Su composición
Los propelentes convencionales consisten en mezclas de uno o más explosivos con diferentes aditivos, formulados y procesados cuidadosamente para evitar su iniciación (detonación), siendo el nitrato de celulosa el ingrediente principal no sólo para los propelentes convencionales, sino también para los propelentes empleados en rocket.
La reacción de nitración es esquematizada en la siguiente figura, obteniendo finalmente las tres diferentes nitratos de celulosa:
Otros componentes básicos, en adición al nitrato de celulosa son la nitroglicerina y la nitroguanidina, comparándose algunas de sus propiedades:
Tabla N°2.3 "Propiedades de elementos energéticos" Fuente: Royal Air Forcé by DGSM, Ed. May. 1988
Siendo la estructura molecular de la nitroguanidina y nitroglicerina como sigue:
a) Nitroguanidina
b) Nitroglicerina
Los propelentes usados en cañones convencionales, son generalmente propelentes homogenios, fabricados mezclando nitrato de celulosa(NC, éster nitrado polimérico - O -NO2) y un liquido plastificante para formar el gel rigido, El plastificante puede ser un solvente o un éster nitrado liquido (nitroguanidina(NG)), pudiendo usarse para incrementar la performance, los compuestos energéticos cristalinos (fillers, RDX).
Señalemos algunos compuestos energéticos en propelentes, explicitando ejemplos más comunes:
a) Esteres nitrados (CH) - O - N02
Los ejemplos más comunes son el nitrato de celulosa y la nitroguanidina. Los esteres nitrados son los principales componentes de todos los propelentes para cañones convencionales y propelentes para cohetes de base doble.
b) Nitraminas (CH)-N-N02
Dentro de los más conocidos podemos citar a la nitroguanidina y el RDX, y se considera como el principal componente de algunos propelentes para cañones convencionales y para todas las LOVA.
c) Nitro compuesto (CH)-C-N02
Siendo los más conocidos el trinito tolueno (TNT) y TATB, además de servir como aditivos en algunos propelentes convencionales para cañones.
En la práctica, dependiendo de su composición, los propelentes convencionales se clasifican en tres tipos básicos, de base simple, de base doble y de base triple.
Propelentes de base simple
Como se observa en la tabla N°2.4, su único componente energético es el nitrato de celulosa, una sustancia coloidal y por tanto capaz de quemar a través de capas paralelas, estando su calor de explosión generalmente entre 3100 J/g y 3700 J/g. Además considera un plastificante no energético (DBP), y un estabilizador (siendo el DPA el más común).
Tabla N°2.4 "Composiciones de propelentes de base simple"
Fuente: Diseño e implementación de un modelo computacional de balística interior de cañones, MIZON V., ACAPOMIL, año 1998.
Una de las características principales de este propelente, es la baja energía específica/(entre 950 - 1000 J/g,) la que depende del % de nitrógeno (N) en el nitrato de celulosa (NC).
Este tipo de propelente para artillería contiene enfriantes para reducir la temperatura inicial T0, y para algunas armas pequeñas contiene moderadores
de superficie con la finalidad de reducir la velocidad de quemado rb. Su uso esta radicado en la amplia variedad calibres (7,62 mm al 106 mm SR.)
Propelentes de base doble
Consisten en una mezcla homogénea de nitrato de celulosa plastificada con éster nitrado (nitroglicerina), más algún aditivo estabilizante (normalmente etil centralita, carbamita) o moderador. La cantidad necesaria de oxígeno para su combustión se encuentra en forma de grupos nitro, esteres nitrados de celulosa y glicerina; químicamente ligados a las moléculas que contienen, al mismo tiempo, el material combustible. Estos son más energéticos que los de base simple con valores de Q entre 4300 y 5200 J/g, dependiendo del porcentaje de nitroglicerina presente.
Fuente: Diseño e implementación de un modelo computacional de balística interior de cañones, MIZON V., ACAPOMIL, año 1998.
Poseen una alta velocidad de quemado rt> (/? se incrementa con T0) y una elevada energía específica (/) , ambas mayor que la del propelente de base simple (BS), aproximándose esta última hasta los 1200 J/g dependiendo del % de nitroglicerina (NG). Su uso esta limitado al empleo en armas pequeñas, especialmente ametralladoras (5,56 mm o algunas 7,62 mm NATO, 106 mm SR.)
Propelentes de base triple:
Mezcla homogénea en base a nitrato de celulosa y componentes energéticos principalmente nitroglicerina y nitroguanidina, además de un estabilizador, que generalmente será etil centralita. Estos propelentes alcanzan calores de explosión entre 3200 y 3700 J/g.
Sus principales ingredientes son el nitrato de celulosa (NC) con 13,1% a 12,6% de nitrógeno (N) (cuando se usa madera), la nitroglicerina (NG) y, nitroguanidina (Nigu), además de un estabilizador que normalmente será étil centralita.
Sus características principales están vinculadas a la baja o muy baja temperatura de llama (T0 - 2800 K) y baja a media energía específicaft 850 -1050 J/g, dependiendo del % de nitroglicerina (NG). Otras características significativas para este tipo de propelente son:
- Más baja señal de llama que base simple o base doble (flash)
- Más difícil de encender que base simple o base doble
- Mejores características de almacenamiento que base simple y base doble.
Las composiciones de propelentes sólidos de uso actual (indicadas en las tablas), son sólo ejemplos de algunas composiciones existentes en el mercado mundial, existiendo muchas otras.
Estas composiciones, tanto para base simple, doble o triple, han sido recopiladas de diferentes bibliografías, no siendo fácil su obtención, debido a que la mayoría de las publicaciones sólo entregan formulaciones muy generales, cuyo resumen entregamos en la siguiente tabla: