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Módulo 2 – História dos explosivos e efeitos das explosões Apresentação do Módulo Você sabe o que é um explosivo? Sabe como identificá-lo? Neste módulo você estudará sobre o histórico dos explosivos, seus conceitos, suas características, as classificações, os sistemas de iniciação e sobre os tipos de explosões. Objetivos do Módulo Ao final do estudo deste módulo, você será capaz de: • Conceituar explosivos; • Identificar as características presentes em um explosivo; • Classificar os explosivos de forma geral e quanto ao seu emprego; • Listar os tipos de sistemas de iniciação, bem como as características e vantagens de cada um; • Classificar e identificar os tipos de explosões. Estrutura do Módulo Este módulo e formado por 4 aulas: • Aula 1 – Histórico, conceitos e características dos explosivos • Aula 2 – Classificação dos explosivos • Aula 3 – Sistemas de iniciação • Aula 4 – Conceitos, tipos e efeitos das explosões Aula 1 – Histórico, conceitos e características dos explosivos 1.1. A evolução dos explosivos: breve histórico Na antiguidade, a pólvora foi, sem dúvida, o primeiro passo para o desenvolvimento dos produtos conhecidos hoje como explosivos, sendo atribuído seu descobrimento aos chineses. Por volta do século X, a pólvora passou a ser utilizada também com fins militares, na forma de foguetes, bombas e explosivos que eram lançados de catapultas. O lançamento dessas bombas também era feito por tubos de bambu, simulando assim um canhão. Da China, o uso militar da pólvora, segundo os relatos históricos, partiu para o Japão e Europa. Os mongóis também utilizaram a pólvora contra os Húngaros em 1124. Em 1249 a pólvora negra teve sua formulação descrita pelo “Frei Inglês Roger Bacon”, que contribuiu para a invenção da arma de fogo em 1300 d.C pelo Monge Franciscano Alemão “Berthold Schwarz”. Por volta do século “XIX”, em 1846, foi descoberto a nitrocelulose (versão bruta), por Théophile Pelouze, que obteve um material inflamável da mistura de ácido nítrico e algodão. Por ter aperfeiçoado a referida mistura, tornando-a estável, a descoberta passou a ser atribuída ao químico germano-suíço Christian Friedrich Schonbein. Outro passo bastante importante acontecido por volta do ano de 1848, foi a descoberta da nitroglicerina pelo italiano Ascanio Sobrero. Foi uma verdadeira revolução, pois esse explosivo oferecia um poder de explosão muitas vezes maior do que o da pólvora, apesar de ser muito perigoso quando era submetido a movimentos bruscos (choque, atrito), fator limitador das condições de segurança e manuseio. Em 1863 o sueco Alfred Nobel superou este inconveniente, depois de conseguir estabilizar nitroglicerina, produzindo desta forma a dinamite (explosivo potente que oferecia boas condições de segurança). Christian Friedrich Schonbein http://en.wikipedia.org/wiki/Christian_ Friedrich_Sch%C3%B6nbein O século XX foi caracterizado principalmente pelo emprego de vários explosivos, entre eles destacamos o TNT (1912), HMX (1940), ANFO (1947), lamas explosivas (1956), emulsões (1980), explosivos binários (anos 90). 1.2. Conceito e características dos explosivos 1.2.1. Conceito de explosivo Produto que, por meio de uma excitação adequada, se transforma rápida e violentamente de estado, gerando gases, altas pressões e elevadas temperaturas. Observe que a figura acima traz uma explicação sobre o conceito apresentado, demonstrando que, se o explosivo sofrer uma excitação adequada, irá mudar de estado de forma rápida e violenta, gerando gases que muitas vezes são tóxicos, acompanhado de elevadas pressões que ocasionarão grande destruição, além de altas temperaturas, que ocasionarão o efeito térmico incendiário. 