Federación Centro Sur de Bomberos Voluntarios de la Provincia de Buenos Aires MANUAL DE SUBOFICIAL SUPERIOR

Transcripción

1 6. EXPLOSIONES Y RADIACTIVOS a. EXPLOSIVOS La palabra explosión ha llegado a tener tantas interpretaciones que no puede ser empleado con exacta precisión por los científicos y técnicos. El fenómeno de la explosión podrá ser mejor entendido al interpretarlo como un efecto o resultado de otro fenómeno, por ejemplo, un recipiente es llenado con una mezcla gas-aire inflamable. La mezcla se inflama y al aumentar la presión resultante, se rompe el recipiente lo que se denominaría explosión. Sin embargo, si dicho recipiente fuera sometido a una tensión, por presión de vapor que sobrepasa sus límites, se rompería con la misma facilidad. Por lo tanto y desde un punto de vista global, una explosión es el efecto producido por una violenta y repentina expansión de gases. Este proceso de rápida transformación física y/o cambio de su energía química de un sistema en una acción mecánica, acompañado por un potencial, también puede ser acompañado por ondas de choque y/o destrucción de los materiales o estructuras. Una explosión puede resultar de: Cambios químicos tales como ocurren al detonar un explosivo. Combustión de una mezcla gas-aire inflamable. Cambios físicos o mecánicos, tales como el estallido de una caldera. Cambios atómicos. La acción mecánica producida durante una explosión se debe a la rápida expansión de gases, haya o no existencia anterior, o por formación de los mismos en el momento de la explosión. Se asocian con la palabra explosión los términos deflagración y detonación, aunque dentro de sus significativos reales no siempre están involucrados, por ejemplo la explosión de un recipiente al ser excedidos sus limites de diseño por excesiva presión de vapor o la explosión de un cilindro de gas por debilitamiento de sus paredes, debido a la corrosión, nada tiene que ver con la deflagración o detonación. Se suele intercambiar el empleo y el significado de estos términos, aunque erróneamente. La deflagración es una reacción isotérmica que se propaga de los gases encendidos al material no reaccionando, por conducción, convección y radiación. En este proceso la zona de combustión avanza por el material a una velocidad menor que la del sonido en los materiales no reaccionados. Como contraste, la detonación es una reacción isotérmica caracterizada por la presencia de una onda de choque en el material, que establece y mantiene la reacción

2 La diferencia característica es que la zona de reacción se propaga a una velocidad mayor que la del sonido en el material no reaccionado. El mecanismo principal del calentamiento es por compresión de choque, el alza de temperatura mas bien tiene relación directa con la intensidad de la onda de choque antes que con la conducción térmica. Todo material detonable tiene una velocidad característica que es constante bajo condiciones fijas de compresión, temperaturas, etc. La descarga de energía química en la reacción, proporciona energía a la onda de choque que de lo contrario, disminuiría en su presión. De ahí que la detonación podrá ser considerada como una onda de choque isotérmica producida por la reacción. En principio, cualquier material capaz de descargar energía rápidamente, puede sufrir un shock iniciativo. En la práctica el grado de energía deberá ser suficientemente poderoso como para superar perdidas enérgicas sin limites. Últimamente, se ha llegado a entender por explosión térmica, la descomposición isotérmica de un material inestable y encerrado en toda su magnitud debido a su auto calentamiento. Al elevarse la temperatura se acelera el grado de la descomposición del material inestable. Normalmente térmica termina en una generación de calor mayor que la disminución de dicho calor, la temperatura de la masa aumentará y terminará en una descomposición constantemente progresiva. térmica termina en una generación de calor mayor que la disminución de dicho calor, la temperatura de la masa aumentará y terminará en una descomposición constantemente progresiva. térmica termina en una generación de calor mayor que la disminución de dicho calor, la temperatura de la masa aumentará y terminará en una descomposición constantemente progresiva. El confinamiento que puede ser producido por la inercia de una gran masa de material no siempre depende de un recipiente contenedor como tal. Normalmente los procesos involucrados en una explosión térmica requieren un tiempo largo para que las temperaturas se eleven hasta el punto donde la reacción se acelera, mientras que los procesos del encendido de una deflagración o detonación son mas bien cortos. b. TIPOS DE EXPLOSIONES EXPLOSIONES POR DEFLAGRACION O DETONACION DE GASES

