Química dos Explosivos

Química dos Explosivos

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Figura 04 – Teste da bomba de areia Figura 05 – Teste de fragmentação de granadas

O efeito útil é determinado pela medida da deformação de um cilindro de chumbo, em que o explosivo é inserido e explodido, chamado de bloco de Trauzl (Figura 06). O bloco de Trauzl padrão tem 200 m de diâmetro e 200 m de altura, com um orifício central de 25 m de diâmetro e 125m de profundidade. No ensaio, usam-se 10 g do explosivo e os resultados são dados em termos dos centímetros cúbicos de aumento de volume provocado pela detonação do explosivo. A expressão para cálculo do efeito útil é:

Efeito útil (EU)= Vol. final do orifício no bloco – Vol. inicial do orifício no bloco – Efeito útil da espoleta

Figura 06 – Teste do bloco de Trauzl.

- Influência ou simpatia é a maior distância em que a detonação de um explosivo provocará a detonação de uma outra carga (Gap test). Quando um explosivo tem sua detonação provocada pela onda de choque gerada pela detonação de um outro explosivo próximo a ele, temos uma detonação por influência ou por simpatia. Quanto maior a distância em que a detonação de um explosivo provoca a detonação de outro, maior a simpatia do segundo explosivo pelo primeiro.

-Velocidade de detonação é a velocidade em que ocorre a detonação de um explosivo. Pode ser medida através do teste D’Autriche (Figura 07) em que um cordel detonante de comprimento “l” e velocidade de detonação conhecida é fixado sobre uma placa de chumbo e tem suas extremidades conectadas a espoletas posicionadas em dois pontos do explosivo teste separados pela distância “L”. Em uma das extremidades do explosivo teste é conectada uma espoleta que, ao ser iniciada, dá origem a uma onda de choque, que se propaga pelo corpo do explosivo iniciando, sequencialmetne, as espoletas do cordel detonante, dando origem, assim, a duas ondas de choque no cordel com sentidos de propagação opostos. Essas ondas de choque se encontrarão em um ponto qualquer da placa de chumbo a uma distância “a” do ponto “l/2”. Após a detonação calcula-se à distância “a” e, a partir deste valor, se calcula a velocidade de detonação do explosivo teste.

A velocidade de detonação é uma medida importante para a determinação do funcionamento e performance de um explosivo e depende do tamanho da partícula, da composição, da massa específica, do grau de confinamento e do diâmetro do explosivo.

Figura 07 – Ilustração do teste D’Autriche risco inicial sobre a placa de chumbo cordel detonante de comprimento “l” espoleta espoletas explosivo em teste placa de chumbo

L d

Sentido de propagação da onda de choque

Encontro entre as ondas de choque

Corte na placa provocad o pelo encontro das ondas de choque.

Dedução: Na figura 07:

V → Velocidade do cordel; v → Velocidade de detonação do explosivo teste. L → Distância entre as espoletas no corpo do explosivo; l → Comprimento do cordel; a → Distância entre o risco inicial sobre a placa de chumbo (l/2) e o ponto de encontro das ondas de choque.

Temos da mecâmica que:

x (distância) = v (velocidade).t (tempo) → t = (x/v)

Tempo que a primeira onda de choque do cordel leva até o ponto de encontro (t1): t1 = (l/2).(1/v) + a./v

Tempo que a segunda onda de choque do cordel leva até o ponto de encontro (t2): t2 = L/V + (l/2).(1/v) - a./v

Portanto:

a/v = L/V – a/v → L/V = 2 a/v → V = (L.v)/(2.a) Além das propriedades descritas acima, também são importantes:

a)Calor de explosão; b)Potencial → Trabalho que ele realiza; c)Volume gasoso → Volume de gás produzido na explosão; d)Temperatura de explosão; e)Covolume → Menor volume que os gases de detonação podem ocupar; f)Força ou energia específica; g)Pressão de detonação; h)Densidade; i)Balanço de oxigênio → BO

Explosivos Militares

Os explosivos militares não atômicos mais poderosos são misturas aluminizadas, como o Torpex e o HBX (RDX, TNT, alumínio e cera). Em virtude das exigências militares serem muito severas, somente alguns poucos explosivos sobreviveram aos ensaios competitivos. Para entender como os explosivos são empregados para fins militares é fundamental compreender a construção de um obus de artilharia, conforme o esquema da Figura 08. O obus é constituído por um cartucho fino de latão ou de aço contendo um iniciador, o ignidor e a carga propelente. Este cartucho se ajusta cerradamente na arma e, na explosão da carga, expande-se, selando a culatra da arma e impedindo que os gases da combustão do propelente escapem; com isso, todo o efeito do propelente se exerce sobre o projétil, que é a parte destrutiva do obus. O iniciador contém uma pequena quantidade de explosivo primário ou mistura sensível (por exemplo, azida de chumbo ou uma mistura, como KClO3 + Pb(CNS)2 + Sb2S3 + TNT + vidro moído). A mistura explode pelo impacto do percussor e provoca uma chama, a qual inflama uma carga de pólvora negra no ignidor, que, por sua vez, inflama a carga propelente de pólvora sem fumaça. A combustão da pólvora sem fumaça provoca a rápida emissão de gases aquecidos, que ejetam o projétil pelo cano da arma. Ao atingir o alvo, sob a ação do impacto ou mediante a ação de um mecanismo de detonação controlado, explode uma pequena quantidade de explosivo primário (detonador); isso causa a explosão de um reforçador explosivo de sensibilidade intermediária entre a do explosivo primário e a da carga principal que amplifica a onda explosiva do explosivo primário e garante a completa detonação da carga principal. A carga de arrebentamento, ou alto explosivo, é usualmente o TNT puro ou misturado com o nitrato de amônio (TNT-NA). Usam-se também, em alguns casos, o RDX, PETN e o picrato de amônio.