1.2.2. Características dos explosivos São as propriedades físicas e químicas que identificam cada explosivo, de forma que possam ser selecionados para o emprego correto. Além do uso militar, os explosivos são bastante utilizados em pedreiras, mineração e construção civil de modo geral. Suas principais características são: velocidade, potência, brisância, sensibilidade e densidade. Veja, a seguir, cada uma delas. • Velocidade: É a rapidez de transformação ou reação do explosivo. A velocidade de um mesmo explosivo pode variar conforme o grau de confinamento, densidade e diâmetro do cartucho. • Potência: É a capacidade máxima de produção de trabalho de um explosivo, em função da quantidade de calor e da velocidade com que a energia é liberada. • Brisância: É o efeito rompedor do explosivo sobre seu invólucro, sendo sua eficácia medida entre a potência do explosivo e a resistência do material (capacidade de fragmentar seu recipiente). Está intimamente relacionada com a pressão de detonação e com a velocidade de detonação. • Sensibilidade: É a capacidade do explosivo em reagir a uma determinada excitação, como impacto, calor, choque, atrito. • Densidade: Relação entre massa e volume (D = M / V). Quanto mais denso o explosivo, maior seus efeitos explosivos, porém, tende a ser menor a sua sensibilidade. Os explosivos apresentam ainda outras características: • Estabilidade: Alteração de suas características durante armazenamento em condições normais. • Higroscopicidade: Capacidade do explosivo em absorver umidade, vindo dessa forma a alterar suas características. • Toxidez: Concentração de gases nocivos à saúde. Aula 2 – Classificação dos explosivos Os explosivos são classificados quanto: • ao uso; • à velocidade de detonação; • ao emprego. Veja, a seguir, cada uma das categorias. 2.1. Quanto ao uso: Podem ser classificados em militares e comerciais. • Explosivos militares – Caracterizados pela sua alta estabilidade, poder de brisância e pela segurança no uso, manuseio e armazenamento. Seguem alguns dos principais explosivos militares: Nome comum Composição Densidade (g/cm3) Veloc. (Km/s) Consistência Amatol 50 TNT/ 50 NA 1,55 6,3 Sólida Composição B 40 TNT / 60 RDX 1,70 7,9 Sólida Ciclotol 75/25 25 TNT/ 75 RDX 1,75 8,2 Sólida Octol 75/25 25 TNT/ 75 RDX 1,82 8,4 Sólida Pentolite 50/50 50 TNT/ 50 PETN 1,67 7,4 Sólida Tritonal 80 TNT/ 20 Al 1,72 6,7 Sólida Composição C-4 RDX, plastificante e componentes 1,6 8,0 Plástica Plastex PETN, plastificante e componentes 1,5 7,5 Plástica • Explosivos comerciais – Diferentemente dos explosivos militares, já se caracterizam por serem mais sensíveis, menos estáveis e seu emprego é diretamente relacionado à construção civil, mineração, entre outros. Seguem alguns dos principais explosivos comerciais. Nome comum Fórmula Cor Consist. Veloc. (Km/s) Ano descob. Ano utiliz. Nitrato de amônio (NA) NH4NO3 Branco Grãos 2,5 3,5 1659 1867 Trinitrotolueno (TNT) C7H5N3O6 Amarelo Sólida até 81°C 6,93 1863 1901 Pentaeritritol- tetranitrado (PETN) C5H8N4O1 2 Branco Sólida 7,98 1894 1929 Ciclotrimetileno- trinitramina (RDX) C3H6N6O6 Branco Sólida 8,75 1899 1940 Ciclotetrametilen o-tetranitramida (HMX) C4H8N8O8 Branco Sólida 9,1 1940 1950 Nitrocelulose (NC) C6H6N3O1 1 Branco Sólida - 1847 1890 2.2. Quanto à velocidade de detonação Quanto à velocidade de detonação 1, os explosivos classificam-se em: • Altos explosivos (altos primários e altos secundários); • Baixos explosivos. Veja cada um dos itens. • Altos Explosivos – São aqueles explosivos que possuem velocidade de transformação acima de 1.000 m/s, sendo subdividido em altos explosivos primáriose altos explosivos secundários. � Altos explosivos primários ou iniciadores – São aqueles explosivos responsáveis em fornecer energia a uma carga explosiva, possuem velocidade de transformação acima de 1.000 m/s, também se identificam por serem extremamente sensíveis ao choque, calor e atrito, sendo amplamente utilizados como carga base ou principal em espoletas (detonadores). Seguem alguns dos principais altos explosivos primários: Nome comum Fórmula Cor Consist. Veloc. (Km/s) Ano descob. Ano utiliz. Fulminato de mercúrio C2N2O2Hg Branco Sólida 3,5 1700 1867 Azida de Chumbo PbN6 Branco Sólida 4,1 1890 1904 Estifinato de chumbo C6H3N3O9Pb Laranja ou Vermelho Sólida 5,2 1914 1920 Diazodinitrofenol DDNP C6H2N2O5 Amarelo Sólida 4,4 1860 1928 � Altos explosivos secundários – Conhecidos também por explosivos de ruptura, têm como característica uma maior estabilidade quanto ao manuseio, armazenamento e emprego, além de alta velocidade, alta potência e alto poder de brisância. 