Composició pirotècnica: classificació, components, aplicació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Una composició pirotècnica és una substància o una barreja de components dissenyada per produir un efecte en forma de calor, llum, so, gas, fum o una combinació d'aquests, com a resultat de reaccions químiques exotèrmiques autosostenibles que tenir lloc sense detonació. Aquest procés no depèn de l'oxigen de fonts externes.

Classificació de les composicions pirotècniques

Es poden dividir per acció:

• Ardent.
• Fum.
• Dinàmic.

Els dos primers grups es poden subdividir en tipus més petits.

Ardent: il·luminador, senyal nocturn, traçador i algun incendiari.

El grup de fum inclou composicions per a senyalització diürna i emmascarament (boira).

Tipus principals de pirotècnia

L'efecte anterior (llum, so, etc.) es pot crear amb aquests components:

• Flag de pols: crema molt ràpidament, produeix explosions o esclats de llum brillants.
• Pólvora: crema més lentament que la pols i emet una gran quantitat de gasos.
• Propel·lent sòlid: produeix molts vapors calents utilitzats com a fonts d'energia cinètica per a coets i projectils.
• Iniciadors pirotècnics: produeixen grans quantitats de calor, flames o espurnes calentes que s'utilitzen per encendre altres composicions.
• Càrregues d'expulsió: es cremen ràpidament, produeixen molt gas en poc temps, s'utilitzen per alliberar càrregues útils dels contenidors.
• Càrregues explosives: es cremen ràpidament, produeixen una gran quantitat de gas en poc temps, s'utilitzen per aixafar el contenidor i abocar-ne el contingut.
• Composicions de fum: cremen lentament, produeixen boira (llisa o de colors).
• Trens retardats: flames a una velocitat constant i tranquil·la, que s'utilitzen per introduir retards a la reserva de foc.
• Fonts de calor pirotècniques: emeten una gran quantitat de calor i pràcticament no difonen gasos, de combustió lenta, sovint semblants a les termites.
• Sparklers: produeix espurnes blanques o de colors.
• Flashs: crema lentament, crea una gran quantitat de llum, utilitzada per il·luminació o senyalització.
• Composicions de focs artificials de colors: produeixen espurnes lleugeres, blanques o de diversos colors.

Aplicació

Algunes tecnologies de composicions i productes pirotècnics s'utilitzen a la indústria i l'aviació per generar grans volums de gas (per exemple, en coixins d'aire), així com en diversostancaments i en altres situacions similars. També s'utilitzen a la indústria militar quan es requereixen grans quantitats de soroll, llum o radiació infraroja. Per exemple, enganyeu coets, bengales i granades aturdidores. Actualment, l'exèrcit està investigant una nova classe de composicions de materials reactius.

Molts compostos pirotècnics (especialment els que involucren alumini i perclorats) solen ser molt sensibles a la fricció, els xocs i l'electricitat estàtica. Fins i tot entre 0,1 i 10 mil·lijoules d'espurna poden causar certs efectes.

Pólvora

Aquesta és la famosa pólvora negra. És el primer explosiu químic conegut, format per una barreja de sofre (S), carbó vegetal (C) i nitrat de potassi (salitre, KNO 3). Els dos primers components actuen com a combustible i el tercer és un oxidant. Per les seves propietats incendiàries i la quantitat de calor i gas que produeix, la pólvora s'utilitza àmpliament en la fabricació de càrregues propulsores en armes de foc i artilleria. A més, s'utilitza en la fabricació de coets, focs artificials i artefactes explosius en pedreres, mines i construcció de carreteres.

indicadors

La pólvora es va inventar a la Xina al segle VII i es va estendre per la major part d'Euràsia a finals del segle XIII. Desenvolupat originalment pels taoistes amb finalitats medicinals, la pols es va utilitzar per a la guerra al voltant de l'any 1000 dC.

La pólvora es classifica encom un petit explosiu a causa de la seva velocitat de descomposició relativament lenta i la seva baixa brillança.

Poder explosiu

L'encesa de la pólvora empaquetada darrere del projectil crea prou pressió per fer que la boca dispara a gran velocitat, però no prou potent com per rebentar el canó d'una pistola. Així, la pólvora és un bon combustible, però menys apte per destruir pedra o fortificacions a causa del seu baix poder explosiu. En transferir prou energia (des de la substància ardent a la massa de la bola de canó, i després d'aquesta a l'objectiu mitjançant munició d'impacte), el bombarder pot acabar amb les defenses fortificades de l'enemic.

La pólvora es va utilitzar àmpliament per omplir obusos i es va utilitzar en projectes de mineria i enginyeria civil fins a la segona meitat del segle XIX, quan es van provar els primers explosius. La pols ja no s'utilitza en armes modernes i aplicacions industrials a causa de la seva eficàcia relativament baixa (en comparació amb alternatives més noves com la dinamita i el nitrat d'amoni o el fuel). Avui dia, les armes de foc amb pólvora es limiten principalment a la caça i al tir al blanc.

Font de calor pirotècnica

Les composicions pirotècniques són un dispositiu basat en substàncies combustibles amb un encès adequat. El seu paper és produir una quantitat controlada de calor. Les fonts pirotècniques es basen generalment en oxidants de combustible semblants a termita (o retardant la composició) amb una velocitat de combustió baixa, alta sortida de calor a la temperatura desitjada i poca o cap formació de gas.

Es poden activar de diverses maneres. Els llumins elèctrics i els taps d'impacte són els més habituals.

