtenidos por experiencias. Sólo han po-dido ser aislados algunos de los efectos que se producen, y de los que sepresenta a continuación un estudio teórico y empírico.

12.2. EFECTOS DE LA SALIDA DEL PROYECTIL.

La aparición repentina de una gran presión dentro de un arma, y suposterior contacto, a través de la boca, con la presión atmosférica exte-rior, causa un fenómeno de turbulencia y otros diversos efectos susceptiblesde estudio y medida, que pueden afectar al proyectil incluso tras abandonarel tubo.

Las ondas de presión generadas se propagan con la velocidad del soni-do. Esta velocidad depende de diversos factores como tipo y estado de losgases presentes. Responde aproximadamente a la ecuación:

Donde 6 es la relación de calores específicos de la mezcla de gases. Res la constante de los gases perfectos, 287 J/kg ºK y T es la temperaturaabsoluta en grados Kelvin.

En condiciones normales, para el aire 6 =11404 y T = 2882K (15ºC) ytenemos que la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s. SiendoP.V=nR0T, y para un gas determinado mRT; siendo m, la masa de gas y R, laconstante específica para dicho gas; la densidad es: m/V = d = p/RT; despe-jando RT = P/d sustituyendo en [1]

En las proximidades deuna boca de fuego durante eldisparo, la temperatura, pre-sión y densidad de los gasesvaría considerablemente, asípor tanto la velocidad del so-nido. También se debe hacernotar que la composición dedichos gases es muy diferentede la del aire. La onda dechoque provocada por el dispa-ro tiene una velocidad mayorque la de sonidos de menor in-tensidad.

Cuando se produce undisparo, el sonido generado estransmitido por el aire que seencuentran ante la boca, pre-

RTag κ= [1]

d

GPag = [2]

Flujo de gases

Onda estática

Onda expansiva

Figura 12.1: Onda expansiva.

12-2

viamente a la salida del proyectil, y se desplaza en forma de onda expansívaen todas direcciones, a velocidad ligeramente superior a la del sonido. Par-te de esta onda se dirige hacía la boca del arma, donde tropezará con el ai-re y los gases que salen del tubo. Se forma inicialmente una onda de choqueestática, con forma de botella, según la figura 12.1.

12.2.1. FLUJO EXTERIOR DE GASES DURANTE EL DISPARO.

El flujo consta de dos fa-ses: la onda precursora que pre-cede al proyectil, y la onda ex-pansivo formada a la salida delos gases propulsores. En los ca-ñones sin retroceso, el flujoprincipal es el de los gases delrebufo; los efectos producidosson similares a los de un armaconvencional de mayor calibre.

Cuando el proyectil avanzaa lo largo del tubo, empuja lacolumna de aire que se encuentradelante. A esto se añade el pe-queño escape de gases de propul-sión que se puede producir. Elaire frente a la boca forma laonda expansiva antes vista quellamaremos precursora, de formacasi esférica. Los onda de choqueen forma de gases que salen deltubo crean la botella, crecienteen tamaño con la velocidad de losgases.

El proyectil sale, y cuando la banda de conducción asoma, los gases depropulsión a muy alta presión se expanden en la atmósfera. Se genera una po-tente onda expansiva, no esférica ya que es distorsionada por la presenciadel proyectil y los propios gases. La velocidad de los gases pasa a ser mu-cho mayorque la del proyectil. Aparecen por tanto, ondas de choque en la ba-se del proyectil, como si éste se desplazara en sentido contrario. Este gasproporciona un empuje adicional hasta varios calibres de distancia de la bo-ca. La cuantificación de este efecto es impredecible; puede ser medida, yconsiderada en los cálculos.

La onda expansiva sepropaga con mayor rapidezque la onda precursora, pu-diendo alcanzarla. Apareceuna nueva onda en forma debotella tras el proyectil.Cuando decrece la velocidadde los gases remanentes,disminuye su tamaño y retro-cede, viajando por el inte-rior del tubo.

Considerando una velo-cidad inicial normalmentesuperior a la del sonido, elproyectil adelantará a lasondas expansivas, generandouna onda de choque propia,que le acompañará durante suvuelo supersónico.

Figura 12.2: onda expansiva.

Onda estática

Onda expansiva

precursora

precursora

Escape de gases

propulsores

Figura 12.3: Onda precursora.

12-3

12.2.2. FOGONAZO.

El fogonazo es la luz emitidaen las proximidades de la boca porlos gases de propulsión a elevadatemperatura, y por las reaccionesquímicas entre estos gases y el aireexterior.

Existe un primer prefogonazoantes de la salida del proyectil, de-bido al escape de gases de propulsiónque le adelantan. La temperatura deestos gases es normalmente suficientepara emitir una radiación visible,conocida como flash primario.

Tras la salida del proyectil,los gases se expanden y enfrían rápi-damente. Al alcanzar, por su mayor

velocidad, el llamado disco de Mach que es la base de la onda en forma debotella, se vuelven a comprimir. La temperatura se eleva de nuevo, con loque los gases vuelven a emitir luz, en lo que se llama el flash intermedio.