1 fazer hint para a seguinte informação: Velocidade de detonação ou transformação é aquela em que a onda de choque se propaga pela massa do explosivo Nome comum Fórmula Cor Consist. Veloc. (Km/s) Ano descob. Ano utiliz. Nitrato de amônio (NA) NH4NO3 Branco Grãos 2,5 3,5 1659 1867 Trinitrotolueno (TNT) C7H5N3O6 Amarelo Sólida até 81°C 6,93 1863 1901 Pentaeritritol- tetranitrado (PETN) C5H8N4O1 2 Branco Sólida 7,98 1894 1929 Ciclotrimetileno- trinitramina (RDX) C3H6N6O6 Branco Sólida 8,75 1899 1940 � Baixos explosivos – São explosivos que possuem velocidade de transformação abaixo de 1.000 m/s. Possuem características de explosivos deflagrantes e propulsores e subdividem-se em pirotécnicos (fogos de artifício) e propelentes (pólvoras). Tabela demonstrativa sobre a classificação dos explosivos quanto a sua velocidade de detonação. ALTOS EXPLOSIVOS PRIMÁRIOS INICIADORES Ex.: Fulminato de mercúrio, azida de chumbo. SECUNDÁRIOS EMPREGO MILITAR Ex.: TNT, C-4. EMPREGO INDUSTRIAL Ex.: Dinamite, emulsão. BAIXOS EXPLOSIVOS PIROTÉCNICOS FOGOS DE ARTIFÍCIO Ex.: Pólvora negra, pólvora cloratada. PROPELENTES PROPULSORES DE ARMAS Ex.: Pólvoras BS e BD. PROPULSORES DE FOGUETES Ex.: Pólvoras de base tripla. 2.3. Quanto ao emprego Quanto ao emprego, os explosivos podem ser classificados como: iniciadores, reforçadores, de ruptura ou rompedores e propelentes. Veja a seguir: • Iniciadores: Empregados em mistos iniciantes ou excitação de cargas explosivas. Sensíveis ao calor, choque, atrito. • Reforçadores: Também denominados como boosters ou intermediários. Atuam como multiplicador de força entre o iniciador e a carga principal. • De ruptura ou rompedores: Explosivos de alta potência e alto poder de brisância (poder de rompimento). • Propelentes: Baixos explosivos (pólvoras). Aula 3 – Sistemas de iniciação É o caminho pelo qual uma carga explosiva é detonada, sendo esse conjunto formado pelo gerador de energia, transmissor de energia, iniciador e a carga explosiva propriamente dita. Esse sistema também é conhecido como trem de fogo 2 ou cadeia explosiva. O sistema de iniciação se subdivide em: • Sistema de iniciação comum ou pirotécnico Fogo + estopim + espoleta comum (detonador) + carga explosiva. • Sistema de iniciação elétrico Fonte de energia + fios condutores + espoleta elétrica (detonador) + carga explosiva. • Sistema de iniciação não elétrico Acionador nonel + tubo nonel + detonador comum + carga explosiva. 2 fazer hint para a seguinte informação: Trem de fogo ou cadeia explosiva – encadeamento lógico dos explosivos segundo a relação sensibilidade X efeito. Tabela com vantagens e desvantagens de cada sistema de iniciação SISTEMA VANTAGENS DESVANTAGENS COMUM OU PIROTÉCNICO Segurança no manuseio Não tem precisão de tempo ELÉTRICO Excelente precisão de tempo Limitações devido à eletricidade estática NONEL Segurança no manuseio + precisão no tempo Aplicações em grandes distâncias Aula 4 – Conceito, tipos e efeitos das explosões 4.1. Conceito de explosão Observe os conceitos a seguir: • Explosão é toda expansão violenta, provocada pela decomposição da matéria explosiva (Imbel). • Explosão é todo escape súbito e repentino de gases do interior de um espaço limitado, gerando alta pressão e elevada temperatura (ESJUI, Colômbia). 4.2. Tipos de explosões As explosões podem ser de três tipos: mecânicas, nucleares e químicas. Estude, a seguir, sobre cada uma delas: • Mecânicas: Provocadas pelo alívio descontrolado de pressão (ex: À medida que a panela de pressão aqui representada aquece um líquido, haverá o aumento do volume da molécula desse líquido, o que resultará em uma explosão caso não haja saída para a pressão). • Nucleares: Provocadas pela fissão do átomo (ex: A transformação em nível atômico ocorrerá devido ao bombardeio de um nêutron ao núcleo do átomo de urânio aqui representado, resultando na fissão do núcleo do átomo, acompanhado de altas temperaturas, elevada pressão e de uma nuvem de radiação). • Químicas: Provocadas por reações e transformações químicas. Atenção! Pelo fato de o curso ser na área de explosivos, você irá estudar um pouco mais sobre a explosão química. 