Composição pirotécnica: classificação, componentes, aplicação

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Uma composição pirotécnica é uma substância ou mistura de componentes projetada para produzir um efeito na forma de calor, luz, som, gás, fumaça ou uma combinação destes, como resultado de reações químicas exotérmicas autossustentáveis que ocorrer sem detonação. Tal processo não depende de oxigênio de fontes externas.

Classificação das composições pirotécnicas

Podem ser divididos por ação:

• Fiery.
• Fumaça.
• Dinâmico.

Os dois primeiros grupos podem ser subdivididos em tipos menores.

Fiery: iluminante, sinalizador noturno, tracer e algum incendiário.

O grupo de fumaça inclui composições para sinalização diurna e mascaramento (neblina).

Principais tipos de pirotecnia

O efeito acima (luz, som, etc.) pode ser criado usando estes componentes:

• Flash em pó - queima muito rapidamente, produz explosões ou rajadas brilhantes de luz.
• Pólvora - queima mais lentamente que o pó, emite uma grande quantidade de gases.
• Propelente sólido - produz muitos vapores quentes usados como fontes de energia cinética para foguetes e projéteis.
• Iniciadores pirotécnicos - produzem grandes quantidades de calor, chamas ou faíscas quentes usadas para inflamar outras composições.
• Cargas de ejeção - queimam rapidamente, produzem muito gás em pouco tempo, usadas para liberar cargas úteis dos contêineres.
• Cargas explosivas - queimam rapidamente, produzem uma grande quantidade de gás em pouco tempo, usadas para esmagar o recipiente e despejar seu conteúdo.
• Composições de fumaça - queimam lentamente, produzem neblina (lisa ou colorida).
• Trens de atraso - arde a uma velocidade constante e silenciosa, usado para introduzir atrasos na reserva de incêndio.
• Fontes de calor pirotécnico - emitem uma grande quantidade de calor e praticamente não espalham gases, queima lenta, muitas vezes tipo termite.
• Sparklers - produz faíscas brancas ou coloridas.
• Flashes - queima lentamente, cria uma grande quantidade de luz, usada para iluminação ou sinalização.
• Composições coloridas de fogos de artifício - produzem faíscas leves, brancas ou multicoloridas.

Aplicativo

Algumas tecnologias de composições e produtos pirotécnicos são utilizados na indústria e na aviação para gerar grandes volumes de gás (por exemplo, em airbags), bem como em diversosfixações e em outras situações semelhantes. Eles também são usados na indústria militar quando são necessárias grandes quantidades de ruído, luz ou radiação infravermelha. Por exemplo, foguetes chamariz, sinalizadores e granadas de efeito moral. Uma nova classe de composições de materiais reativos está sendo pesquisada pelos militares.

Muitos compostos pirotécnicos (especialmente aqueles envolvendo alumínio e percloratos) são frequentemente muito sensíveis ao atrito, choque e eletricidade estática. Mesmo 0,1 a 10 milijoules de faísca pode causar certos efeitos.

Pólvora

Esse é o famoso pó preto. É o primeiro explosivo químico conhecido, consistindo de uma mistura de enxofre (S), carvão (C) e nitrato de potássio (salitre, KNO 3). Os dois primeiros componentes atuam como combustível e o terceiro é um oxidante. Devido às suas propriedades incendiárias e à quantidade de calor e gás que produz, a pólvora é amplamente utilizada na fabricação de cargas propulsoras em armas de fogo e artilharia. Além disso, é usado na fabricação de foguetes, fogos de artifício e dispositivos explosivos em pedreiras, mineração e construção de estradas.

Indicadores

A pólvora foi inventada na China no século 7 e se espalhou pela maior parte da Eurásia no final do século 13. Originalmente desenvolvido pelos taoístas para fins medicinais, o pó foi usado para a guerra por volta de 1000 dC.

A pólvora é classificada emcomo um pequeno explosivo devido à sua taxa de decomposição relativamente lenta e baixa brisa.

Poder Explosivo

Ignição de pólvora acumulada atrás do projétil cria pressão suficiente para fazer com que o cano dispare em alta velocidade, mas não forte o suficiente para estourar o cano de uma arma. Assim, a pólvora é um bom combustível, mas é menos adequado para destruir pedras ou fortificações devido ao seu baixo poder explosivo. Ao transferir energia suficiente (da substância em chamas para a massa da bala de canhão e depois para o alvo por meio de munição de impacto), o bombardeiro pode eventualmente sobrecarregar as defesas fortificadas do inimigo.

A pólvora foi amplamente utilizada para encher conchas e foi usada em projetos de mineração e engenharia civil até a segunda metade do século 19, quando os primeiros explosivos foram testados. O pó não é mais usado em armas modernas e aplicações industriais devido à sua eficácia relativamente baixa (em comparação com alternativas mais recentes, como dinamite e nitrato de amônio ou óleo combustível). Hoje, as armas de pólvora são principalmente limitadas à caça, tiro ao alvo.

Fonte de calor pirotécnico

As composições pirotécnicas são um dispositivo à base de substâncias combustíveis com um ignitor adequado. Seu papel é produzir uma quantidade controlada de calor. As fontes pirotécnicas são geralmente baseadas em oxidantes de combustível semelhantes a termite (ou retardadores de composição) com baixa taxa de queima, alta saída de calor na temperatura desejada e pouca ou nenhuma formação de gás.

Eles podem ser ativados de várias maneiras. Fósforos elétricos e tampas de impacto são os mais comuns.

