Composición pirotécnica: clasificación, componentes, aplicación

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Una composición pirotécnica es una sustancia o mezcla de componentes diseñada para producir un efecto en forma de calor, luz, sonido, gas, humo o una combinación de ellos, como resultado de reacciones químicas exotérmicas autosostenidas que ocurrir sin detonación. Tal proceso no depende del oxígeno de fuentes externas.

Clasificación de las composiciones pirotécnicas

Se pueden dividir por acción:

• Ardiente.
• Humo.
• Dinámico.

Los dos primeros grupos se pueden subdividir en tipos más pequeños.

Ardiente: iluminador, señal nocturna, trazador y algo incendiario.

El grupo humo incluye composiciones para señalización diurna y enmascaramiento (niebla).

Principales tipos de pirotecnia

El efecto anterior (luz, sonido, etc.) se puede crear usando estos componentes:

• Flash de polvo: se quema muy rápido, produce explosiones o ráfagas de luz brillantes.
• Pólvora: se quema más lentamente que la pólvora, emite una gran cantidad de gases.
• Propulsor sólido: produce una gran cantidad de vapores calientes que se utilizan como fuentes de energía cinética para cohetes y proyectiles.
• Iniciadores pirotécnicos: producen grandes cantidades de calor, llamas o chispas calientes que se usan para encender otras composiciones.
• Cargas de eyección: se queman rápidamente, producen una gran cantidad de gas en poco tiempo y se utilizan para liberar las cargas útiles de los contenedores.
• Cargas explosivas: se queman rápidamente, producen una gran cantidad de gas en poco tiempo y se utilizan para aplastar el contenedor y descargar su contenido.
• Composiciones de humo: queman lentamente, producen niebla (simple o de color).
• Retraso de trenes: arde a una velocidad silenciosa constante, utilizada para introducir retrasos en la reserva de incendios.
• Fuentes de calor pirotécnicos: emiten una gran cantidad de calor y prácticamente no propagan gases, se queman lentamente, a menudo como si fueran termitas.
• Luces de bengala: producen chispas blancas o de colores.
• Destellos: se queman lentamente, crean una gran cantidad de luz, se utilizan para iluminación o señalización.
• Composiciones coloridas de fuegos artificiales: producen chispas ligeras, blancas o multicolores.

Solicitud

Algunas tecnologías de composiciones y productos pirotécnicos se utilizan en la industria y la aviación para generar grandes volúmenes de gas (por ejemplo, en bolsas de aire), así como en diversosfijaciones y en otras situaciones similares. También se utilizan en la industria militar cuando se requieren grandes cantidades de ruido, luz o radiación infrarroja. Por ejemplo, cohetes señuelo, bengalas y granadas de aturdimiento. Actualmente, los militares están investigando una nueva clase de composiciones de materiales reactivos.

Muchos compuestos pirotécnicos (especialmente los que contienen aluminio y percloratos) suelen ser muy sensibles a la fricción, los golpes y la electricidad estática. Incluso 0,1 a 10 milijulios de chispa pueden causar ciertos efectos.

Pólvora

Esta es la famosa pólvora negra. Es el explosivo químico más antiguo que se conoce y consiste en una mezcla de azufre (S), carbón vegetal (C) y nitrato de potasio (salitre, KNO 3). Los dos primeros componentes actúan como combustible y el tercero es un oxidante. Debido a sus propiedades incendiarias y la cantidad de calor y gas que produce, la pólvora se usa ampliamente en la fabricación de cargas propulsoras en armas de fuego y artillería. Además, se utiliza en la fabricación de cohetes, fuegos artificiales y artefactos explosivos en canteras, minería y construcción de carreteras.

Indicadores

La pólvora se inventó en China en el siglo VII y se extendió por la mayor parte de Eurasia a fines del siglo XIII. Originalmente desarrollado por los taoístas con fines medicinales, el polvo se usó para la guerra alrededor del año 1000 dC.

La pólvora se clasifica encomo un pequeño explosivo debido a su tasa de descomposición relativamente lenta y bajo brillo.

Poder explosivo

La ignición de la pólvora acumulada detrás del proyectil crea suficiente presión para hacer que la boca del cañón dispare a alta velocidad, pero no lo suficientemente potente como para reventar el cañón de un arma. Así, la pólvora es un buen combustible, pero es menos adecuado para destruir piedras o fortificaciones debido a su bajo poder explosivo. Al transferir suficiente energía (de la sustancia en llamas a la masa de la bala de cañón, y luego de esta al objetivo a través de la munición de impacto), el bombardero puede eventualmente abrumar las defensas fortificadas del enemigo.

La pólvora se usó ampliamente para rellenar proyectiles y se utilizó en proyectos de minería e ingeniería civil hasta la segunda mitad del siglo XIX, cuando se probaron los primeros explosivos. La pólvora ya no se usa en armas modernas y aplicaciones industriales debido a su efectividad relativamente baja (en comparación con alternativas más nuevas como la dinamita y el nitrato de amonio o el fuel oil). Hoy en día, las armas de fuego de pólvora se limitan principalmente a la caza y al tiro al blanco.

Fuente de calor pirotécnico

Las composiciones pirotécnicas son un dispositivo a base de sustancias combustibles con un encendedor adecuado. Su función es producir una cantidad controlada de calor. Las fuentes pirotécnicas generalmente se basan en oxidantes de combustible similares a la termita (o que retardan la composición) con una tasa de combustión baja, alta salida de calor a la temperatura deseada y poca o ninguna formación de gas.

Se pueden activar de varias formas. Los fósforos eléctricos y los casquillos de impacto son los más comunes.