Figura 12.4: Proyectil adelan-tando a los gases.

Flashprimario

intermedio

Flash secundario

incandescentes

Figura 12.5: Componentes del fo-gonazo.

Figura 12.6: Flash secundario del cañón de un Chieftain.

12-4

Los productos de combustión contienen gases combustibles, como hidró-geno y monóxido de carbono. En contacto con el oxígeno exterior, y con lasaltas temperaturas presentes es posible su ignición. La llamarada consecuen-te produce un gran fogonazo, el más brillante con mucho, que llamamos flashsecundario. Este suceso no se da en las armas de pequeño calibre, por la ba-ja temperatura y densidad de los gases.

Finalmente, las partículas incandescentes y restos del propulsor sinquemar pueden aparecer como una larga traza luminosa en la trayectoria delproyectil.

12.2.3. SUPRESIÓN DEL FOGONAZO.

El fogonazo es un efecto no deseable desde el punto de vista militar.Puede descubrir el origen de nuestro fuego. Existen diversas técnicas paraevitarlo o reducirlo. Las principales son: el empleo de dispositivos en bo-ca, tipo de propulsor y aditivos al propulsor.

Los dispositivos en boca se diseñan normalmente para suprimir el flashintermedio. Como consecuencia, el secundario de los materiales de grueso ca-libre no consigue su ignición. Su propósito es dispersar la onda en forma debotella. De esta manera no se produce compresión de los gases, ni por tantosu elevación de temperatura ni ignición.

En los materiales de grueso calibre, el método más empleado es el usode cargas propulsaras que produzcan una gran cantidad de nitrógeno a relati-vamente bajas temperaturas. Esta técnica diluye la fracción combustible delos gases, reduciendo la temperatura media. Éstas son las denominadas pólvo-ras de triple base, gracias a su elevada proporción de nitroguanidina, ricaen nitrógeno.

El flash también se reduce por la adición a la carga de sales de sodioy potasio, que evitan la combustión del hidrógeno en el flash secundario.Tienen el efecto negativo de una gran producción de humos, que puede no serdeseado con luz diurna.

12.2.4. LA ONDA EXPANSIVA.

Son las ondas de presión producidas por la explosión o deflagración deun compuesto químico, al liberar productos gaseosos a muy alta presión en laatmósfera. Sus efectos se estudian con detalle en la balística de efectos. Adistancias muy próximas de la boca de fuego, puede causar daños en el siste-ma auditivo, e incluso en los pulmones y otros tejidos blandos.

El efecto más normal y que debemos considerar es el del ruido produci-do, que además de delatar la posición del origen de fuego, puede causar mo-lestias a los sirvientes.

La intensidad de ruido N se mide en decibelios (dB) de sobrepresión,con respecto a una presión de referencia de 2xl0-5 Pascales, siendo un Pascaligual 1P = 1 N/m2. Es decir:

donde P, es la presión de referencia.

Existen dos fuentes de ruido en un disparo. La primera, origen de másde la mitad de la intensidad, generada por la expansión de los gases tras lasalida del proyectil, y la segunda por la ignición que provoca el flash se-cundario, mayor en las armas de mayor calibre. La primera va acompañada deun fuerte e instantáneo aumento de presión, mientras que la segunda lleva unaumento progresivo.

( )0

110P

Plog20dBN = [3]

12-5

Los niveles sonoros son muy altos en las proximidades de la boca delarma, especialmente en la dirección del proyectil. Por tanto, los sirvientesno se ven tan afectados. La existencia de un freno u otro dispositivo en bo-ca aumenta el nivel de ruido que les alcanza.

Las armas de pequeño calibre pueden ir provistas de un silenciador.Éste nunca elimina el ruido, sino que reduce su intensidad, por lo que de-bían ser llamados moderadores. Existen tres métodos: absorción, disipación ycontención, según la figura. Los silenciadores prácticos incorporan combina-ciones de estos sistemas. En el caso de materiales de gran calibre, su tama-ño los hace completamente inviables.

En cuanto a los niveles de ruido que se pueden considerar peligrosos,no existe una definición en la materia. Depende de la sobrepresión de pico,la duración de la misma, rango de frecuencias abarcado, repetición de la ex-posición al ruido, y circunstancias personales. El oído humano puede sopor-tar típicamente 150 dB sin protección, en una corta explosión. El principalproblema vendrá causado por la repetición. Este mismo nivel soportado unavez cada día puede causar serios daños. En cambio, el empleo constante en unsólo día de combate será casi inocuo caso de no volver a exponerse a él.

Es por eso altamente recomendable el uso de protectores auditivos. És-tos reducen, correctamente empleados, hasta 35 dB el nivel sonoro que sopor-ta el tímpano. Los cañones sin retroceso, y los cañones de carros, puedensuperar los 185 dB que comienzan a ser peligrosos. Para este caso será nece-sario emplear protección extraordinaria. Es importante recordar el correctoempleo del dispositivo. Si no está bien colocado la protección puede caerhasta los 15 a 25 dB.