Fontes de calor pirotécnico são frequentemente usadas para ativar baterias, onde servem para derreter o eletrólito. Existem dois tipos principais de desenho. Um usa uma tira de fusível (contendo cromato de bário e metal de zircônio em pó em papel cerâmico). As composições de granulação pirotécnica térmica correm ao longo de sua borda para iniciar a combustão. A tira geralmente é iniciada com um ignitor elétrico ou plugue usando corrente.

O segundo projeto usa um orifício central na bateria, no qual um ignitor elétrico de alta energia libera uma mistura de gases combustíveis e lâmpadas incandescentes. O design com furo central pode reduzir significativamente o tempo de ativação (dezenas de milissegundos). Para comparação, notamos que em dispositivos com uma faixa de borda, esse indicador é de centenas de milissegundos.

A ativação de uma bateria também pode ser feita com um primer de impacto tipo espingarda. É desejável que a fonte de exposição seja sem gás. Normalmente, a composição padrão das misturas pirotécnicas consiste em pó de ferro e perclorato de potássio. Nas proporções de peso, são 88/12, 86/14 e 84/16. Quanto maior o nível de perclorato, maior a produção de calor (nominalmente 200, 259 e 297 calorias/grama). O tamanho e a espessura dos comprimidos de perclorato de ferro têm pouco efeito sobre a taxa de queima, masefeitos na densidade, composição, tamanho de partícula e pode ser usado para ajustar o perfil de liberação de calor desejado.

Outra composição utilizada é o zircônio com cromato de bário. Outra mistura contém 46,67% de titânio, 23,33% de boro amorfo e cerca de 30% de cromato de bário. Também estão disponíveis 45% de tungstênio, 40,5% de cromato de bário, 14,5% de perclorato de potássio e 1% de álcool vinílico e acetato de aglutinante.

Reações para formar componentes intermetálicos de composições pirotécnicas, como zircônio com boro, podem ser usadas quando se deseja operação sem gás, comportamento não higroscópico e independência da pressão ambiente.

Fonte de calor

Pode ser parte direta da composição pirotécnica, por exemplo, em geradores químicos de oxigênio tal componente é utilizado com grande excesso de oxidante. O calor liberado durante a combustão é usado para decomposição térmica. Com relação à queima a frio, as composições são utilizadas para produzir fumaça colorida ou pulverizar um aerossol como pesticidas ou gás CS, proporcionando o calor de sublimação do composto desejado.

O componente retardador de fase da composição, que junto com os produtos de combustão forma uma mistura com uma temperatura de transição de fase distinta, pode ser usado para estabilizar a altura da chama.

Materiais

Composições pirotécnicas são geralmente misturas homogeneizadas de pequenaspartículas de combustível e oxidantes. Os primeiros podem ser grãos ou flocos. Geralmente, quanto maior a área de superfície das partículas, maior a taxa de reação e combustão. Para alguns propósitos, os aglutinantes são usados para transformar o pó em um material sólido.

Combustível

Tipos típicos são baseados em pós metálicos ou metalóides. A composição pode indicar vários tipos diferentes de combustível. Alguns também podem servir como fichários.

Metais

Combustíveis comuns incluem:

• O alumínio é o combustível mais comum em muitas classes de misturas, além de regulador da instabilidade da combustão. Chama de alta temperatura com partículas sólidas que interferem na aparência dos corantes, reage com nitratos (exceto amônio) formando óxidos de nitrogênio, amônia e calor (reação lenta à temperatura ambiente, mas violenta acima de 80°C, pode se auto-inflamar).
• Magnalium é uma liga de alumínio-magnésio que é mais estável e mais barata do que um único metal. Menos reativo que o magnésio, mas mais inflamável que o alumínio.
• Iron - produz faíscas douradas, um elemento comumente usado.
• O aço é uma liga de ferro e carbono que produz faíscas ramificadas amarelo-laranja.
• Zirconium - Produz partículas quentes úteis para misturas inflamáveis, como o iniciador padrão da NASA, e para suprimir a instabilidade da combustão.
• Titanium - produz pirotecnia e compostos quentes, aumentasensibilidade ao choque e ao atrito. Às vezes, é usada uma liga Ti4Al6V que produz faíscas brancas ligeiramente mais brilhantes. Juntamente com o perclorato de potássio, é usado em alguns ignitores pirotécnicos. O pó grosso produz belas faíscas azul-brancas ramificadas.
• Ferrotitânio é uma liga de ferro-titânio que cria faíscas brilhantes usadas em estrelas pirotécnicas, foguetes, cometas e fontes.
• Ferrossilício é uma substância ferro-silício usada em algumas misturas, às vezes substituindo o silício de cálcio.
• Manganês - usado para controlar a taxa de queima, por exemplo, em composições com delay.
• Zinco - usado em algumas composições de fumaça junto com o enxofre, que é usado como combustível amador para foguetes, bem como em estrelas pirotécnicas. Sensível à umidade. Pode inflamar-se espontaneamente. Raramente usado como combustível principal (com exceção de composições de fumaça), pode ser usado como componente adicional.
• Cobre - usado como corante azul com outras espécies.
• O latão é uma liga de zinco e cobre usada em algumas fórmulas de fogos de artifício.
• Tungsten - usado para controlar e diminuir a velocidade de gravação das composições.

Vale a pena notar que é perigoso fazer composições pirotécnicas com as próprias mãos.