3 Concordé con las definiciones previas si un recipiente contenido una mezcla vaporaire inflamables se enciende con una resultante acumulación de presión que produce su rotura ocurre en forma inequívoca una explosión. Si el recipiente no se rompe y retiene la deflagración o detonación la explosión no se produce debido a que no se han reunido las condiciones para la acción mecánica. El gas o mezcla-aire tiene limites en cuanto a su inflamabilidad (deflagración) y detonabilidad, estos definen el alcance de la relación combustible-oxidante dentro del cual las mezclas pueden encenderse o detonarse. Los limites de detonabilidad dependen del estímulo inicial de inflamabilidad, aunque en ciertas mezclas tales como hidrógeno-aire pueden variar por completo. NOTA: Los términos limites de inflamabilidad de deflagración y explosión son usados frecuentemente en forma intercambiable. Presiones máximas de aproximadamente 8 veces la presión inicial resultar de deflagraciones de mezclas gas-aire estequimetricas, el incremento puede ser tanto como 20 veces mayor en los sistemas combustible-oxígeno. Las presiones laterales derivadas de detonaciones de gas son aproximadamente de veces mayores que las deflagraciones y la presión reflejada es de un coeficiente uno o dos veces mayor. Por lo tanto una mezcla detonante de combustible-oxígeno puede ocasionar un aumento de presión de una magnitud de 40 veces. Aunque las presiones producidas por detonaciones de gas son mucho menores que las de explosiones sólidos o líquidos, suelen ser más destructivas. Dado que la reacción es supersónica, la presión no puede ser disminuida por paneles de estallido de ruptura. Otra similitud entre detonaciones y deflagraciones es el efecto de extinción de superficie. Explosiones por Deflagración de Polvos El encendido de polvos combustibles en el aire es similar al de las mezclas de gasaire inflamables, exceptuando que se desconoce que hayan detonado las mezclas combustibles polvo-aire encontradas en condiciones normales. En algunos casos, tales como minas de carbón donde existe un grado de encierro considerable y extensas galerías, las nubes de carbón han llegado a detonar. Explosiones por Deflagración de Neblinas La llamada explosión por neblina es la deflagración de un vapor o neblina consistente en gotas de líquidos inflamables suspendidas en el aire. Las neblinas se originan generalmente por condensación de vapores inflamables en el aire. La ignición de estas neblinas puede convertirse en violentas deflagraciones

4 Explosiones por Escapes de Presión Las calderas, cilindros de gas y otros envases bajo presión están diseñados para resistir determinadas presiones durante el uso normal, con un margen de seguridad como para prevenir roturas en el caso de anormalidades como podría ocurrirse si se calentará un cilindro de gas. La presión de estallido de envases presurizados es generalmente cuatro o más veces mayor que la presión de uso normal. Además, los envases están equipados por lo general con uno o más dispositivos de emergencia para escape de la presión, tales como tapones, fusibles, discos de ruptura o válvulas de alivio. La ruptura de estos envases puede deberse a los siguientes factores: Ausencia del dispositivo de alivio. Instalación inadecuada o el mal funcionamiento de la misma. Algún defecto del cilindro en sí. Calentamiento localizado. Mezcla involuntaria de materiales que provoquen una reacción química descontrolada dentro del envase. Aún cuando las explosiones por escape de presión no involucran necesariamente a los envases diseñados para contener determinadas presiones, estas pueden formarse por algún fenómeno con el agregado accidental de agua, a la sal caliente derretida o metal o al exponer latas de pinturas al fuego. Explosiones por Descomposición A ciertos compuestos endotérmicos se los puede descomponer instantáneamente. Las explosiones de acetileno, hidrógeno y determinados ácidos metálicos, son los más claros ejemplos de este tipo de reacción de rápida descomposición. Muchas sustancias químicas no clasificadas como explosivas pueden llegar bajo ciertas condiciones o descomposiciones a ser explosivas. De igual modo las mezclas que contengan sustancias oxidantes o combustibles pueden sufrir reacciones de reducción-oxidación que suelen ser del tipo explosivo. Por tal razón el oxígeno y el combustible podrán no estar en un solo componente como la nitroglicerina pero pueden encontrarse en sustancias separadas como en la pólvora negra, una mezcla de carbón, sulfuro y un nitrato. Las descomposiciones explosivas están habitualmente acompañadas de escapes de grandes cantidades de gases calientes. En general puede decirse que la velocidad con la cual se produce el escape de gas caliente, ya sea directamente por la reacción o cuando el envase explota, determinará la violencia de la explosión. La pólvora negra y la pólvora sin humo a menudo considerados de baja explosividad en el pasado se encienden o deflagran a presiones relativamente bajas, pero esto

