Polvo negro



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La pólvora negra , a veces denominada pólvora o pólvora , es el explosivo químico más antiguo que se conoce. De color negro, se compone de una mezcla explosiva de azufre , nitrato de potasio (salitre) y carbón vegetal .

Inventado en China, probablemente en el IX °  siglo , el polvo negro se libera gradualmente en Europa y Asia a la XIII °  siglo . Se utiliza para pistolas y fusiles , que era el único conocido explosivo químico a la XIX ª  siglo . La pólvora negra ya no se usa hoy en día para armas modernas y aplicaciones industriales, debido a su baja eficiencia en comparación con los explosivos más recientes. Su uso se limita hoy a las antiguas armas de caza y tiro deportivo (armas auténticas o réplicas), petardos y fuegos artificiales .

Histórico

Algunas fuentes sitúan la invención del polvo negro durante la dinastía Han ( 206 aC a 220 dC ), pero la mayoría de los historiadores creen que la pólvora fue inventada en China, alrededor del VII °  siglo durante la dinastía Tang ( 618 - 907 ). En chino , la pólvora se conoce con el término Huoyao ( chino  : ; pinyin  : huyào  ; litt. "Sustancia de fuego") y se utiliza principalmente por sus propiedades medicinales.

A mediados de la dinastía Xixia , hacia 1044 , era aconsejable evitar este tipo de mezclas que podían explotar. El wujing zongyao ( , "Principios generales de la guerra clásica") proporciona un método de granada para hacer pólvora negra, el efecto principal todavía parece ser el ruido. En el X º  siglo aparecen los primeros lanzas de fuego , de tubo de bambú simple que contiene polvo negro y un proyectil, dispositivo conectado a una lanza Chino ( Qiang ). Parece que alrededor de 1130 , los tubos de bambú llenos de pólvora negra servían como lanzallamas .

Las técnicas de fabricación de polvo han sido transmitidas al mundo árabe-persa entre el VIII °  siglo y el IX °  siglo , como el intercambio de alquimia técnica ya existía entre el mundo musulmán y el mundo chino. Sin embargo el uso "conocido" en polvo parece bastante anticuado el XIII °  siglo , con indicaciones escritas de composición a base de salitre, durante las guerras entre la dinastía Yuan y los países musulmanes de Asia Central. Desde hace tiempo se dice que la pólvora había llegado a Europa en medio de la XIII °  siglo a través de la civilización islámica (y, a veces, en desafío de los certificados históricos que Marco Polo había traído de su viaje al Lejano Oriente [ref. Necesaria] ) ; de hecho, parece que los mongoles jugaron un papel decisivo.

Desde el XIV °  siglo , el polvo negro se utiliza para animar los eventos ecuestres del Magreb organizadas por las tribus marroquíes .

Roger Bacon y Alberto el Grande mencionan la receta, inspirándose en la dada por Marcus Graecus en su manuscrito Liber ignium ad comburandos hostes ( 1230 ), pero el objetivo sigue siendo incendiario. Según otras fuentes, se considera al monje alemán Berthold Schwarz quien redescubrió sus secretos en Occidente. Ibn Khaldoun menciona el uso de pólvora para artillería en 1273 en el sitio de Sidjilmesa. Las primeras armas de fuego utilizables aparecen unos cincuenta años después.

Así se atestigua en 1617 cuál fue el primer uso de la pólvora en Europa para la extracción de minerales en una mina de cobre de Thillot a través del trabajo arqueológico de la Sociedad para el Estudio y Protección de las Antiguas Minas (SESAM) desde 1987 en estas minas.

En 1829, Samuel Colt fue el primero en detonar una carga de polvo bajo la acción de una corriente eléctrica.

En 1886 , se inventó el polvo piroxilado , que emitía mucho menos humo y pocos residuos cuando se quemaba . Este polvo se utiliza hoy en día en todas las armas contemporáneas, porque la virtual ausencia de residuos no las obstruye.

Aspectos quimicos

Para XIV º  siglo y XV º  siglo , la composición era (en peso): 6 partes salitre (75%) para una porción de azufre (12,5%) y una parte de carbono en forma de carbón vegetal (12, 5%). Pero posteriormente, encontramos composiciones variables según los usos.

Por ejemplo (porcentajes de masa):

En los fuegos artificiales , generalmente encontramos la composición (carbón vegetal 15%, azufre 10%, salitre 75%). Este polvo es una mezcla de dos elementos muy combustibles ( azufre y carbón vegetal ), con un cuerpo muy oxidante  : el salitre . La calidad del polvo se debe en gran parte al carbón utilizado. Proviene de la madera de árboles de plantas como Rhamnus Frangula, Solanum Mauritianum, Prunus domestica, Salix Caprea o Fraxinus americana, por pirólisis a 500  ° C , obtenemos carbón negro (polvo de guerra ), mientras que la pirólisis a 300  ° C da rojo carbón vegetal (polvo de caza ).

Para que la combustión tenga lugar de manera eficiente, el azufre y el carbón deben triturarse en polvos finos (menos de 80 nanómetros), antes de mezclarlos con un molino de bolas . Posteriormente, se agrega una mezcla de nitrato de potasio y alcohol y se mezcla todo en un mezclador para obtener una mezcla muy homogénea. Finalmente, la mezcla se seca a baja temperatura y se reduce suavemente a polvo con una mano de mortero. Se obtiene un polvo negro que arde como un relámpago.

El polvo negro tiene mucho miedo a la humedad, a diferencia de sus descendientes modernos ( polvos piroxilados ).

El polvo negro, que contiene salitre , tiene un sabor salado debido a este componente (nitrato de potasio KNO 3 ). Durante los diversos conflictos europeos de finales del XVIII XX y principios del XIX °  siglo, los soldados utilizaron polvo negro para dar sabor y conservar sus alimentos cuando la sal se encuentra. El salitre todavía se usa hoy como conservante (como se encuentra en la tienda de delicatessen, por ejemplo).

La ecuación para la combustión de pólvora (carbón 15%, azufre 10%, salitre 75%) es la siguiente:

10 KNO 3 + 4 S + 2 C 7 H 3 O 5 K 2 O + 3 H 2 O+ 4 SO 2 + 12 CO + 2 CO 2+ 5 N 2

Los residuos sólidos se denominan "incrustaciones".

Aspectos físicos

Entre las ventajas de la pólvora, cabe destacar que es económica, estable y que una pequeña cantidad de energía provoca la combustión . Por lo tanto, puede encenderse con la ayuda de una llama , una fricción , una chispa o incluso un láser . De ello se deduce que su manejo es peligroso.

Ella produce:

  • abundantes residuos sólidos, especialmente compuestos de sulfuro de potasio, erróneamente llamado calamina , que ensucia las armas. Ésta es una de las razones por las que un arma de fuego vieja tiene un alto calibre que aumenta la tolerancia y por lo tanto reduce la frecuencia de limpieza necesaria;
  • humo, lo que interfiere con la puntería durante disparos repetidos si el viento no se lo lleva.

Por estas razones, hoy preferimos el polvo sin humo .

Durante el XIX XX  siglo, los químicos idearon un método para obtener el polvo negro granulado, cuyo tamaño puede ser ajustado de acuerdo con el uso previsto más los granos son más pequeños, el polvo obtenido se llama "viva, es decir que exhibe un alto tasa de combustión. Este envase también permite conservar y dosificar mejor la pólvora negra.

Aspectos termodinámicos

El polvo negro contiene tanto un combustible como un oxidante. El oxidante es el salitre que libera oxígeno durante la reacción oxidando los combustibles (azufre y carbono).

Estable a temperatura ambiente, un pequeño suministro de energía localizado es suficiente para iniciar la reacción.

Debido a su velocidad de combustión al aire libre, se dice que la pólvora se "deflagra", lo que significa que la onda de combustión (frente de llama ) viaja menos rápido que los gases generados, por lo que no produce onda de choque . Colocado en un espacio cerrado que permite que la presión del gas aumente, detona (generación de una onda de choque) y produce un efecto de explosión bastante grande debido al volumen de gas producido.

Considerado un explosivo explosivo, a diferencia de los explosivos rotos, se ha utilizado durante mucho tiempo para este propósito.

La temperatura de reacción es bastante alta (más de 2000  K ) pero sigue siendo significativamente más baja que la obtenida con los explosivos modernos ( TNT , dinamita , polvos piroxilados), lo que limita el riesgo de quemaduras. La adición de determinados compuestos químicos o cuerpos simples (partículas metálicas, óxidos, etc.) permite modificar el color de la llama obtenida para los fuegos artificiales, por ejemplo. El humo que desprende la reacción química es blanco, bastante denso, debido a las numerosas partículas que resultan de la combustión.

Pasos de fabricación

Durante su desarrollo, la pólvora sigue un protocolo preciso, prácticamente idéntico en los diferentes países de producción. En Francia, y más concretamente en la Poudrerie de Vonges (21), el protocolo es el siguiente:

Los elementos utilizados en la fabricación de pólvora se almacenan por separado. El carbón vegetal de espino amarillo producido en Europa llega a granel. Se almacena en bolsillos de tela (algodón) en un cobertizo calefaccionado en invierno y ventilado en verano para obtener el mejor secado posible. El azufre y el salitre importados a menudo de México y Chile, se entregan en sacos (papel o poliéster) de 25  kg . En la composición de ciertas variedades de polvos negros, a veces se le agrega lignito importado regularmente de Alemania, en cantidades precisas.

