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Iniciador pirotécnico

Esquema de iniciador pirotécnico En pirotecnia , un iniciador pirotécnico (también llamado detonador o ignitor ) es un dispositivo que contiene una composición pirotécnica y que...

Esquema de iniciador pirotécnico

En pirotecnia , un iniciador pirotécnico (también llamado detonador o ignitor ) es un dispositivo que contiene una composición pirotécnica y que se utiliza principalmente para encender otros materiales más difíciles de encender, como termitas , generadores de gas y cohetes de combustible sólido . El nombre también se usa a menudo para referirse a las composiciones mismas.

Los iniciadores pirotécnicos suelen controlarse eléctricamente (denominados iniciadores electropirotécnicos ), por ejemplo, mediante un puente de hilo calentado o una resistencia de puente . Son similares a los detonadores de cápsulas explosivas u otros detonadores , pero se diferencian en que no tienen como objetivo producir una onda expansiva . Un ejemplo de este tipo de iniciador pirotécnico es una cerilla eléctrica .

Composición

El material energético utilizado, a menudo llamado pirógeno , suele ser una composición pirotécnica formada por un combustible y un oxidante, donde el combustible produce una cantidad significativa de partículas calientes que provocan o favorecen la ignición del material deseado.

Las composiciones iniciadoras son similares a las pólvoras de destello , pero se diferencian en la velocidad de combustión, ya que no se busca la explosión , y generan intencionadamente una alta cantidad de partículas calientes. Además, suelen ser más fáciles de encender que las termitas , con las que también comparten similitudes.

Los oxidantes más comunes son el perclorato de potasio y el nitrato de potasio . Los combustibles más utilizados son el titanio , el hidruro de titanio(II) , el circonio , el hidruro de circonio y el boro . El tamaño de las partículas de combustible se determina para obtener partículas calientes con el tiempo de combustión requerido.

Se pueden utilizar materiales más exóticos, por ejemplo, carboranos . [ 1 ]

Para aplicaciones especiales, se pueden utilizar encendedores pirofóricos que se inflaman al entrar en contacto con el aire. El trietilborano (TEA-TEB) se utilizó como encendedor para los motores a reacción Lockheed SR-71 , el motor Rocketdyne F-1 de la primera etapa del Saturno V, el motor RD-180 de NPO Energomash utilizado en la primera etapa del Atlas V y el motor Merlin de SpaceX utilizado en la primera etapa del Falcon 9.

composiciones comunes

Oxidante de metales

ZPP

Uno de los iniciadores más comunes es el ZPP , o perclorato de potasio y circonio , una mezcla de circonio metálico y perclorato de potasio. Esta mezcla se utiliza en el Iniciador Estándar de la NASA , [ 2 ] que se utiliza para encender varios sistemas pirotécnicos, incluido el detonador estándar de la NASA . [ 3 ] Produce un rápido aumento de presión, genera poco gas, emite partículas calientes al encenderse, es térmicamente estable, tiene una larga vida útil y es estable en vacío. Es sensible a la electricidad estática .

BPN

Otra fórmula común de iniciador es el BPN , BKNO3 o nitrato de boro-potasio , una mezcla de 25 % de boro y 75 % de nitrato de potasio en peso. Se utiliza, por ejemplo, por la NASA . Es térmicamente estable, estable en vacío y su velocidad de combustión es independiente de la presión.

En comparación con la pólvora negra, el BPN arde a una temperatura significativamente mayor y deja más residuos sólidos; por lo tanto, la pólvora negra es la preferida para sistemas de uso múltiple.

La alta temperatura del BPN lo hace adecuado para usos donde la iniciación rápida y reproducible es fundamental, por ejemplo, en airbags , motores de cohetes y bengalas de distracción . Sin embargo, es relativamente caro.

El BPN también puede utilizarse como ingrediente de propelentes sólidos para cohetes .

El BPN puede encenderse mediante un láser. [ 4 ] Se puede utilizar un láser semiconductor de al menos 0,4 vatios de potencia para la ignición en vacío. [ 5 ]

Otros

Otras mezclas encontradas son perclorato de aluminio y potasio , y perclorato de titanio , aluminio y potasio. [ 6 ]

oxidante de hidruro metálico

Las mezclas de hidruro metálico y oxidante sustituyen el metal por su hidruro correspondiente . Su manipulación suele ser más segura que la de las composiciones metal-oxidante por separado. Durante la combustión, también liberan hidrógeno , que puede actuar como combustible secundario. El hidruro de circonio, el hidruro de titanio y el hidruro de boro son los más utilizados.

ZHPP

El ZHPP ( hidruro de circonio-perclorato de potasio ) es una variante del ZPP que utiliza hidruro de circonio en lugar de circonio puro. Su manipulación es significativamente más segura que la del ZPP. [ 7 ]

THPP

El THPP (hidruro de titanio y perclorato de potasio) es una mezcla de hidruro de titanio(II) y perclorato de potasio. Es similar al ZHPP. Al igual que el ZHPP, su manipulación es más segura que la del perclorato de titanio y potasio. [ 7 ]

Intermetálicos

La formación de un compuesto intermetálico puede ser una reacción fuertemente exotérmica, que puede utilizarse como iniciador.

titanio-boro

La composición titanio - boro es una de las reacciones pirotécnicas más calientes de uso común. Es un estado sólido, sin presencia de gases. Puede utilizarse como iniciador pirotécnico o para calentar gases confinados y realizar trabajos mecánicos. [ 8 ]

Níquel-aluminio

Las láminas de níquel - aluminio pueden utilizarse como iniciadores pirotécnicos de activación eléctrica. NanoFoil es un material de este tipo, disponible comercialmente.

Paladio-aluminio

Los alambres de aluminio revestidos de paladio pueden utilizarse como alambre fusible , conocido como Pyrofuze . [ 9 ] La reacción se inicia mediante calor, generalmente suministrado por un pulso de corriente eléctrica. La reacción comienza a 600 °C, el punto de fusión del aluminio, y se propaga violentamente hasta alcanzar temperaturas de 2200–2800 °C. La reacción no requiere la presencia de oxígeno y el alambre se consume. [ 10 ]

Pyrofuze se presenta como alambre sólido de diferentes diámetros (de 0,002" a 0,02"), alambre trenzado, cinta, lámina y gránulos. Se puede utilizar paladio, platino o paladio aleado con un 5 % de rutenio junto con aluminio. [ 11 ] [ 12 ] Los alambres de conexión de Pyrofuze se pueden utilizar en petardos y cerillas eléctricas . Las láminas de Pyrofuze se pueden utilizar, por ejemplo, para sellar diversos dispensadores o sistemas de extinción de incendios. [ 13 ] También se puede utilizar una composición de paladio-magnesio, pero no está disponible comercialmente o al menos no es tan común. [ 14 ]

Otros

BNCP

El BNCP ( cis -bis-(5-nitrotetrazolato)tetraminocobalto(III) perclorato ) es otro material iniciador común. Es relativamente insensible. Experimenta una transición de deflagración a detonación en una distancia relativamente corta, lo que permite su uso en detonadores . Sus subproductos de combustión son relativamente poco dañinos para el medio ambiente. [ 15 ] Puede encenderse mediante un diodo láser .

azida de plomo

La azida de plomo (Pb(N 3 ) 2 , o PbN 6 ) se utiliza ocasionalmente en iniciadores pirotécnicos.

Otros

También se pueden utilizar otros materiales sensibles al calor, por ejemplo, HMTD , [ 16 ] explosivo tetrazeno , mononitro-resorcinatos de plomo, dinitro-resorcinatos de plomo y trinitro-resorcinatos de plomo. [ 17 ]