12.3. RETROCESO DEL ARMA Y FRENO DE BOCA.

El momento que impulsa al proyectil hacia adelante es Soportado igual-mente, en sentido inverso por el arma. Debido a su gran masa la velocidad dela parte móvil es evidentemente mucho menor, pero el esfuerzo de frenado ne-cesario es grande.

El momento transferido a la parte móvil del arma tiene dos componen-tes. En primer lugar hasta la salida del proyectil, y en segundo lugar eldebido al flujo exterior de gases. Es decir

El momento hasta la salida del proyectil es igual a la masa del pro-yectil más la de carga acelerada hasta esta velocidad:

El momento debido al efecto de los gases es:

u es la velocidad media de expansión de los gases:

“a” es la velocidad del sonido en las proximidades de la boca, que po-demos suponer a = 1000 m/s.

La energía de retroceso Er se calcula por la fórmula:

llamando m, a la masa móvil, quedando por tanto

cpr III += [4]

( ) 0cpp vm5'0mI ⋅+= [5]

( ) um5'0vum5'0I c0cc +−= [6]

220 avu += [7]

r

2r

rm2

IE = [8]

12-6

siendo:

un factor que caracteriza el efecto posterior de los gases.

Podemos decir que cuando elproyectil sale por la boca, el retro-ceso ha acumulado cerca de la mitadde su energía. El resto es debido ala rápida expansión de los gases. Pe-ro estos pueden ser empleados, diri-giéndolos hacia atrás, para generarun esfuerzo en dirección contraria.un freno de boca convenientemente di-sehado reduce el retroceso en cercade un 50%. Tiene el inconveniente desu complejidad, coste y efectos im-

previsibles en el empuje del proyectil. Además puede perjudicar al personal,al llevar todo el flujo de gases hacia atrás.

Los frenos prácticos reducen el retroceso en un 25% aproximadamente.Suelen dirigir el flujo lateralmente.

12.4. SOBREBLEVACIÓN.

Otro factor que se considera en la balística de transición es el ángu-lo de sobreelevación. Cuando se produce el disparo, la tangente al eje delánima en la boca del tubo no forma con la horizontal el mismo ángulo que an-tes del disparo. Esto es debido a que durante el proceso de fuego el tubo seve sometido a oscilaciones de alta frecuencia, transmitidas al montaje. siel centro de gravedad es excéntrico, se puede producir un par de sobreeleva-ción. Afíadido a la fase de la oscilación en la cual se produzca la salidadel proyectil, causa que el ángulo de salida sea distinto, y que además elproyectil tenga una pequeña velocidad transversal. Este movimiento oscilato-rio es normalmente amortiguado por freno y recuperador.

( ) 20

r

2cp

r vm

mm

2

1E

β+= [9]

0v

u=β [10]

12-7

BIBLIOGRAFIA

(1) Farrar, CL.; Leeming, Dw. Military Ballistics. A basic manual(Battlefield weapon systems & technology). oxford. BrasseylsPublishers Ltd. 19831.

(2) Gral. Sánchez Gutiérrez. Conferencias sobre Balística Interior.Academia de Artillería. Ediciones de 1918, 1943 y 1955.

(3) Oerlikon. Oerlikon pocket-book. Zurich. Oerlikon Bührle AG. 19812

(4) Rheinmetall. Handbook on weaponry. Düsseldorf. Rheimetall Indus-triewerbung GmbH. 19822.

13-1

CAPITULO 13

13 BALISTICA EXPERIMENTAL

13.1. INTRODUCCIÓN.

La balística experimental trata de los distintos procedimientos em-pleados para determinar experimentalmente un conjunto de parámetros que de-finen el movimiento del proyectil (velocidades, aceleraciones, presiones,etc.).

Para ello es necesario, en primer lugar, saber qué parámetros son di-rectamente mesurables, y cómo se pueden hallar los que no lo son.

El desarrollo de los dispositivos de medida ha marcado la evolución dela ciencia balística. Desde el péndulo balística hasta el radar, un conjuntode avances tecnológicos ha permitido conocer cada vez con más precisión losprocesos que ocurren en el disparo de un arma de fuego.

Para el caso de la balística interior, e intermedia, es necesario de-terminar fundamentalmente los siguientes parámetros: distribución de presio-nes a lo largo del tubo; movimiento del proyectil en su interior; mediciónde la velocidad inicial; salida del proyectil, acción exterior de los gases;ondas expansivo y de choque.

La mayoría de los aparatos de medida son específicos para cada mate-rial, elaborados en el proceso de diseño del mismo. Por tanto, sólo se haráun breve estudio de los principios que rigen estas observaciones.

13.2. MEDIDA DE PRESIONES.

Nos permiten conocer los valores de presiones dentro de los tubos,tanto instantáneas como máximas. Gracias a ellos conoció la balística inte-rior su mejor desarrollo.

Para medir presiones máximas se empleaban piezas de cobre ("crushers")que eran comprimidas por la presión. midiendo su espesor después del disparotenemos un registro de presión máxima.

Posteriormente se han desarrollado los manómetros de presión, tantomecánicos como los más modernos piezoeléctricos, que registran la curva depresiones completa. Existe una amplia variedad de tipos y modelos, de desa-rrollo muy complicado.

13.3. FOTOGRAFIA ULTRARRAPIDA.

Todos los procesos balístícos tienen lugar a gran velocidad. Para dis-poner de imágenes registradas son necesarias técnicas de fotografía ultra-rrápida. Nos enfrentamos a dos problemas. El primero es el instante adecuadode exposición, y el segundo la duración de la misma.

El primer problema es fácil. Mediante algún dispositivo que dispare lacámara, activado por el paso del proyectil, o el suceso que queramos refle-jar. El segundo es más complicado.

Una posible solución es efectuar la fotografía en una cámara oscura, eiluminar el objeto, y por tanto la película, en un breve instante. Existenvarios posibles procedimientos. En primer lugar, el microflash. Una descargaeléctrica en una válvula de gas, que, dependiendo de su composición, puedeser de muy corta duración, hasta un orden de 10-5 s. Es válido para velocida-des subsónicas. Pero un proyectil de 7’62 mm, a 840 m/s recorre 1 mm en1'2xl0-6 s. Con esta técnica la fotografía se vería borrosa.

Para reducir los tiempos de exposición se recurre al método más anti-guo. La producción de una chispa, que es de duración típicamente menor de

13-2

0,5 ps. Podemos colocar la fuente generadora de la chispa frente a la cáma-ra, con lo que veremos la sombra del proyectil. Este procedimiento tiene laventaja de que nos permite ver la onda de choque. Esto es porque la luz serefracta en la onda, dado el gradiente de densidad provocado por la presión.

Otra posible técnica es el desplazamiento, real o virtual, de la pelí-cula junto al móvil durante el tiempo de exposición. Esto resulta particu-larmente útil en la grabación de imágenes continuadas, como el cine, a muyalta velocidad. Por ejemplo, en la grabación sincro-balística, cada fotogra-ma se desplaza con el objeto. Para evitar mover el objetivo de la cámara, sepuede emplear el dispositivo de la figura 13.2.

Figura 13.1: Disparo de un proyectil flecha.

Figura 13.2: Procedimiento sincro-balístico.

Movimiento de la película

Prisma

rotatorio

Lente

Luz incidente

13-3

13.4. MEDICION DE VELOCIDAD INICIAL.

Una de las más importantes mediciones es la de la velocidad inicial delos proyectiles. Fundamentalmente, debido a que el usuario del material debeconocer constantemente el valor de dicha velocidad. Lo cual le implica en elconocimiento de los métodos para realizar la medición.

Analizaremos fundamentalmente dos: bases de medida, y radar doppler.

13.4.1. BASES DE MEDIDA.

El fundamento estriba en la medición del tiempo t que tarda el proyec-til en recorrer un espacio conocido s (base de medición), materializado enlas proximidades de la boca de la pieza por la separación entre dos marcos.

La velocidad media del proyectil en el espacio s será v = s/t Dado elpequeño valor de s se puede tomar sin error como velocidad instantánea en supunto medio.

El problema consiste, enprimer lugar, en el momento dedisparar y detener el cronóme-tro; en segundo lugar, en medirel tiempo con precisión. Paraevitar errores, es necesario quela marca de inicio y fin sea lomás definida y que la base demedición sea lo más grande posi-ble, dentro de un margen en elque podamos considerar la velo-cidad constante. Para su resolu-ción existen diversos procedi-mientos.

El pulso de inicio y fin nos lo debe proporcionar el proyectil de for-ma automática, al registrar su paso por los marcos. Estos pulsos disparan ydetienen un cronómetro de suficiente precisión. Este registro se hace de di-versas maneras:

13.4.1.1. Interruptor de contacto.

Puede ser un circuito con contactos al aire, que cierra el proyectil asu paso, o un circuito cerrado con un hilo en la trayectoria, que cortará elproyectil, abriendo el circuito. Es poco preciso, y requiere por tanto gran-des bases, y además tiene la desventaja de que solo permite ser empleado pa-ra un disparo.

13.4.1.2. Pantalla de luz.

Podemos generar el pulso de disparo utilizando la fluctuación de in-tensidad en una fotocélula, debida al paso del proyectil, interrumpiendo laluz. Por desgracia, existen interferencias causadas por pulsos espúreos pro-cedentes de reflejos. Además, si el proyectil está estabilizado giroscópica-mente, el reflejo en el primer marco no tiene por qué ser igual al del se-gundo, y el resultado puede quedar distorsionado.

13.4.1.3. Inductancia.

El paso del proyectil por una bobina varía su inductancia, y produceun pulso que nos sirve para este propósito.