Toneladas binarias

En un primer taller denominado "Toneladas binarias" (barriles de acero de 2 m Ø y 2 m de alto equipados con puerta de acceso, colocados horizontalmente sobre un eje rotatorio que contiene un peso preciso de bolas de bronce puro de aproximadamente 2  cm de diámetro, accionadas por correas) , el carbón vegetal y el azufre se mezclan. El taller está equipado con un número variable de "toneladas", generalmente unas diez.

Después de varias horas de pulverización de los componentes, las toneladas se vacían en un tamiz muy fino y su contenido se almacena en amortiguadores (barriles de plástico).

Nota importante  : a partir del siguiente paso de fabricación, todos los talleres en los que se procesen o almacenen los preparados estarán sujetos a drásticas normas de seguridad para evitar cualquier riesgo de sobrecalentamiento, chispas,  etc. (uso de zuecos de goma, pisos de asfalto que a menudo se mantienen húmedos, uso de herramientas de bronce, madera o aluminio, prohibición formal de fumar o el uso de una llama abierta,  etc. ). La seguridad de los empleados es primordial.

Preparativos

En esta segunda fase, el producto que llega en toneladas binarias se mezcla con el salitre, respetando pesos muy precisos en función de la variedad de polvo a producir. Se observa cierta humedad en esta mezcla añadiéndole un poco de agua. Sin dejar de ser compacta, la mezcla se almacena en contenedores de plástico individuales de 15 a 25  kg .

Estos contenedores se almacenan en un hangar cerrado contiguo a los talleres de preparación.

Muelas

La mezcla procedente del taller de los talleres de preparación entra en su tercera fase de fabricación. Entre 120 y 200 kg de material, se depositan sobre una pista de hierro fundido sobre la que giran alrededor de un eje accionado por correas, dos muelas abrasivas de hierro fundido también, de aproximadamente 1,50  m de diámetro, que pesan varias toneladas (ver foto abajo - en contra).

La mezcla, amasada durante 30 a 50 min por las muelas, se saca en varios trozos de peso variable (tortitas). Estas piezas (tortitas) se distribuyen en los contenedores procedentes de los talleres de preparación y se almacenan en otro galpón cerrado y dedicado, contiguo a los talleres de muelas.

Grenoirs

Las tortas de los talleres de las muelas entran en la cuarta fase de producción. Aproximadamente 100 kg de tortitas se colocan en una tonelada de grenoir (una especie de barril hecho de dos discos de madera rodeados de bronce, de 1,5  m de diámetro, uno de los cuales está equipado con una puerta de acceso en su centro, colocada horizontalmente sobre un eje giratorio 1  m de distancia, encajados en sus circunferencias con una rejilla de acero inoxidable que los une, accionada por correas). En este barril se coloca un peso preciso de bolas de madera ( guayaco ) de unos 10  cm de diámetro. Bajo el efecto de las bolas que rebotan durante la rotación, las tortas se rompen en numerosas partículas que pasan por un tamiz (nailon) de diferentes tamaños según la variedad de polvo producido. Estos granos se recogen al final del tamiz y se almacenan en bolsas de lona (algodón).

Cuando la tonelada de granero se vacía de su contenido, se vuelve a suministrar con tortitas. Esta fase dura de 40 minutos a más de una hora.

Los granos elaborados con las tortas de los talleres de muelas se almacenan en bolsas en otro galpón cerrado y exclusivo contiguo a los talleres de granoir.

Más suave

El polvo, compuesto por los granos producidos en los talleres del granero, llega a su quinta fase de fabricación. Varios cientos de kilos de pólvora se depositan en una tonelada más lisa (una especie de barril de madera con un círculo de bronce, de 1,5  m de diámetro, provisto de una puerta de acceso, colocado horizontalmente sobre un eje rotativo, accionado por correas). A estos granos se les añaden unos cientos de gramos de polvo de grafito antes de cerrar la puerta . Este grafito aumenta la fluidez de los granos y los protege de la humedad.

Los granos provenientes de los talleres de graneros, mezclados durante varias horas (4 a 5 horas), se vierten en un tamiz del tamaño de grano deseado, luego se almacenan en bolsas en otro galpón cerrado dedicado, contiguo a los talleres de granoir. Este tamiz elimina el polvo restante y los granos más grandes.

Secadora

El polvo del taller más suave está entrando en su sexta fase de fabricación. Se colocan varios cientos de kilos de polvo sobre un gran marco de madera (unos 15 m²) cubierto con una lona de algodón, con un grosor de unos diez centímetros. Este polvo se seca con aire calentado a 45  ° C , llegando bajo la lona de algodón durante veinticuatro horas.

La pólvora negra de su última fase de fabricación se almacena en bolsas en otro hangar cerrado y dedicado junto al secador.

