El Combustible de nuestras armas

Las pólvoras modernas ¿Sin humo?

Segunda Parte del artículo de Eduardo Julio Rodi para Revista Aire Libre. Lee AQUI la primera parte.

Las Presiones en la recámara del arma de fuego

Es uno de los factores principales a tener en cuenta a la hora de diseñar un sistema arma-cartucho y elegir la pólvora propulsora. Evidentemente la presión máxima generada en el momento del disparo, no debe exceder a la que el sistema es capaz de resistir. Por supuesto, si el problema es el diseño de un arma para un determinado cartucho preexistente, ella deberá soportar hasta una presión de un 30 % superior a la normal. Esto con la idea de tener un margen apreciable de seguridad en el funcionamiento. Ella es la presión con la cual se deben ensayar las armas antes de llegar a manos del usuario (Ensayo de Sobrepresión o de Tormento).

La presión en la recámara de un arma viene determinada por una serie de factores de los cuales, directa o indirectamente, ya nos hemos ocupado. El tipo de pólvora, su cantidad y la densidad de carga; masa, material, forma y longitud de la bala; el calibre, el tipo y paso del rayado, el forzamiento, etc. Pero el desarrollo de una presión excesiva en un arma, en el momento del disparo, puede sobrevenir en no pocas ocasiones, por causas en buena parte ajenas a cuantas hemos señalado y a las que no siempre se le concede la debida importancia. Un ligero exceso en la carga de pólvora, que en condiciones normales no superaría los márgenes de seguridad establecidos, en un cartucho que ha estado expuesto un largo tiempo al sol en un día caluroso, puede ser la causa de un serio accidente.

La Cámara de Combustión

La vaina del cartucho es la cámara donde se produce la combustión de la pólvora y su forma no es caprichosa.

Desde los tiempos de la pólvora negra, las vainas eran prácticamente cilíndricas, con una ligera conicidad que asegurase una fácil extracción y tan largas como era necesario para alojar la carga de pólvora. Su diámetro, muy próximo a la del ánima, quedando asentadas en las recámaras merced a la pestaña que poseían en el culote. La pólvora negra ardía viva e instantáneamente. El único inconveniente que presentaba era la desmesurada longitud de recámara resultante, cuando se proyectaba un arma larga de gran potencia, que debía disparar un cartucho con una vaina de gran longitud.

En el primer empleo de pólvoras sin humo en vainas cilíndricas, diseñadas originalmente para cartuchos de pólvora negra, surgieron los inconvenientes inherentes a la baja velocidad de combustión de estos nuevos propelentes. Sobraba espacio en estas largas vainas y la presión era tan reducida que la combustión de la pólvora resultaba incompleta en el momento en el que la bala abandonaba el tubo cañón. Un incremento en la densidad de carga resultaba prohibitivo por los valores de presión que se alcanzaban. Fue necesario preparar pólvoras sin humo de características similares a las de la negra y un importante acortamiento de las recámaras y vainas.

Estas condiciones iniciales se conservan, actualmente, en los viejos sistemas para arma corta, que tenían su génesis durante la vigencia de la pólvora negra, pero resulta imposible mantenerlos en armas largas de gran potencia. Las recámaras y vainas agolletadas, junto con las modernas pólvoras progresivas sin humo, han resuelto el problema planteado. El tronco de cono de gola que une al cuerpo de la vaina, ligeramente cónico, con el gollete no solo permite lograr una cámara de combustión de volumen ajustado a las necesidades sino que, además, durante la generación de gases estos son retenidos, los hace retroceder en su camino de expansión contribuyendo a mantener los valores de presión acorde a lo necesario, favoreciendo la combustión. Como resultado, las presiones aunque más elevadas son también más uniformes mejorando la velocidad inicial y la presión.

Densidad de Carga.

Es la relación entre la masa de la carga propulsora y el volumen disponible en el interior de la vaina, limitado por el asiento de la bala.