5 pueden ser utilizados como explosivos impelentes bajo encierros mayores o cuando se encienden grandes cantidades pueden ocasionar efectos por el estallido y hasta pueden detonar con las características de explosivos poderosos. En lo explosivos líquidos, como en los gases, la composición química es un factor importante. La característica de los materiales líquidos es que son poderosos y generalmente los que más rápido estallan, haciéndolo con dos velocidades de detonación, alta y baja. Las detonaciones de alta velocidad son generalmente el resultado obtenido de una fuente de provocación, las de baja velocidad generalmente corresponden a fuentes más débiles. En ambos casos la cantidad y la ubicación geométrica del líquido son factores importantes. Por ejemplo, la nitroglicerina, detonará a una alta velocidad, de aproximadamente 6,300 mts./seg. Cuando el estallido es provocado directamente con otro explosivo, pero si el estallido comienza como resultado de golpes débiles como puede ocurrir si el envase contenedor cae entonces detonará a una velocidad baja de alrededor de 1,651 mts./seg. Si una película de nitroglicerina densa es de 50 mm. Puede detonar a alta velocidad, pero si la película es mayor que este valor, solo resultará una detonación de baja velocidad. En la mayoría de los explosivos sólidos la velocidad de detonación aumenta al aumentar la densidad de empaque. La sensibilidad, esto es la facilidad de comienzo de la detonación a menor densidad que la máxima, depende del tamaño de la partícula, cuanto menor sea la partícula mayor será la sensibilidad. La susceptibilidad a la detonación depende de: La composición química. La ubicación geométrica. El grado de encierro del sistema. La dimensión de un explosivo bajo el cual una detonación de estado fijo no llegara en el diámetro crítico. A medida que el diámetro aumenta por sobre el diámetro de una columna cilíndrica no encerrada, la velocidad de detonación aumentará hasta alcanzar un diámetro mas allá del cual no se encontrará nuevo aumento de velocidad, este es el diámetro limitante. No obstante si se encierra a la carga puede alcanzarse la máxima velocidad en diámetros menores que el limitante. La sensibilidad de casi todos lo materiales detonantes aumenta y los diámetros críticos se reducen con temperaturas en aumento. Muchos materiales que no son considerados explosivos por si mismo, pueden detonar si se encuentran en grandes cantidades o están contaminados. Un ejemplo es el nitrato de amonio, utilizado como fertilizante. Los explosivos provocadores son caracterizados por su habilidad de hacer transición (sólido a gas) casi instantáneamente. Los explosivos comerciales y militares pueden quemarse hasta la detonación según la cantidad, encierro, tipo de explosivo y otros factores

6 Los materiales insensibles solo demuestran esta propiedad bajo condiciones extremas. El efecto de estallido de las detonaciones depende principalmente de la cantidad de material que se detona y su distancia al blanco. Presiones de choque cercanas a una carga explosivos sólida o líquida están en la región aproximada de miles de libras por pulgadas cuadrada pero la presión baja rápidamente con la distancia debido a la expansión de la envoltura del gas y es así como la presión del estallido de 1000 libras de TNT pasa a ser de 5 psi a los 150 pies (45 Mts.). 5 psi ocasionará graves daños a la mayoría de los edificios, pero más graves daños y a distancia mucho pueden resultar debido a los mísiles, si la carga detonante esta encerrada. c. DETONACIONES NUCLEARES Estas se producen como resultado de la formación de diferentes núcleos atómicos por la redistribución de los protones y neutrones dentro de los núcleos interactuantes. Esto se produce por dos procesos, fisión y fusión. La fisión involucra el uso de uranio 235 y plutonio 239. En el proceso de fusión nuclear, se funden dos núcleos livianos para formar el núcleo de un átomo pesado. Esto representa el uso de un isótopo de hidrógeno pesado conocido como deuterio. El tipo de rendimiento de energía de un detonante nuclear depende de la naturaleza del dispositivo nuclear y el ambiente de la detonación. Por lo general para una detonación de aire aproximadamente el 50% del rendimiento de la energía es debido al estallido y al choque, aproximadamente el 35% es debido a la energía térmica y al resto a la radiación nuclear. Esta fuera de alcance de estos apuntes revistar los numerosos efectos relacionados con detonaciones nucleares, pero se tendrá en cuenta que el rendimiento de armas nucleares es expresado como equivalente a kilotoneladas de TNT. Las primeras bombas nucleares dispararon energías equivalentes a 20 kilotoneladas de TNT actualmente se encuentran disponibles armas megatómicas