Propelentes (lo que faltaba)

Para terminar con esta seguidilla de post donde hemos ido conversando sobre diferentes componentes de un cartucho vamos a hablar de los propelentes o pólvoras.

Para los lectores nuevos aquí estan todos los enlaces:

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El termino pólvora proviene de la palabra polvo, y hoy salvo la pólvora negra ninguno es un polvo, por ello prefiero el termino propelente como técnicamente correcto.

Haciendo un poco de historia somera, se piensa que los chinos habían descubierto y utilizado la pólvora negra desde 2000 años A.C., pero en Europa se conocen los primeros datos sobre la utilización de la misma en las primeras décadas del 1300, de la mano de un monje llamado Bertoldo Schwarz quien le dio un inmediato uso militar y fue utilizada por primera vez por los Ingleses en 1346 en la batalla de Crecy.

Entre las características principales de la pólvora negra, es la alta producción de residuos sólidos en la combustión, el denso humo blanco, la sensibilidad al rozamiento y su fácil encendido por calor. La velocidad de quemado se regula con el granulado cuanto más grueso más lenta es la combustión y cuanto mas fino mas rápida.
Entrega menor volumen de gases que los propelentes modernos esta es la explicación por la cual las armas de avancarga utilizan calibres grandes, (.40 en adelante), para trasmitir una buena cantidad de energía.
Recordando que la formula de energía cinética es  Ec= 0,5 m * V,V (velocidad al cuadrado) Donde m = Masa y V = Velocidad, Si no puedo aumentar la velocidad debo aumentar la masa para tener un buen valór de energía en el blanco.  

Mucho ha pasado desde aquella fórmula (*) de Carbón (12%), Azufre (10%) y Nitrato de Potasio (78%) que los chinos empleaban desde tiempos inmemoriales.

Un punto notable es que en 1799 un inglés Howard  descubre el Fulminato de Mercurio que fuera rápidamente reemplazo por el Fulminato de Plata y que dieran el nombre de Fulminante a los iniciadores (recordar el post sobre estos que hablábamos de fulminante y porque era un anacronismo)  

Todos saben que lo mío no es la historia ni las fechas (y para no aburrirlos) vamos a ir directo al nacimiento de los propelentes modernos, también conocidos como pólvoras sin humo, corría la década de 1830 cuando se realizan dos descubrimientos claves para nuestro tema, la nitroglicerina y el algodón pólvora (nitrocelulosa) si bien llevó varios años “domar” a estas bestias para convertirlas en estables y manejables, ambos tendrán un papel primordial en los propelentes modernos.

Propelentes Modernos (Pólvoras sin Humo):
Ante todo quiero hablar de la combustión, esta es un fenómeno superficial que se produce por capas desde fuera hacia adentro del grano combustible, esto es muy importante para entender el diseño de los granos como veremos mas adelante.    

Las diferencias con la pólvora negra menor cantidad de residuos sólidos en la combustión, un mayor volumen de gases y por ende presiones en recámara superiores, menor generación de humo delator en el disparo, regulación de las velocidades de quemado por medios químicos, mediante aceleradores/retardadores, Por supuesto que también influyen los tamaños y formas de los granos.
Aquí vemos que al poder incrementar las velocidades de los proyectiles, podemos achicar los calibres y obtener mejores cualidades de vuelo de los proyectiles.  

Clasificaciones
Hagamos un repaso somero sobre algunas clasificaciones que nos serán útiles, tampoco la idea es volverlos loco con las fórmulas y compuestos, pero es interesante que conozcamos algunas de estas.

Según Régimen explosivo:
En función de la velocidad con que se propaga el producto del quemado de los propelentes, liberando su energía potencial podemos definir:

1. Descomposición molecular lenta: Descomposición térmica por exposición al calor (por ejemplo en el almacenamiento).
2. Combustión: Esta se produce con la aparición de las llamas en el proceso.
3. Deflagración: combustión de alta velocidad que no supera los 340 m/seg (velocidad del sonido) .
4. Detonación: Forma particular de combustión que supera los 340 m/seg de velocidad.
 
Explosivos según su empleo:

1. – Explosivos Propulsantes o Balísticos.
2. – Explosivos Rompedores.
3. – Explosivos Iniciadores y Detonadores.

Nos interesan los explosivos balísticas o propulsores y estos pueden ser clasificados por su composición como :

– Simple Base: Nitrocelulosa
– Doble Base: Nitrocelulosa y Nitroglicerina
– Triple base: Doble Base + Nitrato de amonio.

Diferentes tipos de propelentes:

Se utilizan componentes con mucho contenido de oxigeno, ya que una de las características principales de los nuevos propelentes es que no necesitan del oxigeno para deflagrar.
 
Otra de las características principales es que un pequeño volumen de sólido genera un enorme volumen de gases (lo que facilita suba de presiones).

La baja capacidad higroscópica (capacidad de absorber humedad) hace que puedan ser almacenadas por más tiempo casi sin sufrir merma en su rendimiento.  