Figura 08 – Esquema de uma munição de obus de artilharia.

Propelentes para fins militares

Como dito anteriormente, os propelentes quando iniciados, queimam mesmo em ausência acentuada de O2 atmosférico, com velocidade controlada, liberando uma quantidade de gás capaz de produzir um trabalho. Essa característica é muito útil do ponto de vista militar pois os torna perfeitos para serem empregados para fins balísticos.

Os propelentes militares podem ser classificados como pólvoras coloidais e composites.

-Pólvoras coloidais

As pólvoras coloidais, amplamente utilizadas como propelentes para canhões, obuseiros e armas portáteis, podem ser de base simples, de base dupla ou de base tríplice. A pólvora de base simples (BS) tem a nitrocelulose como base ativa (substância responsável pela energia do propelente) enquanto que a de base dupla (BD) tem nitrocelulose e nitroglicerina como bases ativas. Já a pólvora de base triplice é uma mistura de nitrocelulose, nitroguanidina e nitroglicerina como bases ativas. A pólvora coloidal BS é empregada como propelente em armas protáteis e obuseiros, A BD é empregada em canhões, obuseiros, morteiros, minição 9 m e foguetes, enquanto que a BT é empregada em canhões de grande cadência de tiro. Além das bases ativas as pólvoras coloidais têm os seguintes constituintes em suas composições:

1-Estabilizantes – São substâncias que, adicionadas às pólvoras, reagem com o NO2 (“vapores nitrosos”) e com radicais livres gerados pela decomposição espontânea da NC, assegurando-lhe uma vida mais longa (ex. difenilamina (DPA), dietil difenil uréia (centralite I), dimetil difenil uréia (centralite I), 2-nitro difenilamina (2NDPA);2- Plastificantes – São substâncias que adicionadas à pólvora vão lhe garantir uma certa característica plástica; contribuem como gelatinizantes (Ex: dimetil ftalato, dietil ftalato, dibutil ftalato (PALATINOL-C), dioctil ftalato, triacetato de glicerina (triacetina)); 3 - Auxiliares de gelatinizaçãoão as substâncias que destroem a estrutura fibrosa da nitrocelulose transformando-a em uma estrutura gelatinosa. (Ex: éter, acetona, éter-álcool, acetona-álcool, nitroglicerina);

4 -Auxiliares de oxidação → São substâncias que auxiliam a combustão completa (Ex: nitrato de potássio e sulfato de potássio, que diminuem a chama da boca da arma devido ao potássio, perclorato de amônio, AC-5 (carbonato de chumbo - 35%, carbonato de cálcio - 35% e sulfato de potássio - 30%);

5 - Substâncias que facilitam o trabalhamento → Grafite - deixa a superfície lisa, facilita o carregamento e escoa eletricidade estática. É usada em pólvoras de pequeno tamanho; Estearina (triestearato de glicerina) - deixa a pólvora lisa facilitando a laminação;

6 - Aditivos mecânicos →•São substâncias que conferem características mecânicas desejáveis à pólvora como os enegrecedores de pólvora que armazenam energia e dão rigidez. Ex. Carbon black para propelentes para foguetes e DPA para pólvoras de armas portáteis e de canhões;

7 - Modificadores balísticos → •São substâncias que reduzem a pressão inicial, mantém constante a pressão durante a combustão e influem no rendimento da combustão. (Ex: cromato de cobre, cromito de cobre, salicilato de cobre, salicilato de chumbo e estearato de chumbo;8 - Agentes de cobertura → São substâncias de queima lenta que revestem os grãos de pólvora de armas, para que estes queimem mais lentamente; no início e mais rapidamente no final, de modo a diminuir a pressão máxima e homogeneizar a pressão na câmara da arma (Ex. dinitrotolueno (DNT), metacrilato de metila, centralite, palatinol; 9 – Inibidores •são substâncias de queima difícil que revestem um grão de pólvora, para que a superfície protegida não queime (Ex. acetato de celulose e etil celulose).

- Composites

Composite é um sistema de propelente sólido compreendendo duas ou mais fases sólidas intimamente misturadas como na pólvora negra cujas fases compõem uma mistura de três componentes pulverizados (carvão enxofre e salitre). Nas demais composites, uma destas fases forma uma matriz ou ligante onde as outras fases encontram-se dispersas. 1 - Pólvora negra

A pólvora negra (KNO3 = 75 %; C = 15 %; S = 10 %) é geralmente empregada para: -Iniciação das pólvoras em geral (escorva);

-Estopins;

-Cargas de salva;

-Artifícios pirotécnicos;

-Cargas fumígenas;

-Pólvora de mina (tem baixa brisância)

-Carga de depotagem. A fabricação da pólvora negra segue as seguintes etapas:

1.Preparo dos ingredientes (moagem e peneiragem) 2.Misturação

2.a - Misturação preliminar → Tem o objetivo de fazer o binário (C + S). É feita em moinhos de bola de bronze;

2.b Misturação final → Tem o objetivo de fazer o ternário (= binário + KNO3). É feita em moinhos de bola de madeira.

Obs: Na formação do ternário se joga 5 % de H2O para reduzir o risco de incêndio. 3.Prensagem → para aglutinar o pó;

4.Granulagem (triturador);

5.Acabamento → O acabamento envolve mais 5 etapas: 5.a → Secagem para tirar a água; 5.b → Alisamento para quebrar os pontos gerados na trituração;

5.c → Grafitagem para tornar lisa a superfície da pólvora, facilitar o carregamento e facilitar o escoamento da eletricidade estática

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