balance de o2

FundamentosdeQuímica.1ºcursoGradosenIngenieríadelosR.EnergéticosyR.Mineros

CALCULOS DE EXPLOSIVOS:

BALANCE DE OXIGENO, VOLUMEN GRUESO Y CALOR DE EXPLOSIÓN

Estasnotasestántomadasdeltexto“ProblemasresueltosdeQuímicaAplicada”deOrozcoetal.,2011,ed.Paraninfo.

Losexplosivos son sustancias capacesdedesprenderunagran cantidaddegases yde calor,

medianteunareacciónquímicarapidísima,producidaporunacausaexternadetipomecánicootérmico.

Lareaccióndeexplosiónesunprocesodeoxidación‐reduccióninternaenelquesecombinanloselementosdelamoléculadeexplosivo,sininterveniroxígenoexternoalamolécula.

‐ El balance de oxígeno de un explosivo valora la suficiencia o no de oxígeno en la

molécula de explosivo para lograr que todo su contenido en C se convierta a CO2 ytodoelcontenidoenHseconviertaaH2O.La fuerzay lapotenciarompedoradeunexplosivoaumentanconelbalancedeoxígeno.

Para un explosivo de fórmula genérica CaHbOcNd, el balance de oxígeno expresado en

porcentajedeoxígenoes:

B.O.=[(c‐2a‐0,5b)molesdeO/molexplosivo]x(16gO/1molO)x(1molexplosivo/‐‐‐g)x100

• Sic>(2a+0,5b),seráunexplosivoconexcesodeoxígeno(balancepositivo)

• Sic<(2a+0,5b),seráunexplosivocondefectodeoxígeno(balancepositivo),enestecaso,losproductosrealesdeexplosiónnocoincidiránconlosutilizadosparaelcálculoteóricodeesteparámetro.

‐ El volumen grueso, V (expresado enNlitros/kg ó enNm3/kg), es el volumen de gas

generado por la explosión de 1 kg de explosivo. Puede calcularse conociendo elnúmerodemolesdegasliberadosporlaexplosión,aplicandolaleydeGasesIdealesa25oCy1at.

‐ El calordeexplosión,Q (expresadoen kJ/kgoenKcal/kg), es el calor liberadoen la

reaccióndeexplosión.

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EJEMPLOS

1. Calcularelbalancedeoxígenodelexplosivo trinitroglicerina (C3H5N3O9)ydeterminar

cuáldebeserlaproporciónenmasadeunamezcladetrinitrobenceno(C6H3N3O6)conesteexplosivoparaconseguirunamezclaexplosivaconunbalancedeoxígenonulo.

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2. Una fábrica de explosivos produce 2,4,6‐trinitrofenol (C6H3N3O7) mediante unareacciónentreelfenol(C6H6O)yelácidonítrico(HNO3).Calcular:

(a) Lastoneladasdeexplosivoquesepuedenobtenersisedisponede2toneladasdefenoldel89%riquezaenpesoy2,5m3deunadisolucióndeácidonítricodel36%pesoydensidaddeladisolución1,22g/cm3.

(b) Elbalancedeoxígenoyelvolumengruesodelexplosivo(C6H3N3O7),sabiendoquelos productos obtenidos en su reacción de explosión por cadamol de explosivo

son:

0,5CO2+5,5CO+0,5H2O+H2+1,5N2

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3. El2,4,6‐trinitrotolueno(TNT)esunexplosivodeusomuyextendido.Calcularparaesteexplosivo:

(a) Elbalancedeoxígeno

(b) Lacantidaddenitratoamónico((NH4)NO3),expresadaenkg,queseríaprecisoañadiraunkgdeTNTparaconseguirunamezclaexplosivaconbalancedeoxígenonulo.

(c) ElvolumengruesoexpresadoenNm3/kg,sabiendoquesureacciónrealdeexplosión

es:

C7H5N3O66CO(g)+2,5H2(g)+1,5N2(g)+C(s)

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4. El amoniaco puede obtenerse por reacción directa del nitrógeno gaseoso con

hidrógenogaseoso:

(1/2)N2(g)+(3/2)H2(g)NH3(g)

(a) Calcular la energía vinculada a esta reacción e indicar si la reacción es exotérmica óendotérmica.Dato:EntalpíadeformaciónestándardelNH3=‐45,9kJ/mol.

(b) Lareacciónposteriordelamoniacoconácidonítricoconducealaobtencióndenitratode amonio, sustancia quepuedeemplearse comoabono y también comoexplosivo.

Calcular el volumen (m3)de ácidonítricodel 38%masa ydensidad1,234g/cm3quetendránqueutilizarsesisedeseanobtener450kgdenitratodeamonio,sabiendoqueelrendimientodelareacciónesdel76%.

(c) Calcularelbalancedeoxígenoyelvolumengruesodelnitratodeamonioexpresadoen

Nm3gas/kgexplosivo.

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5. Elnitratodeamonio(NH4NO3)sepuedeemplearcomoexplosivoycomoabono,yseobtiene industrialmente por reacción directa entre el ácido nítrico (HNO3) y elamoniaco(NH3)enestadogaseoso

HNO3(ac)+NH3(g)NH4NO3(s)

(a) CalcularlacantidadmáximadeproductoNH4NO3(entoneladas)quesepuedeobteneren el proceso que transcurre con rendimiento 74% , si se dispone de:‐2toneladasdedisolucióndeHNO3del60%pureza(enpeso),y- 200m3deNH3(g)a20ºCy3at.

(b) Habitualmentelaindustriaaprovecharecuperaelcalordesprendidoenlosprocesos.Si

enesteprocesodeobtencióndeNH4NO3segeneran8,9kcal/mol,calcularlacantidadde combustiblepropano (C3H8)que sepodríaahorrar,paragenerarunacantidaddecalorsemejantealadesprendidaenlasíntesisde1toneladadeNH4NO3.Los resultados de cantidad de propano se deben dar tanto en moles, masa y envolumen(a25oCy1at).

(c) Calcular con qué cantidad de trinitrofenol (C6H3N3O7) sería preciso mezclar unkilogramodeNH4NO3paraobtenerunamezclaexplosivadebalancedeoxígenonulo.Lasreaccionesson:

C6H3N3O76CO2+1,5H2O+1,5N2

N2H4O32H2O+N2

Datosdemasasatómicas:N(14),O(16),H(1),C(12).

DatosdeentalpíasdeformaciónestándarΔHof(kcal/mol):

CO2(g):‐94,1;H2O(l):‐68,3;C3H8(g):‐24,8