Las bobinas pueden formar parte de un circuito oscilante. El paso delproyectil hace variar el Q del circuito, efecto que será utilizado para ge-

s

ImantadorCalculador

Figura 13.3: Base de medida.

13-4

nerar los pulsos de disparo. Este procedimiento sólo es válido en caso deque el diámetro de las bobinas sea ligeramente superior al del proyectil.

Si se magnetiza previamente el proyectil, el pulso generado en las bo-binas será mayor y más definido, siendo éste el método más empleado.

Las bases de medida pueden ser dosmarcos colocados a cierta distancia dela pieza. Esta se apunta de modo que elproyectil atraviese los marcos. Si labase es grande, es necesario tener encuenta en el cálculo la pérdida de velo-cidad.

Si queremos tener información cons-tante, debemos colocar las bases sobrela boca. Este requiere que la distanciasea pequeña, y el equipo ligero, para nodistorsionar las condiciones del tiro.Un buen ejemplo son las de la pieza de35/90 Oerlikon que vemos en la figura13.4.

13.4.2. MEDICIÓN RADAR.

Otro procedimiento es el empleo de un radar de onda continua, medianteel conocido efecto doppler. Recordamos que la frecuencia doppler fd para unmóvil se calcula:

Por tanto, la velocidad, si tenemos un radar que nos mida la frecuen-

cia doppler será:

La velocidad que medimos es un vector radial, y necesitamos la veloci-dad tangencial. Para ello debemos introducir una sencilla corrección por pa-ralaje.

Hoy en día es posible emplear radares de impulsos para efectuar lasmedidas de posición del proyectil, y calcular la velocidad por posiciones ytiempo.

Las ventajas del empleo del radar son:

- El proyectil no atraviesa ningún marco de medida. No hay influenciasobre la balística de transición.

- El tiro puede realizarse con cualquier ángulo.

- Los efectos de la onda de boca no afectan a las mediciones.

13.5. OTROS APARATOS.

Para cualquiera de los procesos registrados, un medio auxiliar siemprepresente es un cronómetro. Su precisión debe estar ajustada a la necesidad.El elemento distintivo en cada caso será el interfaz entre el experimento yel cronómetro, que suele dar forma a los diferentes tipos. No debemos olvi-dar que el espectro de ordenes de tiempo que se medirán es amplísimo, desdemicrosegundos hasta millares de segundos

Fig. 13.4: Bases de medida delcañón Oerlikon 35/90.

λ=

V2fd

[1]

df2V

λ= [2]

13-5

Los resultados obtenidos deben registrarse en algún soporte, para po-der hacer su posterior explotación. Desde las notas tomadas en un papel,hasta el registro informatizado tenemos una amplia gama.

Otro aparato general muy necesario será un trazador gráfico, que re-presente de forma analizable los resultados de las mediciones.

13.6. CONCLUSIONES.

Las investigaciones científicas son realizadas con rigor, y basadas nosólo en hipótesis matemáticas, sino contrastadas con mediciones directas delos resultados. A pesar de la complicación de estas mediciones, los avancesde la técnica han permitido conocer con bastante detalle los procesos quetienen lugar en el disparo de armas de fuego. Aún así queda todavía muchocampo abierto a la investigación de los actuales procedimientos y al desa-rrollo de nuevas ideas.

13-6

BIBLIOGRAFIA.

(1) C.L. Farrar & D.W. Leming. Military Ballistics- A Basic Manual. Bras-sey'S Defence Publichers. 1982.

(2) DRELLO. Ballistics Measuring Instruments. Drello GmbH. Mónchengla-dbach. 1989.

(3) Gral. Sánchez Gutiérrez. Conferencias sobre Balística Interior. Acade-mia de Artillería. Ediciones de 1918, 1943 y 1955.

(4) Ministerio del Ejército. M-3-3-6. Manual. Fundamentos técnicos del ti-ro de artillería. IMPHOE. 1977.

(5) Oerlikon. oerlikon pocket-book. Zurich. oerlikon Bührle AG.19812

(6) Rheinmetall. Handbook on weaponry. Düsseldorf. Rheimetall Industiewer-bung GmbH. 19822 .

(7) Tcol. Domingo Puche y Cap. Martín Castañer. Guión de Balística Experi-mental. Academia de Artillería.

i

1. FUNDAMENTOS Y CARACTERISTICAS DE LOS EXPLOSIVOS .............................................1-11.1. LA COMBUSTION. .......................................................................................................1-11.2. LA EXPLOSIÓN. SU NATURALEZA. ..........................................................................1-11.3. MATERIAS ACTIVAS. EXPLOSIVOS QUIMICOS.....................................................1-21.4. REGÍMENES DE DESCOMPOSICIÓN DE LOS EXPLOSIVOS. ..................................1-4

1.4.1. DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA....................................................................1-41.4.2. COMBUSTIÓN ORDINARIA........................................................................1-41.4.3. DEFLAGRACIÓN. ........................................................................................1-41.4.4. DETONACIÓN. .............................................................................................1-5