Nitrocelulosa
La nitrocelulosa (componente base de los propelentes modernos) se obtiene de nitrar fibras de algodón, cuanto mayor nitración consigo mejor calidad del propelente tendrá.
Combinada con diferentes compuesto forman la casi totalidad de los propelentes modernos utilizados en armas portátiles.

Nitrocelulosa y nitroglicerina
Estas son de combustión más “rabiosa” que las anteriores y dan origen a las llamadas DiDi (dinitrato diglicólico) y Nitroguanidinas que se encuadran en las llamadas pólvoras frías por su baja temperatura de combustión.
También se encuentran en esta familia la Balistita y la Cordita muy utilizadas en los calibres Nitro Expres (NE) anglosajones y cañones de principios de siglo XX.
 
Triple Base (Nitrocelulosa + Nitroglicerina + Nitrato de Amonio):
Estas son las Pólvoras Amonales, el nitrato de amonio es altamente energético, aunque su uso no es general, se obtienen pólvoras de triple base de usos específicos dada su sensibilidad a la humedad (capacidad higroscópica). Utilizada como propulsante de cohetes.

Diversas formas de Propelentes modernos.

Superficie de quemado
Una clasificación que deliberadamente dejé para el final es la referente a las superficies de quemado y tiene estrecha relación con lo que hablamos al principio acerca de que la combustión es un fenómeno superficial, tengamos en cuenta que a mayor superficie de quemado mayor producción de gases.
Podemos enumerar 3 tipos de propelentes de acuerdo a la superficie de combustión y que tiene relación directa con forma de sus granos.

Regresivas:
Estos son los propelentes mas utilizados en las armas cortas, su morfología (forma) es de pequeñas formas geométricas planas algo abultadas en el centro, hojuelas, laminillas, esferitas aplastadas (o no), en general granos sólidos y que al deflagrar se va reduciendo la superficie de quemado conforme con el consumo del grano hasta su desaparición.  

Hojuelas ó Laminillas

Esfericas

Constantes:
Estos propelentes son utilizados en las armas largas donde se necesita un mayor tiempo de producción de gases para sostener el “empuje” a todo lo largo del cañón del arma.
Son de formas tubulares (fideos) con un pequeño orificio central, ¿que ocurre? Al combustionar el grano, el cilindro exterior se va achicando por efecto del quemado, pero el orificio central se va agrandando por le mismo efecto y así la superficie de quemado interna del cilindro va aumentando conforme la exterior disminuye hasta que el grano se consume totalmente.    

Fideo: Se aprecia el pequeño orificio central en los granos que están “de punta”

Progresivas:  
Estos propelentes son utilizados principalmente en cañones, donde el tubo no solo tiene un gran diámetro sino también unos 4 o 5 metros de largo y debemos sostener un gran volumen de gases y el consiguiente empuje durante todo el trayecto del proyectil hacia la boca.  
Sus formas también son tubulares (fideos) pero en lugar de tener un solo agujero longitudinal en el centro tienen varios (5/6 ó mas) y de la misma manera que lo describimos mas arriba, mientras la superficie exterior decrece por el quemado las internas aumentan por el mismo fenómeno produciendo cada vez mayor volumen de gases para empujar el proyectil.  

Fideo Multiple: se aprecian perfectamente (en una imagen bellísima) los multiples orificios internos.

Conclusión:
Creo que el tema esta planteado, he tratado de no agobiar con fórmulas ni nombres raros pero aquí a veces es imposible no poner esos “nombrecitos”, quiero llamar la atención (y ya mismo pido mil disculpas si alguien sabe química por esta herejía de explicación que voy a dar) que todos los compuestos son di (dos) o tri (tres) o tetras (cuatro) esto se debe a que en química se va agregando oxigeno molecular (O2) o agua (H2O) a los compuestos a fines de que este se combine con los elementos básicos y a medida que vamos agregando agua u O2 vamos denominando como di tri, o tetra al compuesto (de nuevo perdon!!!!) algo similar se produce con las terminaciones “ico”, “ato”, “oso”, “ito”, las “ato” son de mayor grado que las “ico” (acido nitrico + algo –> nitrato de algo).
Bien ¿porque hago incapié en que las fórmulas que vemos son de mayor rango? Porque son las que tienen mayor oxigeno que entregar a la combustión y eso es lo que hace que no sea necesario el oxigeno ambiente, los propelentes pueden deflagrar en lugares confinados y sin presencia de aire u oxigeno ambiente, este está incorporado en la formula.

Como siempre les digo esto es una esbozo de un tema enorme y apasionante en si mismo, la puerta a un universo fantástico del que hacemos uso pero muchas veces desconocemos sus fundamentos.
Espero no aburrirlos y que les haya gustado

Un abrazo

(*) Los porcentajes indicados entre paréntesis solo son referenciales.

Saludos desde Rosario, Argentina
Tomate©
q=)