Un detonador , a veces llamado detonador en los EE. UU., es un pequeño dispositivo sensible que se utiliza para provocar un explosivo secundario más grande, más potente pero relativamente insensible de un dispositivo explosivo utilizado en minería comercial, excavación, demolición , etc.
Los detonadores vienen en una variedad de tipos, dependiendo de la forma en que se activan (química, mecánica o eléctricamente) y los detalles de su funcionamiento interno, que a menudo implican varias etapas. Incluyen tapas no eléctricas, tapas eléctricas y tapas para fusibles, siendo las dos últimas las más comunes. Los tipos eléctricos se activan mediante una breve ráfaga de corriente enviada a la tapa, mediante una máquina explosiva a través de un cable largo o una fuente controlada por radio para garantizar la seguridad. Las tapas de fusibles tradicionales tienen un fusible que se enciende mediante una fuente de llama, como una cerilla o un encendedor.
Los detonadores antiguos utilizaban fulminato de mercurio como explosivo principal , a menudo mezclado con clorato de potasio para obtener un mejor rendimiento. Este compuesto fue sustituido por otros: azida de plomo , estifnato de plomo , algo de aluminio u otros materiales como el DDNP ( diazodinitrofenol ) para reducir la cantidad de plomo emitido a la atmósfera por las operaciones de minería y canteras. También suelen utilizar una pequeña cantidad de TNT o tetril en detonadores militares y PETN en detonadores comerciales.
El primer detonador o detonador se demostró en 1745 cuando el médico y boticario británico William Watson demostró que la chispa eléctrica de una máquina de fricción podía encender la pólvora negra, al encender una sustancia inflamable mezclada con la pólvora negra. [1]
En 1750, Benjamín Franklin en Filadelfia fabricó un detonador comercial que consistía en un tubo de papel lleno de pólvora negra , con cables en ambos lados y guata sellando los extremos. Los dos cables se acercaron pero no se tocaron, por lo que una gran descarga de chispa eléctrica entre los dos cables dispararía la tapa. [2]
En 1832, el químico estadounidense Robert Hare produjo un detonador de alambre caliente , aunque anteriormente los italianos Volta y Cavallo habían intentado algo similar. [3] Hare construyó su detonador pasando un cable multifilamento a través de una carga de pólvora dentro de un tubo de estaño; había cortado todos los hilos finos menos uno del cable multifilo para que el hilo fino sirviera como puente de alambre caliente. Cuando una fuerte corriente de una batería grande (a la que llamó "deflagrador" o "calorimotor") pasaba a través de la fina hebra, se volvía incandescente y encendía la carga de pólvora. [4] [5]
En 1863, Alfred Nobel se dio cuenta de que, aunque la nitroglicerina no podía detonarse con una mecha, sí podía hacerlo mediante la explosión de una pequeña carga de pólvora, que a su vez se encendía mediante una mecha. [6] Al cabo de un año, estaba añadiendo fulminato de mercurio a las cargas de pólvora de sus detonadores, y en 1867 estaba utilizando pequeñas cápsulas de cobre de fulminato de mercurio, activadas por una mecha, para detonar nitroglicerina. [7]
En 1868, Henry Julius Smith de Boston introdujo un casquillo que combinaba un encendedor por chispa y un fulminato de mercurio, el primer casquillo eléctrico capaz de detonar dinamita. [8]
En 1875, Smith (y luego, en 1887, Perry G. Gardner de North Adams, Massachusetts) desarrollaron detonadores eléctricos que combinaban un detonador de alambre caliente con un explosivo de fulminato de mercurio. [9] [10] [11] Estos fueron los primeros detonadores de tipo generalmente moderno. Las cápsulas modernas utilizan diferentes explosivos y cargas explosivas primarias y secundarias separadas, pero generalmente son muy similares a las cápsulas Gardner y Smith.
Smith también inventó la primera fuente de alimentación portátil satisfactoria para encender detonadores : un magneto de alto voltaje impulsado por un piñón y cremallera , que a su vez era impulsado por una manija en T que se empujaba hacia abajo. [12]
Las tapas de cerillas eléctricas se desarrollaron a principios del siglo XX en Alemania y se extendieron a los EE. UU. en la década de 1950 cuando ICI International compró Atlas Powder Co. Estas tapas de cerillas se han convertido en el tipo de tapa estándar predominante en el mundo.
La necesidad de detonadores como los detonadores surgió del desarrollo de explosivos más seguros, que no explotarían si se caían accidentalmente, se manipulaban mal o se exponían al fuego o a campos eléctricos. Esto requería que tuvieran una alta energía de activación para detonar y, a su vez, hacía que fuera difícil detonarlos intencionalmente. Luego viene el detonador, cuya función es proporcionar la energía de activación necesaria con una pequeña explosión inicial. Al ser un dispositivo pequeño, es fácil de almacenar y manipular de forma segura y, aunque sigue siendo peligroso, causaría poco daño incluso si se disparara accidentalmente. El detonador y el dispositivo explosivo principal se pueden mantener separados y sólo unirse justo antes de su uso, manteniendo segura la carga principal.
