Un detonador es un dispositivo que se utiliza para hacer explotar un explosivo o un dispositivo explosivo. [1] Los detonadores vienen en una variedad de tipos, dependiendo de cómo se inician (químicamente, mecánicamente o eléctricamente) y los detalles de su funcionamiento interno, que a menudo implican varias etapas. Los tipos de detonadores incluyen no eléctricos y eléctricos. Los detonadores no eléctricos suelen ser punzantes o pirotécnicos, mientras que los eléctricos suelen ser de "alambre caliente" (bajo voltaje), de alambre de puente explosivo (alto voltaje) o de lámina explosiva (muy alto voltaje). [2] [3]
Los detonadores eléctricos originales inventados en 1875 de forma independiente por Julius Smith y Perry Gardiner utilizaban fulminato de mercurio como explosivo principal . A principios de siglo, el rendimiento del detonador Smith-Gardiner se mejoró mediante la adición de un 10-20% de clorato de potasio . [4] Este compuesto fue reemplazado por otros: azida de plomo , estifnato de plomo , algo de aluminio u otros materiales como el DDNP ( diazo dinitro fenol ) 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 cápsula explosiva 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, encendiendo una sustancia inflamable mezclada con la pólvora negra. [5]
En 1750, Benjamin Franklin fabricó en Filadelfia un detonador comercial que consistía en un tubo de papel lleno de pólvora negra , con cables que conducían a ambos lados y guata sellando los extremos. Los dos cables se acercaban pero no se tocaban, por lo que una gran descarga de chispa eléctrica entre los dos cables haría estallar el detonador. [6]
En 1832, el químico estadounidense Robert Hare fabricó un detonador de hilo caliente , aunque los italianos Volta y Cavallo ya habían intentado algo similar antes. [7] Hare construyó su detonador haciendo pasar un hilo de múltiples hilos a través de una carga de pólvora dentro de un tubo de estaño; había cortado todos los hilos finos del hilo de múltiples hilos menos uno para que el hilo fino sirviera como puente de alambre caliente. Cuando una corriente fuerte de una batería grande (a la que llamó "deflagrador" o "calorimotor") pasaba a través del hilo fino, se volvía incandescente y encendía la carga de pólvora. [8] [9]
En 1863, Alfred Nobel se dio cuenta de que, aunque la nitroglicerina no podía detonarse con una mecha, sí podía detonarse con la explosión de una pequeña carga de pólvora, que a su vez se encendía con una mecha. [10] En menos de un año, estaba añadiendo fulminato de mercurio a las cargas de pólvora de sus detonadores, y en 1867 estaba usando pequeñas cápsulas de cobre de fulminato de mercurio, activadas por una mecha, para detonar nitroglicerina. [11]
En 1868, Henry Julius Smith, de Boston, presentó un detonador que combinaba un encendedor de chispa y fulminato de mercurio, el primer detonador eléctrico capaz de detonar dinamita. [12]
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. [13] [14] [15] Estos fueron los primeros detonadores de tipo generalmente moderno. Los detonadores modernos utilizan explosivos diferentes y cargas explosivas primarias y secundarias separadas, pero en general son muy similares a los detonadores Gardner y Smith.
Smith también inventó la primera fuente de alimentación portátil satisfactoria para encender detonadores : un magneto de alto voltaje que era accionado por un mecanismo de piñón y cremallera , que a su vez era accionado por una manija en T que se empujaba hacia abajo. [16]
Las cápsulas de cerillas eléctricas se desarrollaron a principios del siglo XX en Alemania y se difundieron a los EE. UU. en la década de 1950 cuando ICI International compró Atlas Powder Co. Estas cápsulas de cerillas se han convertido en el tipo de cápsula estándar predominante en el mundo.
La necesidad de detonadores como los detonadores surgió a partir del desarrollo de explosivos secundarios y terciarios más seguros . Los explosivos secundarios y terciarios suelen iniciarse mediante un tren de explosivos que comienza con el detonador. Por razones de seguridad, los detonadores y el dispositivo explosivo principal normalmente se unen justo antes de su uso.