Δ = p/V

Siempre resulta conveniente una elevada densidad de carga con el objetivo de lograr un cartucho compacto y que el oído que comunica el alojamiento de la cápsula iniciadora esté en contacto permanente con el propelente. De esta manera la iniciación de la carga resulta uniforme y con ella, las velocidades. En cartuchos de gran potencia, las mejores densidades de carga son aquellas comprendidas entre el 75 y el 90 %. Alrededor del 50 % como mínimo es una densidad de carga suficiente para la cartuchería de pistola y revólver.

Elevadas densidades de carga en general no ocasionan inconvenientes, si la presión se mantiene en los límites establecidos. Por el contrario, bajas densidades de carga son fuente de innumerables problemas. Según en que parte se acomode la pólvora en el momento del disparo, la ignición resulta irregular, retrasada, fría y en consecuencia la velocidad y precisión se ven alteradas arrojando valores dispares e irregulares. En los casos de tiros de polígono donde se requieren reducidas velocidades para disminuir la cantidad de movimiento que recibe el tirador, las densidades de carga resultan ser muy bajas. En tal caso se recurre al artilugio de rellenar el espacio vacío, colocando entre la pólvora y la bala, un tapón de material combustible (en base a nitrocelulosa). De esta manera el propelente queda confinado y se evita el fenómeno recientemente aludido.

El Tipo del Grano y la Composición Química

Volviendo al tema central que da origen a este trabajo, las propiedades y el comportamiento de las pólvoras modernas, en el interior del sistema arma-cartucho, encuentra su fundamento en que su velocidad de combustión depende de la presión interna del cartucho durante el disparo. Al incremento de esta presión por la compresión de la zona gaseosa generada, le corresponde un aumento de la velocidad de combustión en la superficie del grano de pólvora. En contrapartida, esta velocidad disminuye con la caída de la presión durante el desarrollo de la balística interior.

Los registro balísticos para armas. Un aporte técnico / profesional para los señores legisladores. Por Eduardo Rodi para Revista Aire Libre.

Por lo tanto es necesario y posible, el control de la velocidad de combustión y por ende de la presión de los gases, en función de una adecuada composición química del propelente y de una conveniente forma geométrica de su grano y de la superficie que ello produzca; la denominada función de forma o de Charbonier, balístico francés que profundizó su estudio.

A mayor superficie específica del grano de pólvora, mayor es la cantidad de gases por unidad de tiempo. Otra variable a tener en cuenta es la relación entre la superficie del grano al inicio y al finalizar el proceso. La relación entre la superficie del grano respecto de su volumen, también define el comportamiento funcional de la pólvora; cuanto menor sea la superficie de combustión en relación al volumen, menor será el trabajo mecánico entregado por la pólvora.

En la Figura I podemos analizar como evolucionan estas variables según la forma del grano de que se trate. Si tomamos la pólvora esférica o “ball” (bola), habitualmente empleada en los cartuchos calibre .223 Remington o 5,56 x 45 mm, vemos que el área de combustión (la superficie del grano representada en el eje de ordenadas o vertical en el gráfico) disminuye de manera continua a medida que aumenta la combustión (porcentaje de la masa del grano consumido representado en el eje de abscisas u horizontal). Es una pólvora REGRESIVA.

No sucede lo mismo con la multiperforada. Como vemos en un tramo inicial importante, el área de combustión aumenta debido al agrandamiento de los múltiples ahuecamientos disminuyendo, recién, sobre el final del proceso de combustión. Es una pólvora PROGRESIVA.

Por último si tomamos a la uniperforada, vemos que se mantiene aproximadamente constante hasta casi la consumición total del grano.

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Algunos ejemplos conocidos en nuestro medio. Tenemos a la pólvora denominada A 27 muy utilizada para la recarga de armas largas. De producción normal de la Fábrica Militar Villa María, ubicada en la misma ciudad de la provincia de Córdoba, su grano corresponde al tipo tubular uniperforado. Si bien a simple vista no se aprecia, sin embargo, presenta un ahuecamiento cilíndrico en su interior. En este ejemplo, la superficie a considerar del grano que se está quemando es la exterior, pero también la interior (la del ahuecamiento) Es decir, que en el momento de la combustión, la superficie que está generando gases es superior a la de una pólvora de similares dimensiones, pero sin el ahuecamiento interior. Por otra parte, a medida que avanza la combustión, mientras la superficie exterior del grano disminuye, la superficie del ahuecamiento aumenta (se hace cada vez más grande el agujero). Esto es lo que justifica y da sustento a la fabricación de granos multiperforados donde, como vimos, este fenómeno se magnifica. Como ustedes comprenderán, no resulta sencillo producir pólvoras con esta geometría; y nadie se embarcaría en tal emprendimiento si no se justificaran los logros obtenidos con ello.