Un detonador suele ser un dispositivo de varias etapas, con tres partes:
Los explosivos comúnmente utilizados como detonadores primarios incluyen azida de plomo , estifnato de plomo , tetril y DDNP . Los primeros detonadores también usaban fulminato de plata, pero han sido reemplazados por explosivos primarios más baratos y seguros. La azida de plata todavía se utiliza a veces, pero muy raramente debido a su alto precio.
Como explosivo secundario de "base" o "salida", normalmente se encuentra TNT o tetril en detonadores militares y PETN en detonadores comerciales.
Si bien los detonadores hacen que el manejo de explosivos sea más seguro, su manejo es peligroso ya que, a pesar de su pequeño tamaño, contienen suficiente explosivo primario como para herir a las personas; Es posible que el personal no capacitado no los reconozca como explosivos o los considere erróneamente no peligrosos debido a su apariencia y los manipule sin el cuidado necesario.
Los detonadores ordinarios suelen adoptar la forma de explosivos basados en ignición. Si bien se utilizan principalmente en operaciones comerciales, los detonadores ordinarios todavía se utilizan en operaciones militares. Esta forma de detonador se activa más comúnmente utilizando una mecha de seguridad y se utiliza en detonaciones que no requieren tiempo crítico, por ejemplo, eliminación de municiones convencionales . Los detonadores más conocidos son la azida de plomo [Pb(N 3 ) 2 ], la azida de plata [AgN 3 ] y el fulminato de mercurio [Hg(ONC) 2 ].
Hay tres categorías de detonadores eléctricos: detonadores eléctricos instantáneos (IED), detonadores de retardo de período corto (SPD) y detonadores de retardo de período largo (LPD). Los SPD se miden en milisegundos y los LPD se miden en segundos. En situaciones en las que se requiere una precisión de nanosegundos, específicamente en las cargas de implosión en armas nucleares , se emplean detonadores de alambre de puente explosivo . La onda de choque inicial se crea vaporizando un trozo de alambre delgado mediante una descarga eléctrica . Un nuevo desarrollo es un detonador slapper , que utiliza placas delgadas aceleradas por un cable o lámina que explota eléctricamente para administrar la descarga inicial. Se utiliza en algunos sistemas de armas modernos. Una variante de este concepto se utiliza en operaciones mineras, cuando la lámina explota mediante un pulso láser entregado a la lámina mediante fibra óptica .
Un detonador no eléctrico es un detonador de tubo de choque diseñado para iniciar explosiones, generalmente con el fin de demoler edificios y para utilizar en la voladura de roca en minas y canteras. En lugar de cables eléctricos, un tubo de plástico hueco envía el impulso de disparo al detonador, haciéndolo inmune a la mayoría de los peligros asociados con la corriente eléctrica perdida. Consiste en un tubo de plástico de tres capas de pequeño diámetro recubierto en la pared interior con un compuesto explosivo reactivo que, cuando se enciende, propaga una señal de baja energía, similar a una explosión de polvo. La reacción viaja a aproximadamente 6500 pies/s (2000 m/s) a lo largo de la tubería con una mínima perturbación fuera del tubo. Los detonadores no eléctricos fueron inventados por la empresa sueca Nitro Nobel en las décadas de 1960 y 1970, y lanzados al mercado de demoliciones en 1973.
En la minería civil, los detonadores electrónicos tienen mayor precisión para los retrasos. Los detonadores electrónicos están diseñados para proporcionar el control preciso necesario para producir resultados de voladura precisos y consistentes en una variedad de aplicaciones de voladura en las industrias de minería, canteras y construcción. Los detonadores electrónicos se pueden programar en incrementos de milisegundos o submilisegundos utilizando un dispositivo de programación dedicado.
Los detonadores electrónicos inalámbricos están comenzando a estar disponibles en el mercado de la minería civil. [13] Se utilizan señales de radio cifradas para comunicar la señal de explosión a cada detonador en el momento correcto. Aunque actualmente son costosos, los detonadores inalámbricos pueden permitir nuevas técnicas de minería, ya que se pueden cargar múltiples explosiones a la vez y dispararlas en secuencia sin poner en peligro a los humanos.
Un detonador de prueba número 8 es aquel que contiene 2 gramos de una mezcla de 80 por ciento de fulminato de mercurio y 20 por ciento de clorato de potasio, o un detonador de potencia equivalente. Una capa de resistencia equivalente comprende 0,40-0,45 gramos de carga base de PETN prensada en una carcasa de aluminio con un espesor inferior que no debe exceder 0,03 pulgadas, con una gravedad específica de no menos de 1,4 g/cc, e imprimada con pesos estándar de imprimación. dependiendo del fabricante.[1]
El tipo de tapa más antiguo y simple, las tapas para fusibles, son un cilindro de metal cerrado en un extremo. Desde el extremo abierto hacia el interior, primero hay un espacio vacío en el que se inserta y engarza una mecha pirotécnica, luego una mezcla de ignición pirotécnica, un explosivo primario y luego la carga explosiva detonante principal. El principal peligro de los detonadores pirotécnicos es que, para un uso adecuado, se debe insertar el fusible y luego engarzarlo en su lugar aplastando la base del casquillo alrededor del fusible. Si la herramienta utilizada para engarzar la tapa se utiliza demasiado cerca de los explosivos, el compuesto explosivo primario puede detonar durante el engarce. Una práctica peligrosa común es engarzar tapas con los dientes; una detonación accidental puede causar lesiones graves en la boca. Los detonadores tipo fusible todavía se utilizan activamente en la actualidad. Son el tipo más seguro para usar con ciertos tipos de interferencias electromagnéticas y tienen un retardo de tiempo incorporado cuando el fusible se quema.