Un detonador suele ser un dispositivo de varias etapas, con tres partes:
Los explosivos que se utilizan habitualmente como primarios en los detonadores incluyen azida de plomo , estifnato de plomo , tetril y DDNP . Los primeros detonadores también utilizaban fulminato de plata, pero este ha sido reemplazado por explosivos primarios más baratos y seguros. La azida de plata todavía se utiliza a veces, pero muy raramente debido a su alto precio.
Es posible construir un “detonador explosivo no primario” (abreviado como NPED) en el que el explosivo primario se reemplaza por una mezcla inflamable pero no explosiva que propaga una onda de choque a lo largo de un tubo hacia el explosivo secundario. Los NPED son más difíciles de activar accidentalmente por choque y pueden evitar el uso de plomo. [17]
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 más seguro el manejo de explosivos, son peligrosos de manipular ya que, a pesar de su pequeño tamaño, contienen suficiente explosivo para herir a las personas; el personal no capacitado podría no reconocerlos como explosivos o considerarlos erróneamente no peligrosos debido a su apariencia y manipularlos sin el cuidado requerido.
Los detonadores comunes suelen adoptar la forma de explosivos de ignición. Aunque se utilizan principalmente en operaciones comerciales, los detonadores comunes se siguen utilizando en operaciones militares. Este tipo de detonador se inicia más comúnmente utilizando una mecha de seguridad y se utiliza en detonaciones no críticas en el tiempo, por ejemplo, la 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 ].
Existen 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 puente explosivo . La onda de choque inicial se crea vaporizando una longitud de un cable delgado mediante una descarga eléctrica . Un nuevo desarrollo es un detonador de percutor , que utiliza placas delgadas aceleradas por un cable o una lámina que explota eléctricamente para producir 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 por fibra óptica .
Un detonador no eléctrico es un detonador de tubo de choque diseñado para iniciar explosiones, generalmente con el propósito de demoler edificios y para su uso en la voladura de rocas en minas y canteras. En lugar de cables eléctricos, un tubo hueco de plástico transmite el impulso de disparo al detonador, lo que lo hace inmune a la mayoría de los peligros asociados con la corriente eléctrica parásita. Consiste en un tubo de plástico de tres capas de diámetro pequeño recubierto en la pared más interna 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 6,500 pies / s (2,000 m / s) a lo largo de la longitud del tubo con una perturbación mínima fuera del tubo. Los detonadores no eléctricos fueron inventados por la empresa sueca Nitro Nobel en la década de 1960 y 1970, y lanzados al mercado de demoliciones en 1973.
En la minería civil, los detonadores electrónicos tienen una mayor precisión en cuanto a 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 voladuras en las industrias de minería, canteras y construcción. Los detonadores electrónicos pueden programarse en incrementos de milisegundos o submilisegundos mediante un dispositivo de programación dedicado.
Los detonadores electrónicos inalámbricos están empezando a estar disponibles en el mercado de la minería civil. [18] Se utilizan señales de radio cifradas para comunicar la señal de explosión a cada detonador en el momento correcto. Si bien actualmente son caros, los detonadores inalámbricos pueden permitir nuevas técnicas de minería, ya que se pueden cargar múltiples explosiones a la vez y disparar en secuencia sin poner en peligro a las personas.
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 resistencia equivalente. Un detonador de resistencia equivalente comprende de 0,40 a 0,45 gramos de carga base de PETN prensada en una carcasa de aluminio con un espesor inferior que no exceda de 0,03 pulgadas, con una gravedad específica de no menos de 1,4 g/cc, y preparada con pesos estándar de fulminato según el fabricante.[1]
El tipo más antiguo y simple de cápsula, las cápsulas detonantes son un cilindro de metal, cerrado en un extremo. Desde el extremo abierto hacia adentro, primero hay un espacio vacío en el que se inserta y se engarza una mecha pirotécnica , luego una mezcla de ignición pirotécnica, un explosivo primario y luego la carga explosiva detonante principal. El principal peligro de las cápsulas detonantes pirotécnicas es que para su uso correcto, la mecha debe insertarse y luego engarzarse en su lugar aplastando la base de la cápsula alrededor de la mecha. Si la herramienta utilizada para engarzar la cápsula se usa demasiado cerca de los explosivos, el compuesto explosivo primario puede detonar durante el engarce. Una práctica peligrosa común es engarzar las cápsulas con los dientes; una detonación accidental puede causar lesiones graves en la boca. Las cápsulas detonantes de tipo mecha todavía se utilizan activamente en la actualidad. Son el tipo más seguro para usar alrededor de ciertos tipos de interferencia electromagnética y tienen un retardo de tiempo incorporado mientras la mecha se quema.
