Voladura con plasma


Tecnología de plasma para la fragmentación de roca en zonas sensibles.
Patricio Olivero Arenas y Cristian Larson Mardones
INGEOL LIMITADA
Resumen.
Se describe la tecnología de fragmentación de roca mediante plasma, que se basa en la activación de reacciones termíticas confinadas en el interior de perforaciones dentro del macizo rocoso.
Actualmente la tecnología ha evolucionado hacia eluso de mezclas metálicas que producen reacciones termíticas que tienen la ventaja de generar altas densidades de energía, insensibilidad al impacto, alta temperatura de combustión y un amplio rango de producción de gases.
Las vibraciones producidas por esta tecnología son del orden del 10 % de la generadas por las emulsiones, debido esencialmente a la no producción de ondas de esfuerzo al serreacciones químicas subsónicas con VOD del orden de 300 m/seg.
La principal característica que permite aplicar plasma en la fragmentación de roca en zonas sensibles, es la escasa proyección de partículas de roca debido a la corta duración del pulso de presión que producen los gases ionizados, total o parcialmente, a altas temperaturas, en cuyo caso los gases se transforman rápidamente a fases máscondensadas como líquidos o sólidos. Esta característica contrasta fuertemente con los explosivos, que normalmente tienen un carácter ultrasónico y los productos de reacción son gases que permanecen en ese estado durante el desarrollo de la voladura produciendo la proyección de partículas de roca.
Finalmente se entregan antecedentes de un caso de aplicación de la tecnología al fragmentar rocasen el interior de un edificio que constituye una zona altamente sensible a la proyección de roca.



Tecnología de plasma para la fragmentación de roca en zonas sensibles.

1. Introducción.
Se denomina plasma al gas ionizado en el cual la mayoría de los átomos o moléculas se han transformado en iones positivos al perder uno o varios electrones. En general el plasma es una mezcla de trescomponentes: átomos o moléculas, iones positivos y electrones libres.
El plasma es el estado de la materia con mayor presencia en el universo. El Sol y las estrellas pueden ser considerados grandes concentraciones de plasma caliente. Toda descarga gaseosa como relámpago, chispa y arco eléctrico esta asociada a la aparición de plasma, incluso la llama ordinaria, aun que en grado menor, está ionizada,es decir, es plasma.
Entre un plasma y un gas no existe una delimitación definida. El plasma cumple las leyes de los gases, sin embargo, es conductor de la energía eléctrica y es fuertemente afectado por los campos magnéticos (1)
La reacción exotérmica entre un metal y un óxido metálico (reacción termítica) o entre elementos metálicos (reacción intermetálica) así como la combustión de metales(reacciones de oxidación) son una importante fuente de energía que puede producir como productos de reacción fases menos condensadas como gases e incluso plasma.
La tecnología de fragmentación de roca con plasma, se basa en la activación de reacciones termíticas confinadas en el interior de perforaciones dentro del macizo rocoso.
2.- Reacciones termíticas.
La reacción termítica tradicional es laque tiene lugar entre aluminio y óxido de fierro III o magnetita, que fue usada por primera vez como soldadura en 1898. Esta reacción exotérmica produce alúmina y fierro metálico.

8 Al + 3 Fe3O4 = 4 Al 2O3 + 9 Fe + 879 cal/gr. reactivo

Una reacción termítica típicamente usada en la fragmentación de rocas es la producida entre el aluminio y el óxido de cobre.

2 Al + 3 CuO = Al2O3 + 3 Cu+ 974,1 cal/gr. reactivo

Las principales características termodinámicas (2) de esta última reacción son:
Densidad de la mezcla : 5,1 gr./cc
Temperatura de reacción adiabática sin cambio de fase: 5718 °K
Temperatura de reacción adiabática con cambio de fase: 2843 °K
Estado o fase de los productos de reacción:
Óxido (Al2O3) : líquido
Metal (Cu) : líquido - gas
Producción de gases:...