Véase también

Referencias

  1. EP caducado 1128994B1 , Karl K. Rink, "Inflador de airbag que contiene carbonano", publicado el 5 de septiembre de 2001, emitido el 11 de agosto de 2004, asignado a Autoliv ASP Inc. 
  2. Catálogo de aplicaciones de dispositivos/sistemas accionados pirotécnicamente (PDF) . Cleveland, OH: Centro de Investigación Lewis de la NASA. 1 de enero de 1995. págs. 66–67 . Archivado del original (PDF) el 22 de agosto de 2022. 
  3. Actas del Simposio sobre Iniciadores Eléctricos - 1963 (PDF) . Instituto Franklin, Filadelfia, Pensilvania: Comando de Material del Ejército de los EE. UU. 1 de octubre de 1963. págs. 3–17 . Archivado del original (PDF) el 28 de mayo de 2018. URL alternativa
  4. ES caducada 2160485B1 , Blanes Mira María Clara; Carbonell Castell Teresa; Fernández Ballester Gregorio J; Ferrer Montiel Antonio Vicente; Gil Tebar Ana Isabel; Gutiérrez Pérez Luis Miguel; Llobregat Hernández M Mercedes; Pérez Payá Enrique; Casos Planell Rosa M; Viniegra Bover Salvador, "Péptido inhibidor de la exocitosis neuronal y composiciones cosméticas y farmacéuticas que contienen el péptido", publicado el 01-11-2001, emitido el 16-05-2002, asignado a Lipotec SA 
  5. Koizumi, Hiroyuki; Nakano, Masakatsu; Inoue, Takayoshi; Watanabe, Masashi; Komurasaki, Kimiya; Arakawa, Yoshihiro (2006). "Estudio sobre ignición láser de nitrato de boro/potasio al vacío" (PDF) . Ciencia y Tecnología de Materiales Energéticos . 67 (6): 193-198 .
  6. EE. UU. expiró 4391196 , Robert E. Betts, "Encendedor adicional para encendedor de tipo pirógeno", publicado el 5 de julio de 1983, emitido el 5 de julio de 1983, asignado al Departamento del Ejército de los EE. UU. 
  7. 1 2 EE. UU. vencido 6117254 , Karl K. Rink, William B. Richardson, David J. Green, "Iniciador para la generación de gas de inflado de bolsas de aire por disociación", publicado el 12/09/2000, emitido el 12/09/2000, asignado a Autoliv ASP Inc. 
  8. Begeal, DR; Munger, AC Mezclas de titanio y boro como fuentes de calor variables . Laboratorio Nacional Sandia, Albuquerque, EE. UU.
  9. "PYROFUZE®" (PDF) . Sigmund Cohn Corp. Archivado del original (PDF) el 16 de julio de 2011.
  10. Joppa, Richard M. (1974). Dispositivos electroexplosivos de hilo caliente mejorados (Informe). Laboratorio Científico de Los Alamos de la Universidad de California . Recuperado el 30 de septiembre de 2021 .
  11. EE. UU. caducado 4208967 , Robert E. Betts, "Diseño de petardo", publicado el 6 de agosto de 1991, emitido el 6 de agosto de 1991, asignado al Departamento del Ejército de EE. UU. 
  12. EE. UU. expiró 5036769 , James M. Schaff, Amos J. Diede, "Pasador de pirofuze para activación de municiones", publicado el 5 de julio de 1983, emitido el 5 de julio de 1983, asignado al Departamento de Marina de los EE. UU. 
  13. Carignan, DJ; Willian, L. (1978-01-03). Dispositivo de contención y liberación de fluidos (Informe). Departamento de la Fuerza Aérea. Archivado del original el 30 de septiembre de 2021.
  14. EE. UU. venció 3889755 , Byron G Dunn, "Extintor de incendios para aparatos eléctricos", publicado el 17 de junio de 1975, emitido el 17 de junio de 1975, asignado a Fire Fox Corp. 
  15. ↑ Patente estadounidense 6672215 , Sami Daoud, "Iniciador pirotécnico microcapilar de alta precisión y salida constante", publicada el 6 de enero de 2004, emitida el 6 de enero de 2004, asignada a Textron Innovations Inc. 
  16. "Cómo crear un detonador ANNM desde cero" . Pyronfo . 1 de julio de 2009. Archivado del original el 9 de marzo de 2016.
  17. ↑ Patente estadounidense vencida 5942717 , Claude Pathe, Raphael Trousselle, "Iniciador electropirotécnico, método para su fabricación y sistema de seguridad para vehículos", publicada el 24 de agosto de 1999, emitida el 24 de agosto de 1999, asignada a Davey Bickford SAS 
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