4.2.1. Subdivisão das explosões químicas As explosões químicas subdividem-se em: combustão, deflagração e detonação. • Combustão Ocorre a uma velocidade de transformação abaixo de 100 m/s. A camada se volatiliza e inflama ao atingir o ponto de fulgor. Há necessidade de oxigênio para continuar a reação. • Deflagração Ocorre a uma velocidade de transformação acima de 100 e abaixo 1.000 m/s. A propagação da reação ocorre por condução térmica (a partícula que se queima transmite calor à adjacente, que se queima ao atingir a temperatura de explosão). • Detonação Ocorre a uma velocidade de transformação acima de 1.000 m/s. A propagação da reação se dá por ondas de choque. A partícula que explode cria uma onda de alta pressão que aquece e detona a partícula adjacente. 4.3. Efeitos da explosão Os efeitos da explosão são divididos em: efeitos primários, efeitos secundários e efeitos sobre o corpo humano. Estude sobre cada um deles: • Efeitos primários – São aqueles diretamente relacionados ao momento primário da explosão, em que todos os fenômenos resultam de um mesmo fenômeno. Assim, tem-se: o Onda positiva: A onda positiva “empurra” o ar, gera o vácuo e vai enfraquecendo até sua força equiparar-se com a força da pressão atmosférica. P R E S S Ã O A T M O S F É R I C A o Onda negativa: Ocorre quando a pressão atmosférica retorna na direção do epicentro da explosão, eliminando o vácuo deixado pela onda positiva. PRESSÃO ATMOSFÉR ICA PR ESS ÃO ATMOSFÉRICA o Efeito da fragmentação: Ocorre quando a pressão da explosão desloca o ar, resultando em lançamento de fragmentos . o Efeito térmico – incendiário: Esse efeito é diretamente relacionado ao fogo e ao aumento da temperatura no local e momento da explosão. Efeitos secundários – São aqueles que acontecem influenciados por obstáculos. Aqui encontram-se a reflexão e a convergência, que são diretamente relacionados aosobstáculos pelos quais a onda de choque é influenciada, o que resultará mudança de direção ou da reflexão dessa onda. • Efeitos sobre o corpo humano o Hemotórax (sangue na cavidade torácica). o Pneumotórax (ar livre na cavidade torácica). o Distensão dos pulmões. o Ruptura de vísceras (bexiga, fígado, rins, baço, alças intestinais). o Ruptura de tímpano. o Fratura de ossos. o Queimaduras. o Dilacerações. o Perfurações. o Lesões múltiplas. Finalizando... Neste módulo, você estudou que: • O século XX foi caracterizado principalmente pelo emprego de vários artefatos explosivos, tendo destaque os seguintes explosivos TNT (1912), HMX (1940), ANFO (1947), lamas explosivas (1956), emulsões (1980), explosivos binários (anos 90); • Explosivo é o produto que, por meio de uma excitação adequada, se transforma rápida e violentamente de estado, gerando gases, altas pressões e elevadas temperaturas; • As principais características dos explosivos são: velocidade, potência, brisância, sensibilidade e densidade; • Os explosivos são classificados quanto ao uso, à velocidade de detonação e ao emprego; • Sistema de iniciação é o caminho pelo qual uma carga explosiva é detonada, sendo esse conjunto formado pelo gerador de energia, transmissor de energia, iniciador e a carga explosiva propriamente dita. Esse sistema também é conhecido como trem de fogo ou cadeia explosiva; • A explosão pode ser conceituada como toda expansão violenta, provocada pela decomposição da matéria explosiva (Imbel). As explosões podem ser mecânicas, nucleares ou químicas; • Os efeitos da explosão são divididos em: efeitos primários, efeitos secundários e efeitos sobre o corpo humano.
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