1.4.4.1.Iniciación. ..........................................................................................1-61.4.5. TRANSICIÓN DE DEFLAGRACIÓN A DETONACIÓN. .............................1-6

1.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXPLOSIÓN. ....................................................1-71.5.1. NATURALEZA Y PORCENTAJE DE LOS COMPONENTES......................1-71.5.2. PRESIÓN Y TEMPERATURA.......................................................................1-71.5.3. DENSIDAD DEL EXPLOSIVO. ....................................................................1-71.5.4. DENSIDAD DE CARGA. ..............................................................................1-81.5.5. ATRAQUE.....................................................................................................1-81.5.6. CATALIZADORES........................................................................................1-81.5.7. MASA............................................................................................................1-81.5.8. TAMANO DE PARTICULA DEL EXPLOSIVO............................................1-9

1.6. CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS. ...............................1-91.6.1. ESTABILIDAD..............................................................................................1-9

1.6.1.1. Estabilidad química. ..........................................................................1-91.6.1.2. Estabilidad física. ..............................................................................1-91.6.1.3. Estabilidad balística......................................................................... 1-10

1.6.2. ECUACIÓN DE DESCOMPOSICIÓN. ........................................................ 1-101.6.3. CALOR DE EXPLOSIÓN. ........................................................................... 1-111.6.4. POTENCIAL Y POTENCIA. ....................................................................... 1-121.6.5. VOLUMEN ESPECIFICO............................................................................ 1-121.6.6. TEMPERATURA DE LA EXPLOSION....................................................... 1-131.6.7. PRESIÓN DE LOS GASES. ......................................................................... 1-141.6.8. VELOCIDAD DE EXPLOSION................................................................... 1-141.6.9. PODER ROMPEDOR................................................................................... 1-141.6.10. SENSIBILIDAD......................................................................................... 1-14

1.7. CLASIFICACION DE LOS EXPLOSIVOS. ................................................................. 1-151.7.1. EXPLOSIVOS PROPULSORES................................................................... 1-151.7.2. EXPLOSIVOS ROMPEDORES. .................................................................. 1-151.7.3. EXPLOSIVOS INICIADORES..................................................................... 1-151.7.4. MEZCLAS PIROTECNICAS. ...................................................................... 1-161.7.5. OTROS CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN. ............................................... 1-16

1.8. CADENAS DE FUEGO................................................................................................ 1-161.8.1. CADENA DE FUEGO PROPUISORA PARA MUNICIÓN DE PEQUEÑOCALIBRE. ............................................................................................................. 1-161.8.2. CADENA DE FUEGO PROPULSORA PARA MUNICIÓN DE CALIBRESMEDIOS Y GRANDES. ........................................................................................ 1-171.8.3. CADENA DE FUEGO PROPULSORA EN COHETES................................ 1-171.8.4. CADENA DE FUEGO EXPLOSIVA............................................................ 1-17

2 MATERIAS PRIMAS EN LA PABRICACION DE EXPLOSIVOS .................................................2-12.1. CARACTER EXPLOSIVO Y NITRACION. ..................................................................2-1

2.1.1. NITROCUERPOS. .........................................................................................2-12.1.2. OTROS CUERPOS DE CARACTER EXPLOSIVO. ......................................2-3

2.2. LA NITRACION. ...........................................................................................................2-32.2.1. TEORÍA DE LA NITRACIÓN. ......................................................................2-32.2.2. REACCIONES DE NITRACIÓN. ..................................................................2-52.2.3. AGENTES NITRANTES................................................................................2-6

2.3. LAS MATERIAS PRIMAS.............................................................................................2-62.3.1. SU IMPORTANCIA.......................................................................................2-62.3.2. HIDRATOS DE CARBONO. .........................................................................2-82.3.3. DESTILACIÓN DE LA HULLA Y EL PETROLEO.......................................2-9

ii

2.3.4. ALCOHOLES. ............................................................................................. 2-112.3.5. FENOLES. ................................................................................................... 2-112.3.6. AMIDAS Y AMINAS. ................................................................................. 2-122.3.7. COMPUESTOS INORGANICOS................................................................. 2-122.3.8. OTRAS MATERIAS PRIMAS. .................................................................... 2-13

3 EXPLOSIVOS ROMPEDORES.......................................................................................................3-13.1. INTRODUCCIÓN. .........................................................................................................3-13.2. EXPLOSIVOS ROMPEDORES......................................................................................3-2

3.2.1. ACIDO PICRICO. ..........................................................................................3-23.2.2. TRILITA. .......................................................................................................3-23.2.3. PENTRITA.....................................................................................................3-33.2.4. TETRALITA. .................................................................................................3-43.2.5. HEXÓGENO..................................................................................................3-43.2.6. OCTÓGENO. .................................................................................................3-53.2.7. EXPLOSIVOS DE AIRE COMBUSTIBLE. ...................................................3-5