A continuación alguna imágenes de microscopio de diferentes tipos de pólvoras en función a la forma y tipo de grano.

Respecto de la composición química, en los comentarios de cada una de las figuras les he mencionado algunos de los componentes que entran en el proceso de formación de este tipo de propulsantes. Sobre esta base, existen dos grandes grupos. Las gelatinosas logradas con solventes volátiles como el fundamento del proceso ideado por Vieille en 1884 y, por otro lado, aquellas fabricadas sin solventes volátiles. En el primer grupo entran todas las pólvoras gelatinosas de simple base (entre las que se destacan las nitrocelulósicas), doble y triple base, formadas por extrusión y mediante el empleo de solventes volátiles. En el segundo, las de doble y triple base cuando se utilizan, para su elaboración, solventes no volátiles o plastificantes. Por medio de laminado con rodillos calefaccionados, se obtiene la gelatinización de la masa que luego se conformará por medio de compresión.

Las nitrocelulósicas o de simple base tienen, como principal componente, a la nitrocelulosa utilizando habitualmente una mezcla del 70 % con alto contenido de dinitrógeno (nitrógeno diatómico o molecular) y un 30 % con bajo porcentaje de este no metal incoloro. Existen las porosas que contienen cloruro de sodio como las nacionales A2, A22, Z50, Z90 y Z2000 de FM Villa María, las densas para armas portátiles sin contenido de cloruro como las A12, A19 y A27 ya mencionada y, por último, las que contienen dinitrotolueno en su formulación y, como la anterior, se encuentra libre de cloruros de sodio.

Un papel fundamental juegan los agentes estabilizantes. Su finalidad es la de fijar químicamente los óxidos de nitrógeno aportados a la cadena molecular de la celulosa los cuales, de no ser retenidos, generan la descomposición de la pólvora, por migración de los grupos nitro. A temperatura ambiente la nitrocelulosa, como todo éster nítrico como la nitroglicerina y la nitroguanidina, tienden a descomponerse con el transcurso del tiempo. Puede llegar el caso extremo de la autocombustión, ya que los primeros vapores nitrosos hacen de catalizador de la reacción.

Un comentario importante para aquellos que se dedican a la recarga de cartuchos. Tener sumo cuidado si se mantiene almacenada pólvora, de realizar periódicamente un control con papel de tornasol para determinar su nivel de acidez. Si el ambiente en el recipiente, se encuentra cargado con valores ácidos, significa que la pólvora ha comenzado a emitir vapores nitrosos. Consultar a un especialista para su necesaria destrucción.

El proceso de fabricación consta de una operación de amasado, utilizando solventes orgánicos como el alcohol y el éter. La masa resultante se somete a un extrudado (como en la vieja máquina de fabricar fideos de la MAMA) tomando forma de cintas, cuerdas o tubos, mediante el empleo de prensas hidráulicas, para luego proceder al corte en la dimensión establecida para cada caso.

Las de tipo porosa, son mojadas por inmersión en agua caliente con el objetivo de solubilizar el cloruro de sodio y eliminar el solvente residual. Luego, se la seca y se la cubre con una película de grafito con la finalidad de mejorar la fluencia y densidad gravimétrica. El grafito, además, mejora su condición disminuyendo la posibilidad de la carga de corrientes electrostáticas.

En las denominadas pólvoras densas, la pasta estrujada luego de cortada es tamizada y secado al vacío eliminando, de esta manera, la mayoría de los solventes residuales. Se las trata superficialmente con grafito y en algunos casos se modifica sus características balísticas mediante el empleo de etilcentralita. Luego, como en el caso anterior se la moja, seca y tamiza nuevamente.