Los detonadores eléctricos de paquete sólido utilizan un alambre puente delgado en contacto directo (por lo tanto, paquete sólido) con un explosivo primario, que se calienta mediante corriente eléctrica y provoca la detonación del explosivo primario. Ese explosivo primario luego detona una carga mayor de explosivo secundario. Algunos fusibles de paquete sólido incorporan un pequeño elemento de retardo pirotécnico, de hasta unos cientos de milisegundos, antes de que se dispare la cápsula.
Los detonadores tipo fósforo utilizan una cerilla eléctrica (lámina aislante con electrodos en ambos lados, un alambre puente delgado soldado a través de los lados, todo sumergido en mezclas de ignición y salida) para iniciar el explosivo primario, en lugar de contacto directo entre el alambre puente y el explosivo primario. . La cerilla se puede fabricar por separado del resto de la tapa y sólo montarse al final del proceso. Las mayúsculas de tipo coincidente son ahora el tipo más común que se encuentra en todo el mundo.
El detonador de puente explosivo se inventó en la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan para desarrollar armas nucleares. El objetivo del diseño era producir un detonador que actuara de forma muy rápida y predecible. Tanto los casquillos eléctricos tipo Match como Solid Pack tardan unos milisegundos en dispararse, ya que el alambre puente se calienta y calienta el explosivo hasta el punto de detonación. Los detonadores de alambre puente explosivo o EBW utilizan una carga eléctrica de mayor voltaje y un alambre puente muy delgado, de 0,04 pulgadas de largo y 0,0016 de diámetro (1 mm de largo, 0,04 mm de diámetro). En lugar de calentar el explosivo, el alambre del detonador EBW se calienta tan rápidamente por la alta corriente de disparo que el alambre en realidad se vaporiza y explota debido al calentamiento por resistencia eléctrica. Esa explosión impulsada eléctricamente dispara el explosivo iniciador del detonador (generalmente PETN ). Algunos detonadores similares utilizan una fina lámina de metal en lugar de un alambre, pero funcionan de la misma manera que los verdaderos detonadores de alambre puente. Además de disparar muy rápidamente cuando se activan correctamente, los detonadores EBW están a salvo de la electricidad estática perdida y otras corrientes eléctricas. Una corriente suficiente derretirá el cable puente, pero no puede detonar el explosivo iniciador sin que la carga completa de alto voltaje y alta corriente pase a través del cable puente. Los detonadores EBW se utilizan en muchas aplicaciones civiles donde las señales de radio, la electricidad estática u otros peligros eléctricos pueden causar accidentes con los detonadores eléctricos convencionales.
Los detonadores Slapper son una mejora con respecto a los detonadores EBW. Los golpeadores, en lugar de usar directamente la lámina explosiva para detonar el explosivo iniciador, usan la vaporización eléctrica de la lámina para impulsar un pequeño círculo de material aislante, como una película de PET o kapton , por un orificio circular en un disco adicional de material aislante. En el otro extremo de ese agujero hay una bolita de explosivo iniciador convencional. La eficiencia de conversión de energía eléctrica en energía cinética del disco volador o golpeador puede ser del 20 al 40%. Dado que el golpeador impacta un área amplia (40 milésimas de pulgada (aproximadamente un mm) de ancho) del explosivo, en lugar de una línea delgada o un punto como en un detonador de lámina o de alambre puente que explota, la detonación es más regular y requiere menos energía. Una detonación confiable requiere elevar un volumen mínimo de explosivo a temperaturas y presiones a las que comienza la detonación. Si la energía se deposita en un solo punto, puede irradiarse en el explosivo en todas direcciones en ondas de rarefacción o expansión, y sólo un pequeño volumen se calienta o comprime de manera eficiente. El disco volador pierde energía de impacto en sus lados debido a ondas de rarefacción, pero un volumen cónico de explosivo se comprime de manera eficiente. Los detonadores Slapper se utilizan en armas nucleares . Estos componentes requieren grandes cantidades de energía para iniciarse, lo que hace que sea extremadamente improbable que se descarguen accidentalmente.
En los iniciadores de artillería láser, un pulso de un láser pasa por una fibra óptica para golpear y así iniciar un explosivo dopado con carbono. Estos iniciadores son muy fiables. La iniciación involuntaria es muy difícil, ya que el explosivo sólo puede ser detonado por el láser adjunto, que está exactamente sintonizado para hacerlo, o por un láser completamente independiente que coincida.
