Episodio III. Temas de recarga. Detónica. Ondas de Hugoniot (o el famoso kabomm).
Por: Eduardo Julio Rodi para Revista Aire Libre.
En este artículo trataré de realizar un aporte a todos aquellos amantes de la recarga deportiva que intentan, de alguna manera, reducir los costos de lo que significa adquirir la munición de fábrica. Ello, para satisfacer la demanda de cartuchos que implica la práctica de su deporte de elección. También, y en particular, para aquellos que lo realizan por el gusto de experimentar nuevas cargas y diferentes variantes de la balística.
Hace algunos años ya, me encontraba trabajando junto con un equipo de colaboradores, en un informe técnico respondiendo al requerimiento de un cliente. Este caso tenía relación con un incidente en el que se encontraba involucrado un fusil argentino, el conocido FAL, siendo la munición también de producción nacional. Veamos los detalles resumidos del caso.
En una importante ciudad del interior del país, en la escuela de formación de una de nuestras FF AA., durante el desarrollo de una práctica de tiro de capacitación se produce un encasquillado con rotura de vaina e inutilización momentánea del arma.
Se nos entrega para análisis el arma y la vaina perteneciente al cartucho que participó en la falla. De ese ejemplar podemos observar dos imágenes en la siguiente figura.
En ella se aprecia la rotura en la zona del culote. En el resto del cuerpo no se observaron signos de debilitamiento o estricción del material. Se comprobaron las dimensiones de espacio de cabeza (headspace), diámetro de boca y espesor de fondo encontrándose en todos los casos, dentro de especificación.
Podemos apreciar la zona crítica por donde se origina la rotura. Como vemos se trata del límite definido por el espesor de culote de la vaina (de 4.35 mm como mínimo) y de su espesor de pared. Respecto del funcionamiento del sistema arma-cartucho y, desde el punto de vista de la sección resistente, nos encontramos en la zona crítica entre el respaldo de la recámara del arma y la resistencia mecánica del material del fondo de la vaina soportada, además, por el cerrojo del fusil, según observamos en la siguiente imagen.
Por último en la próxima imagen, resulta visible la falta de una importante cantidad de material en la zona donde se produce la falla. A tal punto que se comunican la cámara de combustión con el alojamiento de la cápsula iniciadora, por el lateral de la perforación del oído que relacionan ambas geometrías.
Finalizadas las observaciones estructurales y controles de las dimensiones que podrían generar este tipo de fenómeno, y teniendo en cuenta que no se hallaban posibles causas que justificaran su ocurrencia, se procedió a seccionar la vaina por su eje axial, separándola en dos mitades. En la observación posterior, se logró determinar el origen de la falla.
En la siguiente se logra observar claramente una fisura longitudinal, que llega aproximadamente hasta los 12 mm a partir del culote y que tiene su origen en la zona donde se produce la falla.
Y veamos otras de la misma zona en la siguiente imagen.
Resulta evidente que el fleje de latón 70/30, del cual se parte para realizar todo el proceso de embutido, estirado y prensado, poseía una discontinuidad (inclusión extraña) la cual se fue desplazando hacia arriba conforme avanzaba el proceso de deformación plástica mencionado. En la zona del culote se disimula, en razón del importante prensado del material producido cuando se realiza el alojamiento de la cápsula. Luego, en el momento de mayor solicitación durante el disparo, se encamina la falla debido al debilitamiento originado en la discontinuidad, filtrándose una corriente importante de gases a elevadísima temperatura, generando luego el colapso del sistema.
Este incidente fue originado por un defecto de la materia prima utilizada en la producción de la vaina.
Lee también del mismo autor: Destruyendo mitos, las balas de teflón
Cabe destacar, que el sistema arma-cartucho resulta ser un complejo mecanismo en el cual, cada uno de sus componentes cumplen una función desde el punto de vista de la resistencia mecánica. Si algunos de ellos fracasan en la tensión que debe soportar, el resto tendrán que hacerse cargo de una parte de la solicitación. Es necesario recordar, además, que la resistencia de la vaina no está en capacidad de absorber por si sola, las presiones en juego. Necesita que el resto de los componentes del sistema cumplan con su función.
Luego de este relato resulta conveniente transcribir un párrafo contenido en el Tratado de Cartuchería del Coronel Doctor Ingeniero Lanza Gutiérrez, el que considero fundamental para poner las cosas en su justa medida, cuando de procesos productivos se habla.
Por otra parte, es conveniente que intente razonar con base estadística. Tanto las armas como las municiones se fabrican en grandes series; sus elementos, sus órganos, sus mecanismos y sus conjuntos terminados, se controlan por métodos estadísticos; en un campo donde es imprescindible que la ley de los grandes números se cumplan y que, sin perder jamás de vista esta ley, se observe, se examine, se analice, se ensaye, se determine, se juzgue. Un caso jamás hará ley.