3.3. MEZCLAS EXPLOSIVAS. ............................................................................................3-63.3.1. GENERALIDADES. ......................................................................................3-63.3.2. FINALIDAD DE LOS INGREDIENTES DE UNA MEZCLA. .......................3-73.3.3. MEZCLAS EXPLOSIVAS. ............................................................................3-8

4. EXPLOSIVOS PROPULSORES .....................................................................................................4-14.1. GENERALIDADES........................................................................................................4-14.2. PÓLVORA COLOIDAL. ................................................................................................4-1

4.2.1. POLVORAS EXTRUIDAS.............................................................................4-14.2.2. PÓLVORA ESFEROIDAL. ............................................................................4-44.2.3. TIPOS DE PÓLVORAS COLOIDALES.........................................................4-4

4.3. PÓLVORAS COLADAS. ...............................................................................................4-94.4. PÓLVORAS COMPOSITAS. ....................................................................................... 4-104.5. LAS NUEVAS TENDENCIAS EN PROPULSION....................................................... 4-10

4.5.1. CARGAS DE PROYECCIÓN ACTUALES.................................................. 4-104.5.2. CARGAS MODULARES. ............................................................................ 4-124.5.3. PROPULSORES DE ALTO EXPLOSIVO.................................................... 4-144.5.4. PROPULSORES LÍQUIDOS (PL.). .............................................................. 4-164.5.5. CAÑONES ELECTROMAGNÉTICOS. ....................................................... 4-27

5 EXPLOSIVOS INICIADORES........................................................................................................5-15.1. GENERALIDADES........................................................................................................5-15.2. CLASIFICACIÓN. .........................................................................................................5-15.3. DESCRIPCIÓN DE LOS EXPLOSIVOS INICIADORES MÁS EMPLEADOS. .............5-1

5.3.1. FULMINATO DE MERCURIO......................................................................5-25.3.2. NITRURO DE PLOMO..................................................................................5-25.3.3. NITRURO DE PLATA...................................................................................5-25.3.4. TRINITRORESORCINATO DE PLOMO. .....................................................5-35.3.5. DIAZONITROFENOL. ..................................................................................5-35.3.6. TETRACENO. ...............................................................................................5-4

5.4. MEZCLAS INICIADORAS............................................................................................5-45.4.1. REDUCTORES. .............................................................................................5-45.4.2. OXIDANTES. ................................................................................................5-55.4.3. ELEMENTOS DE FRICCIÓN........................................................................5-55.4.4. FLEGMATIZANTES. ....................................................................................5-55.4.5. SENSIBILIZANTES. .....................................................................................5-55.4.6. ESTABILIZADORES.....................................................................................5-55.4.7. EXPLOSIVOS ROMPEDORES. ....................................................................5-55.4.8. AGLOMERANTES........................................................................................5-65.4.9. MEZCLAS INICIADORAS MAS EMPLEADAS...........................................5-6

6 AGENTES FUMíGENOS ................................................................................................................6-16.1. SISTEMA DISPERSO. ...................................................................................................6-1

6.1.1. ESTABILIDAD DE LOS AEROSOLES.........................................................6-2

iii

6.1.2. PROCESO DE DIFUSIÓN/SEDIMENTACIÓN DE UN AEROSOL. .............6-36.1.3. PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS AEROSOLES........................................6-3

6.2. AGENTES FUMÍGENOS...............................................................................................6-46.2.1. RESEÑA HISTÓRICA. ..................................................................................6-46.2.2. DISPERSIÓN DE LOS AGENTES FUMÍGENOS..........................................6-56.2.3. CARACTERISTICAS DE LOS AGENTES FUMÍGENOS. ............................6-66.2.4. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES METEOROLÓGICAS....................6-86.2.5. AGENTES FUMIGENOS............................................................................. 6-106.2.6. AGENTES FUMIGENOS PARA SENALES. ............................................... 6-13

7 AGENTES INCENDIARIOS ...........................................................................................................7-17.1. GENERALIDADES........................................................................................................7-17.2. RESEÑA HISTORICA. ..................................................................................................7-17.3. REACCIÓN DEL AGENTE INCENDIARIO..................................................................7-27.4. AGENTES INCENDIARIOS. .........................................................................................7-2

7.4.1. TIPOS DE AGENTES INCENDIARIOS. .......................................................7-27.4.2. COMPOSICIÓN DE UN AGENTE INCENDIARIO.......................................7-37.4.3. AGENTES INTENSIVOS. .............................................................................7-47.4.4. AGENTES DISPERSIVOS.............................................................................7-5

8 AGENTES ILUMINANTES ............................................................................................................8-18.1. INTRODUCCIÓN. .........................................................................................................8-18.2. AGENTES ILUMINANTES. ..........................................................................................8-1

8.2.1. COMPOSICIÓN.............................................................................................8-18.2.2. CARACTERISTICAS DE LOS AGENTES ILUMINANTES. ........................8-2

8.3. EMPLEO DE LOS AGENTES ILUMINANTES.............................................................8-5

9 BALÍSTICA INTERIOR EN CAÑONES CONVENCIONALES......................................................9-19.1. INTRODUCCIÓN. .........................................................................................................9-1