Las fuentes de calor pirotécnicas se utilizan a menudo para activar las baterías, donde sirven para derretir el electrolito. Hay dos tipos principales de diseño. Uno usa una tira de fusibles (que contiene cromato de bario y metal de circonio en polvo en papel cerámico). Las composiciones de granulación pirotécnica térmica corren a lo largo de su borde para iniciar la combustión. La tira generalmente se inicia con un encendedor eléctrico o un enchufe que usa corriente.

El segundo diseño utiliza un orificio central en el paquete de baterías en el que un encendedor eléctrico de alta energía libera una mezcla de gases combustibles y lámparas incandescentes. El diseño con orificio central puede reducir significativamente el tiempo de activación (decenas de milisegundos). A modo de comparación, observamos que en los dispositivos con una tira de borde, este indicador es de cientos de milisegundos.

La activación de una batería también se puede realizar con un cebador de impacto similar a una escopeta. Es deseable que la fuente de exposición sea sin gas. Por lo general, la composición estándar de las mezclas pirotécnicas consiste en polvo de hierro y perclorato de potasio. En relaciones de peso, estos son 88/12, 86/14 y 84/16. Cuanto mayor sea el nivel de perclorato, mayor será la producción de calor (nominalmente 200, 259 y 297 calorías/gramo). El tamaño y el grosor de las tabletas de perclorato de hierro tienen poco efecto sobre la velocidad de combustión, pero síefectos sobre la densidad, la composición, el tamaño de las partículas y se puede utilizar para ajustar el perfil de liberación de calor deseado.

Otra composición utilizada es el zirconio con cromato de bario. Otra mezcla contiene 46,67 % de titanio, 23,33 % de boro amorfo y alrededor de 30 % de cromato de bario. También están disponibles 45 % de tungsteno, 40,5 % de cromato de bario, 14,5 % de perclorato de potasio y 1 % de alcohol vinílico y acetato aglutinante.

Las reacciones para formar componentes intermetálicos de composiciones pirotécnicas, como el zirconio con boro, se pueden utilizar cuando se desea un funcionamiento sin gas, un comportamiento no higroscópico e independencia de la presión ambiental.

Fuente de calor

Puede ser parte directa de la composición pirotécnica, por ejemplo, en los generadores químicos de oxígeno dicho componente se utiliza con un gran exceso de oxidante. El calor liberado durante la combustión se utiliza para la descomposición térmica. Con respecto a la combustión en frío, las composiciones se utilizan para producir humo de colores o para rociar un aerosol como pesticidas o gas CS, proporcionando el calor de sublimación del compuesto deseado.

El componente de retardo de fase de la composición, que junto con los productos de combustión forma una mezcla con una temperatura de transición de fase distinta, se puede utilizar para estabilizar la altura de la llama.

Materiales

Las composiciones pirotécnicas suelen ser mezclas homogeneizadas de pequeñaspartículas de combustible y oxidantes. Los primeros pueden ser granos o copos. Generalmente, cuanto mayor sea el área superficial de las partículas, mayor será la velocidad de reacción y combustión. Para algunos fines, se utilizan aglutinantes para convertir el polvo en un material sólido.

Combustible

Los tipos típicos se basan en polvos metálicos o metaloides. La composición puede indicar varios tipos diferentes de combustible. Algunos también pueden servir como aglutinantes.

Metales

Los combustibles comunes incluyen:

• El aluminio es el combustible más común en muchas clases de mezclas, así como un regulador de la inestabilidad de la combustión. Llama a alta temperatura con partículas sólidas que interfieren en la aparición de tintes, reacciona con los nitratos (excepto el amonio) para formar óxidos de nitrógeno, amoníaco y calor (reacción lenta a temperatura ambiente, pero violenta por encima de 80°C, puede autoinflamarse).
• El magnalio es una aleación de aluminio y magnesio que es más estable y menos costosa que un solo metal. Menos reactivo que el magnesio, pero más inflamable que el aluminio.
• Hierro: produce chispas doradas, un elemento de uso común.
• El acero es una aleación de hierro y carbono que produce chispas ramificadas de color amarillo anaranjado.
• Zirconio: produce partículas calientes útiles para mezclas inflamables, como el iniciador estándar de la NASA, y para suprimir la inestabilidad de la combustión.
• Titanio: produce pirotecnia y compuestos calientes, aumentasensibilidad a los golpes y la fricción. A veces se utiliza una aleación Ti4Al6V que produce chispas blancas ligeramente más brillantes. Junto con el perclorato de potasio, se utiliza en algunos encendedores pirotécnicos. El polvo grueso produce hermosas chispas ramificadas de color blanco azulado.
• El ferrotitanio es una aleación de hierro y titanio que crea chispas brillantes que se utilizan en estrellas pirotécnicas, cohetes, cometas y fuentes.
• El ferrosilicio es una sustancia de hierro y silicio que se utiliza en algunas mezclas y que a veces reemplaza al siliciuro de calcio.
• Manganeso: se utiliza para controlar la velocidad de combustión, por ejemplo, en composiciones con retraso.
• Zinc: se utiliza en algunas composiciones de humo junto con azufre, que se utiliza como combustible amateur para cohetes, así como en estrellas pirotécnicas. Sensible a la humedad. Puede encenderse espontáneamente. Rara vez se usa como combustible principal (con la excepción de las composiciones de humo), se puede usar como un componente adicional.
• Cobre: se utiliza como tinte azul con otras especies.
• El latón es una aleación de zinc y cobre que se utiliza en algunas fórmulas de fuegos artificiales.
• Tungsteno: se utiliza para controlar y ralentizar la velocidad de grabación de las composiciones.

Cabe señalar que es peligroso hacer composiciones pirotécnicas con tus propias manos.