Luego de presentado este informe a la Fuerza Armada involucrada un profesional, oficial de dicha Fuerza, me plantea una duda respecto de las conclusiones que, en él, se expresaban.
Efecto de Explosiones Secundarias
Fundamentado en una teoría que resulta común encontrar en manuales de recarga (Secondary Explosion Effect, S.E.E.), el planteo de esta persona era que de haber surgido algún inconveniente durante la carga del cartucho, y la cantidad de pólvora desalojada dentro de la vaina fuese mucho menor que la habitual y correcta, el cartucho en particular quedaría con una cámara de combustión semivacía y una densidad de carga inferior a la recomendada. Según los defensores de esta teoría, si a esta situación se le agrega el condimento de una pólvora de quemado lento (menor vivacidad) se forma una mezcla que, en este caso, le cabe el viejo dicho: “cóctel explosivo”.
Como les mencionaba este fenómeno se encuentra citado en varios libros de recarga sin brindar en mayor grado una explicación cabal de su desarrollo. También en muchos artículos de publicaciones, generalmente dirigidas al mismo medio, se lo menciona generando una interminable controversia entre los ocasionales participantes de los correos de lectores y foros de discusión en internet.
Teniendo en cuenta esto, me aboqué al estudio con detenimiento de la posibilidad de existencia de este caso.
Recurriendo a las Fuentes de Origen
Pues bien, si en el medio de los recargadores se encuentran las menciones más recurrentes respecto de este tema, a ese mismo medio recurrí en primer lugar.
Existe una gran cantidad de manuales dirigidos al mercado de la recarga. Sin duda al ser los Estados Unidos de Norteamérica el país en donde con mayor intensidad se desarrolla esta actividad, esta bibliografía tiene ese mismo origen. Entre algunos de los más conocidos podemos mencionar el Speer Reloading Manual, el Hornady Handbook y el Lyman Reloading Handbook. En este último, a mi juicio de lo más completo y riguroso en cuanto a las opiniones vertidas, en la pag. 442 de su edición n° 46 menciona:
“Bajo ciertas condiciones, cargas reducidas pueden producir problemas. Este fenómeno tiene un término popular “detonación”, y nunca ha sido explicado satisfactoriamente. No obstante, evidencia que existe, bajo ciertas condiciones las cargas reducidas pueden hacer crecer enormemente la presión. Entonces el lector debe tener precaución cuando quiere reducir las cargas sugeridas. “
En nuestro país no hay abundante bibliografía dedicada a la recarga de cartuchería de pequeño calibre. Solamente existe un libro muy difundido, me refiero al Segundo Manual Argentino de Recarga de Abel Domenech. Entonces, que mejor que recurrir a Don Abel y a su Manual. En la página 218 de los apéndices, y bajo el título Otras Causas de la Elevación de la Presión, el autor expresa textualmente
“También deben tenerse precauciones con cargas reducidas, y muy por debajo de las cargas habituales para determinado cartucho. Especialmente en vainas de mucho volumen interno, y con una carga muy pequeña de cantidad de pólvora, se han verificado efectos denominados detonaciones, de peligrosas consecuencias, y en las que los expertos no han podido determinar con certeza sus causas (usualmente atribuidas a una probable onda de resonancia interna, provocada por el gran espacio vacío del interior de la vaina).”
Interrogado al respecto Abel me confiesa que en realidad, él no registraba experiencias de este tipo; que solamente había escuchado hablar, en el medio de los tiradores, abocados a la recarga de sus propios cartuchos, sobre extraños casos de explosiones sin explicación aparente. Por otro lado, me comenta que recordaba haber leído en algunos artículos con relación a hechos atribuibles a “detonaciones”.
Como luego de la lectura y estudio del contenido de estos documentos no se logra extraer las razones de este fenómeno, fundamentadas en evidencias objetivas, teniéndolos en cuenta como un aporte de experiencias vividas por los autores, trataremos de encontrar los fundamentos científicos que justifiquen su ocurrencia. Para ello definiremos algunos de los términos empleados en los testimonios recogidos para que todos los lectores conozcan de qué estamos hablando.
Definiciones.
A continuación, definiremos algunos conceptos sobre los cuales podremos fundamentar la búsqueda planteada.
Deflagración. Se denomina de esta manera al proceso de combustión inter o intramolecular (entre o dentro de la molécula según se trate de una mezcla o una especie química) sin aporte alguno de oxígeno u otro comburente externo. El fenómeno se caracteriza porque se inicia a una temperatura de inflamación particular de la sustancia y de la geometría de la muestra. Se propaga por conductividad térmica en el medio con una velocidad de combustión o deflagración que depende, casi linealmente, de la presión y es del orden de 1 (un) m/seg. Es el caso de la evolución de la combustión de la pólvora en un disparo con un arma de fuego.