Existen algunas variaciones en la fabricación de pólvora negra, no necesariamente pasa por todas las diferentes fases descritas anteriormente. Por ejemplo, la pulverina o el MCHA destinado a la fabricación de pirotecnia o utilizado en canteras de extracción de piedra, no pasan por una fase de secado.

La pólvora así obtenida después de haber pasado por todas estas fases de fabricación, está destinada al envasado, envoltura o fabricación de pellets o cartuchos. Durante las últimas fases de acabado, se toman muestras de pólvora negra para ser analizadas en el laboratorio para determinar todas sus características técnicas así como su nivel de humedad.

Cabe señalar que antes del uso de la electricidad, los diversos talleres de fabricación de pólvora negra funcionaban con energía hidráulica. Cuando se modernizaron los talleres, los ejes de transmisión, que eran accionados por correas, eran accionados por motores eléctricos. Cabe señalar que para su seguridad, todos los trabajadores de la fabricación de pólvora que dirigen los talleres (excepto toneladas binarias y preparaciones), se encuentran, durante el funcionamiento de los talleres, detrás de muros fuertes de más de un metro de espesor. Deben mantener, en invierno y en verano, los suelos húmedos de sus talleres rociándolos regularmente con agua.

Granulación

Las principales diferencias entre los distintos tipos de polvos negros que se pueden encontrar en el mercado radican en su granulometría, lo que le da a cada uno su propia vivacidad. Cuanto más pequeños sean los granos, más "vivo" es el polvo, más rápido se quemará, más rápido se acumulará la presión y viceversa.

Aparté para tiradores deportivos

Cuanto menor sea la diferencia entre los tamaños de grano, cuanto más homogénea sea la pólvora, mayor será la reproducción idéntica de la subida de presión y la velocidad de las balas de un disparo a otro y, por tanto, mayor será la precisión.

De hecho, un polvo heterogéneo, como SNPE Poudre Noire Chasse, contiene granos que van desde FFFFFg (pulverina) a FFg (polvo lento).

Como los granos de diferentes tamaños de grano nunca se mezclan perfectamente en una lata o en una máquina dosificadora, inevitablemente habrá cargas más vivas que otras, lo que generará diferentes presiones y velocidades de las bolas.

La tabla anterior permite visualizar el tamaño de partícula de cada pólvora negra y su clasificación en consecuencia. Se trata de los polvos negros actualmente disponibles en el mercado francés. Los polvos franceses se muestran en gris y los polvos suizos en negro. Se clasifican en orden descendente, según su tamaño medio de partícula. En el fondo, un código de color simboliza la escala de tamaño de partículas estadounidense, de Fg a FFFFg. Por tanto, los polvos se pueden comparar con esta escala y, por tanto, con los polvos americanos.

Esto es particularmente interesante para transponer en Francia, con los PN suizos y franceses, las recomendaciones americanas, que se hacen con sus PN.

Riesgos y peligros

La fabricación, almacenamiento, transporte y manipulación de pólvora han sido fuente de numerosos accidentes.

Además, la pólvora en forma aglomerada asegura agrupaciones deficientes y crea riesgos adicionales durante el uso.

Legislación

En Europa

En Alemania, la pólvora se vende exclusivamente en armerías privadas. Las cantidades aceptadas para la venta son limitadas y es la SNPE la que abastece al mercado alemán [ref. necesario] . Se vende en latas que contienen 500  gokg de polvo, su uso está muy regulado. La ley no le permite tener más de 2  kg en su hogar.

En Francia

En Francia, las leyes son similares: la pólvora negra se vende en latas generalmente de plástico (antiestáticas), las cantidades son similares a las de Alemania.

Categorías

Los tiradores de pólvora en Alemania utilizan dos tipos de pólvora: "alemana" y "suiza". La pólvora negra alemana (PNA) tiene fama de ser menos interesante para disparar que la pólvora negra suiza   Poudrerie d'Aubonne (Vaud), que está mejor dosificada y es más regular.

En Francia, los tiradores también utilizan dos tipos de pólvora: la "francesa" y la "suiza". Los polvos negros franceses (PNF1, PNF2 y PNF4P) son diferentes de los polvos negros suizos en dosificación y tamaño de partícula en uso. El polvo suizo "Poudrerie d'Aubonne (Vaud)" es menos sucio (menos residuos) y un poco más potente [menos salitre (26%), más carbón de pino (37%) y azufre (37%)]. [ ref.  deseado]

Notas y referencias

  1. (en) James Riddick Partington, Una historia del fuego y la pólvora griegos , The Johns Hopkins University Press,
  2. Revista de ciencias militares de los ejércitos de tierra y mar en Google Books
  3. Press kit  " [PDF] , en le-thillot.fr (consultado el 21 de septiembre de 2017 )

Ver también

Bibliografía

Artículos relacionados

enlaces externos

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