Sovint s'utilitzen fonts de calor pirotècniques per activar les bateries, on serveixen per fondre l'electròlit. Hi ha dos tipus principals de disseny. S'utilitza una tira de fusibles (que conté cromat de bari i zirconi metàl·lic en pols en paper ceràmic). Les composicions de granulació pirotècnica tèrmica recorren la seva vora per iniciar la combustió. Normalment, la tira s'inicia amb un encès elèctric o un endoll amb corrent.

El segon disseny utilitza un forat central al paquet de bateries en el qual un encès elèctric d' alta energia allibera una barreja de gasos combustibles i làmpades incandescents. El disseny amb un forat central pot reduir significativament el temps d'activació (desenes de mil·lisegons). Com a comparació, observem que als dispositius amb una franja de vora, aquest indicador és de centenars de mil·lisegons.

L'activació d'una bateria també es pot fer amb una imprimació d'impacte semblant a una escopeta. És desitjable que la font d'exposició sigui sense gas. Normalment, la composició estàndard de les mescles pirotècniques consisteix en pols de ferro i perclorat de potassi. En ràtios de pes, aquests són 88/12, 86/14 i 84/16. Com més alt sigui el nivell de perclorat, més gran serà la producció de calor (nominalment 200, 259 i 297 calories/gram). La mida i el gruix de les pastilles de perclorat de ferro tenen poc efecte sobre la velocitat de combustió, però síafecta la densitat, la composició, la mida de les partícules i es pot utilitzar per ajustar el perfil d'alliberament de calor desitjat.

Una altra composició utilitzada és el zirconi amb cromat de bari. Una altra mescla conté un 46,67% de titani, un 23,33% de bor amorf i un 30% de cromat de bari. També hi ha un 45% de tungstè, un 40,5% de cromat de bari, un 14,5% de perclorat de potassi i un 1% d'alcohol vinílic i acetat aglutinant.

Les reaccions per formar components intermetàl·lics de composicions pirotècniques, com ara el zirconi amb bor, es poden utilitzar quan es desitja un funcionament sense gas, un comportament no higroscòpic i la independència de la pressió ambiental.

Font de calor

Pot ser una part directa de la composició pirotècnica, per exemple, en generadors químics d'oxigen, aquest component s'utilitza amb un gran excés d'oxidant. La calor alliberada durant la combustió s'utilitza per a la descomposició tèrmica. Pel que fa a la combustió en fred, les composicions s'utilitzen per produir fum de colors o per polvoritzar un aerosol com ara pesticides o gas CS, proporcionant la calor de sublimació del compost desitjat.

El component de retard de fase de la composició, que juntament amb els productes de combustió forma una barreja amb una temperatura de transició de fase diferent, es pot utilitzar per estabilitzar l'alçada de la flama.

Materials

Les composicions pirotècniques solen ser mescles homogeneïtzades de petitespartícules de combustible i oxidants. Els primers poden ser grans o escates. En general, com més gran sigui la superfície de les partícules, més gran serà la velocitat de reacció i combustió. Per a alguns propòsits, s'utilitzen aglutinants per convertir la pols en un material sòlid.

Combustible

Els tipus típics es basen en pols metàl·liques o metal·loides. La composició pot indicar diversos tipus de combustible. Alguns també poden servir com a enquadernadors.

Metals

Els combustibles habituals inclouen:

• L'alumini és el combustible més comú en moltes classes de mescles, així com un regulador de la inestabilitat de la combustió. Flama d' alta temperatura amb partícules sòlides que interfereixen amb l'aparició de colorants, reaccionen amb nitrats (excepte l'amoni) formant òxids de nitrogen, amoníac i calor (reacció lenta a temperatura ambient, però violenta per sobre dels 80 °C, pot encendre's).
• El magnesi és un aliatge d'alumini i magnesi que és més estable i menys costós que un sol metall. Menys reactiu que el magnesi, però més inflamable que l'alumini.
• Ferro: fa espurnes daurades, un element d'ús habitual.
• L'acer és un aliatge de ferro i carboni que produeix espurnes groc-taronja ramificades.
• Zirconi: produeix partícules calentes útils per a mescles inflamables, com ara l'iniciador estàndard de la NASA, i per suprimir la inestabilitat de la combustió.
• Titani - produeix pirotècnia i compostos calents, augmentasensibilitat a xoc i fricció. De vegades s'utilitza un aliatge Ti4Al6V que produeix espurnes blanques lleugerament més brillants. Juntament amb el perclorat de potassi, s'utilitza en alguns encenedors pirotècnics. La pols gruixuda produeix precioses espurnes blanques i ramificades.
• El ferrotitani és un aliatge de ferro i titani que crea espurnes brillants que s'utilitzen en estrelles pirotècniques, coets, cometes i fonts.
• El ferrosilici és una substància ferro-silici que s'utilitza en algunes mescles, de vegades substituint el siliciur de calci.
• Manganès: s'utilitza per controlar la velocitat de combustió, per exemple, en composicions amb retard.
• Zinc: s'utilitza en algunes composicions de fum juntament amb el sofre, que s'utilitza com a combustible aficionat per a coets, així com en estrelles pirotècniques. Sensible a la humitat. Es pot encendre espontàniament. Poques vegades s'utilitza com a combustible principal (a excepció de les composicions de fum), es pot utilitzar com a component addicional.
• Core: s'utilitza com a colorant blau amb altres espècies.
• El llautó és un aliatge de zinc i coure utilitzat en algunes fórmules de focs artificials.
• Tungstè: s'utilitza per controlar i reduir la velocitat de gravació de composicions.

Val la pena assenyalar que és perillós fer composicions pirotècniques amb les vostres pròpies mans.