9.1.1. HISTORIA. ....................................................................................................9-19.2. SITUACIÓN INICIAL....................................................................................................9-19.3. SECUENCIA DE FUEGO. .............................................................................................9-29.4. BALANCE ENERGÉTICO. ...........................................................................................9-29.5. PROCESO DE CONBUSTIÓN ......................................................................................9-4

9.5.1. SECUENCIA DE LA COMBUSTIÓN............................................................9-49.5.2. VELOCIDAD DE DEFLAGRACIÓN. ...........................................................9-49.5.3. PÓLVORAS PROGRESIVAS Y REGRESIVAS. ...........................................9-5

9.6. EMPUJE Y PRESIÓN DE LOS GASES. ........................................................................9-79.6.1. LA ACCIÓN DE LOS GASES. ......................................................................9-79-6.2. LA CURVA DE PRESIÓN.............................................................................9-79.6.3. EL TRABAJO DE LOS GASES. ....................................................................9-8

9.7. MOVIMIENTO DEL PROYECTIL. ...............................................................................9-89.7.1. LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO..............................................................9-99.7.2. LA ECUACIÓN DE RÉSAL. ....................................................................... 9-10

9.8.EFECTO DEL RAYADO. ............................................................................................. 9-119.8.1.TIPO DE RAYADO ...................................................................................... 9-119.8.2.CÁLCULO DE LA FUERZA DE ROTACIÓN.............................................. 9-129.8.3.FUERZA DE ROTACIÓN PARA ÁNGULO CONSTANTE ......................... 9-139.8.4.FUERZA DE ROTACIÓN PARA ÁNGULO EN PROGRESIÓN PARABÓLICA.............................................................................................................................. 9-139.8.5.CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE GIRO................................................. 9-14

9.9.CONCLUSIONES ......................................................................................................... 9-14

10 BALISTICA INTERIOR EN LA ARTILLERIA COHETE........................................................... 10-110.1. INTPODUCCION....................................................................................................... 10-1

10.1.1. HISTORIA. ................................................................................................ 10-110.2. SITUACIÓN INICIAL................................................................................................ 10-210.3. ECUACION GENERAL. ............................................................................................ 10-210.4. PROCESO DE COMBUSTIóN. .................................................................................. 10-3

10.4.1. GEOMETRIA DE LOS GRANOS. ............................................................. 10-310.4.2. VELOCIDAD DE DEFLAGRACIÓN......................................................... 10-4

iv

10.4.3. PROCESO DE COMBUSTIÓN. ................................................................. 10-410.5. EMPUJE..................................................................................................................... 10-5

10.5.1. DEFINICIONES Y TÉRMINOS................................................................. 10-510.5.2. CÁLCULO DEL EMPUJE.......................................................................... 10-6

10.6. LA TOBERA. ............................................................................................................. 10-610.7. ESTABILIZACIÓN. ................................................................................................... 10-7

10.7.1. DESALINEAMIENTO. .............................................................................. 10-7

11 ARMAS NO CONVENCIONALES ............................................................................................. 11-111.1. INTRODUCCIÓN. ..................................................................................................... 11-111.2. CAÑÓN SIN RETROCESO........................................................................................ 11-111.3. CAÑÓN DE DOBLE RECÁMARA............................................................................ 11-111.4. TUBO DE DOBLE CALIBRE. ................................................................................... 11-211.5. CARGA LIQUIDA. .................................................................................................... 11-311.6. CAÑÓN ELECTROMANÉTICO................................................................................ 11-3

12 BALISTICA DE TRANSICION................................................................................................... 12-112.1. INTRODUCCIÓN . .................................................................................................... 12-112.2. EFECTOS DE LA SALIDA DEL PROYECTIL.......................................................... 12-1

12.2.1. FLUJO EXTERIOR DE GASES DURANTE EL DISPARO. ...................... 12-212.2.2 FOGONAZO. .............................................................................................. 12-312.2.3. SUPRESIÓN DEL FOGONAZO. ............................................................... 12-412.2.4. LA ONDA EXPANSIVA............................................................................ 12-4

12.3. RETROCESO DEL ARMA Y FRENO DE BOCA. ..................................................... 12-512.4. SOBREBLEVACIÓN. ................................................................................................ 12-6

13 BALISTICA EXPERIMENTAL................................................................................................... 13-113.1. INTRODUCCIÓN. ..................................................................................................... 13-113.2. MEDIDA DE PRESIONES......................................................................................... 13-113.3. FOTOGRAFIA ULTRARRAPIDA. ............................................................................ 13-113.4. MEDICION DE VELOCIDAD INICIAL. ................................................................... 13-3

13.4.1. BASES DE MEDIDA. ................................................................................ 13-313.4.2. MEDICIÓN RADAR.................................................................................. 13-4

13.5. OTROS APARATOS.................................................................................................. 13-413.6. CONCLUSIONES. ..................................................................................................... 13-5