Los detonadores eléctricos de paquete sólido utilizan un alambre puente delgado en contacto directo (de ahí el nombre de paquete sólido) con un explosivo primario, que se calienta mediante una corriente eléctrica y provoca la detonación del explosivo primario. Ese explosivo primario detona luego una carga mayor de explosivo secundario. Algunas espoletas de paquete sólido incorporan un pequeño elemento de retardo pirotécnico, hasta unos pocos cientos de milisegundos, antes de que se dispare el detonador.
Los detonadores de tipo fósforo utilizan una cerilla eléctrica (una lámina aislante con electrodos en ambos lados, un alambre puente delgado soldado a los lados, todo sumergido en mezclas de ignición y de salida) para iniciar el explosivo primario, en lugar de un contacto directo entre el alambre puente y el explosivo primario. La cerilla se puede fabricar por separado del resto del detonador y solo se puede ensamblar al final del proceso. Los detonadores de tipo fósforo son ahora el tipo más común que se encuentra en todo el mundo.
El detonador de puente explosivo fue inventado en la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan para desarrollar armas nucleares. [19] El objetivo del diseño era producir un detonador que funcionara muy rápidamente y de manera predecible. Tanto los detonadores eléctricos de tipo Match como los de paquete sólido tardan unos pocos milisegundos en dispararse, ya que el puente de alambre se calienta y calienta el explosivo hasta el punto de detonación. Los detonadores de puente explosivo o EBW utilizan una carga eléctrica de mayor voltaje y un puente de alambre muy delgado, de 0,04 pulgadas de largo y 0,0016 de diámetro (1 mm de largo y 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. [20] Esa explosión impulsada eléctricamente hace que el explosivo iniciador de baja densidad (normalmente PETN ) detone, lo que a su vez detona un explosivo secundario de mayor densidad (normalmente RDX o HMX) en muchos diseños EBW. [21] Además de disparar muy rápidamente cuando se inician correctamente, los detonadores EBW son mucho más seguros que los detonadores de electricidad estática parásita y otras corrientes eléctricas. Una corriente suficiente fundirá el alambre puente, pero no puede detonar el explosivo iniciador sin que la carga completa de alto voltaje y alta corriente pase a través del alambre puente. Los detonadores EBW se utilizan en muchas aplicaciones civiles donde las señales de radio, la electricidad estática u otros peligros eléctricos podrían causar accidentes con detonadores eléctricos convencionales.
Los iniciadores de láminas explosivas (EFI), también conocidos como detonadores Slapper , son una mejora de los detonadores EBW. [22] [23] Los Slappers, en lugar de utilizar directamente la lámina explosiva para detonar el explosivo iniciador, utilizan la vaporización eléctrica de la lámina para hacer pasar 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 extremo más alejado de ese orificio hay una pastilla de explosivo secundario de alta densidad. [24] Los detonadores Slapper omiten el explosivo iniciador de baja densidad utilizado en los diseños EBW y requieren una densidad de energía mucho mayor que los detonadores EBW para funcionar, lo que los hace inherentemente más seguros. [22]
La iniciación láser de explosivos, propelentes o pirotecnia se ha intentado de tres maneras diferentes: (1) interacción directa con el HE o iniciación óptica directa (DOI); (2) calentamiento rápido de una película delgada en contacto con un HE; y (3) ablación de una lámina fina de metal para producir una placa voladora de alta velocidad que impacta en el HE (láser volador). [24] [25]