Si a la nitrocelulosa le agregamos la nitroglicerina, estaremos en presencia de pólvoras de doble base o bibásicas. La nitroglicerina gelatiniza a la nitrocelulosa dándole forma de un gel homogéneo. Desempeña el papel de solvente no volátil que permanece en la masa brindándole un elevado contenido energético e importantes valores de velocidad de combustión. Se produce mediante una mezcla de los dos componentes en presencia de agua. Al compuesto acuoso resultante se lo centrifuga y, luego, amasa conjuntamente con los estabilizantes. Posteriormente, por compresión mecánica con rodillos calientes, se gelatiniza. Como en los casos ya analizados, por laminación extrudado y corte, se le brinda las dimensiones finales. Estas pólvoras contienen entre un 25 y 50 % de nitroglicerina con una entrega de calor de entre 800 y 1300 kcal/kg.

Otros tipos de pólvora bibásicas con nitroglicerina, son las denominadas dobles bases en fase solvente. Se diferencia de las anteriores, en su proceso de producción, en el que intervienen la acetona, estabilizantes y aditivos antillanas y modificadores balísticos. Durante la operación de amasado se logra la gelatinización con la presencia de solventes orgánicos. El resto del proceso es similar a lo ya mencionado.

En el desarrollo de estas pólvoras, que originalmente producía la Fábrica Militar Azul, durante mucho tiempo y con un gran esfuerzo personal ha trabajado un viejo Amigo, lamentablemente desaparecido en la década del 1990, el Ing. Rodolfo Garra y con el cual he tenido la satisfacción de colaborar. Mi homenaje a esta bella persona. Hoy se produce en Villa María una sola de las versiones, la denominada UW 2000.

En función de esta experiencia compartida con Rodolfo, hace ya algunos años fui convocado por el entonces Director de la Fábrica Militar ubicada al sur de la provincia de Buenos Aires, con la finalidad de colaborar en el relanzamiento de la fabricación de pólvoras para el mercado civil. Cuestiones mezquinas y miserables de personajes menores, impidieron que esta participación se materializara. Lamentablemente, en los tiempos que corren, el gobierno nacional de una manera inexplicable y a pesar de haberlo negado durante la última campaña electoral, ha decidido su cierre definitivo.

Por último me falta hacer referencia a las denominadas de Triple Base o Tribásicas. En ellas a los dos componentes anteriores, se agrega la nitroguanidina. Interviene en las llamadas “pólvoras frías” (siempre recordemos que este tipo de denominaciones resultan relativas a las características de sus compañeras ya analizadas). Tienen la ventaja de conservar la vida útil del tubo del arma en razón de una temperatura de combustión inferior y menor fuego en boca del arma. Hasta ahora se han utilizado en calibres de artillería, desconociendo si se han comenzado a experimentar en calibres para armas portátiles.

Conclusiones

A lo largo de mi relato, he tratado de realizar una pequeña reseña histórica de los inicios del desarrollo de las pólvoras modernas. Analizado con Ustedes las diferentes etapas de la balística interior, que no tengo dudas conocían, pero de una manera particular detallando los tiempos involucrados en cada etapa. Seguidamente, han podido apreciar la importancia que guarda no solo la composición química de los propulsantes sino, también, su geometría y tamaño de grano. Para finalizar este artículo técnico, espero que a partir de su lectura y comprensión, no resulte un misterio, ni cosa de brujos, el hecho de que apretando la cola del disparador de nuestra arma, se desencadene este maravillo fenómeno de la balística que logra, a veces, colocar al proyectil en el punto exacto donde pretendemos. Caso contrario, recuerden la vieja máxima de autor anónimo: Es el indio, no la flecha”.

Autor: Eduardo Julio Rodi – info@cesbarosario.com.ar

Bibliografía consultada: Ing. Miguel Ángel Rosa – Las Pólvoras sin Humo – Segundo Encuentro de Tiradores Deportivos FM Villa María.

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