Detonación. Este término se aplica a una onda de combustión que viaja a velocidad supersónica, siendo el proceso de combustión inducido por una onda de choque. En otras palabras, es el proceso de combustión inter o intramolecular caracterizado porque su propagación se realiza por medio de una onda o frente de onda de choque con una elevada velocidad que supera los 3000 (tres mil) m/seg. Ella no depende de la presión sino tan solo de la energía liberada por la misma reacción química.
Justamente la distinción fundamental entre la última definición de detonación respecto de la deflagración, corresponde a la diferencia entre un explosivo propulsante (deflagración de las pólvoras) de uno rompedor (detonación) como pueden ser el TNT (trinitrotolueno), el exógeno o la pentrita, entre otros.
Densidad de Carga. Es la relación entre el peso de la carga propulsora P y el volumen interior de la vaina V, limitado por la posición relativa del culote del proyectil.
Δ = P / V
Para aprovechar al máximo la energía del iniciador, en su tarea de comenzar la combustión de la pólvora, en el caso de bajas densidades de carga y para evitar variaciones en la balística exterior (dispersiones en la velocidad del proyectil), ocasionadas en irregularidades de la interior, se emplea el artilugio que se aprecia en la siguiente imagen.
Un tapón de material combustible (material logrado sobre la base de la celulosa) rellenando el espacio vacío y acomodando los granos de pólvora contra el fondo de la vaina y cercano a la llama de la cápsula iniciadora.
Ondas de Hugoniot. A pesar de que cuando se analizan los problemas primarios de la balística interior, se asumen determinadas realidades que resultan de una simplificación para favorecer su estudio, la realidad nos marca que la combustión no es instantánea y mucho menos se realiza por capas paralelas del grano de pólvora que se está quemando. Además, la masa de gases que se genera durante la deflagración produce una presión que, por su evolución, no resulta estática ni uniforme sobre el culote de la bala. Cuando comienza el ciclo con la percusión, y la detonación de la sustancia iniciadora generando el inicio de la combustión de la pólvora, la primera onda de gases llega a la base de la bala. Esta permanecerá estática y por ende, aquellos rebotaran con dirección opuesta hacia la base interior de la vaina. A medida que la presión crece, por la generación de nuevos gases, llegará el momento en que el proyectil vencerá su inercia y comenzará a moverse a una velocidad aun menor que la de esa producción por parte de la pólvora y su descomposición.
En consecuencia, se repite el ciclo y las nuevas ondas rebotaran. Pero en su camino inverso, se encontraran con la masa de gases que, habiendo chocado con el fondo de la vaina, comenzaran el camino de retorno hacia el proyectil. Esto genera una modificación permanente de la ley que gobierna su movimiento, hasta el momento en que su velocidad supera a la de la masa gaseosa. Estas ondas, denominadas de Hugoniot en honor al físico y balístico francés que las estudió (Pierre Henri Hugoniot 1851-1887), hacen avanzar al proyectil por impulsos separados de períodos de estabilidad. En consecuencia constituyen una vena gaseosa fluida, que es recorrida por ondas que transportan energía sobre el fondo de la vaina y del proyectil.
Los que han tenido la paciencia de leer algunos de mis artículos publicados al respecto en Aire Libre, recordarán una comparación que habitualmente utilizo -y que no me pertenece- entre el sistema arma-cartucho y una máquina térmica. Por ejemplo con un motor a explosión. El profesor List de la compañía AVL de Austria, lo define con la siguiente expresión: “la diferencia entre un motor a explosión y un arma, radica en que en éstas el pistón nunca regresa”. ¿Resulta necesario aclarar cuál es el pistón?
En el estudio del ciclo tecnológico del motor a explosión, también se encuentran presentes las hondas de Hugoniot y son de aplicación habitual en el desarrollo de los nuevos motores. Seguramente, esta fue una de las razones por las cuales la compañía que fundó List, se haya dedicado originalmente al desarrollo de motores diesel para, luego, ser una de las empresas más reconocidas por el diseño de equipos para la metrología balística.
Conclusiones.
En el motor de nuestro sistema, el combustible es la pólvora. Ella tiene almacenada una energía química que se convertirá en mecánica con el movimiento del proyectil. Esa energía no es mayor o menor, es la que es y no existe otra posibilidad.
En 1847, el físico James Prescott Joule enuncia el Principio de Conservación de la energía. En él se establece que “la energía no se crea ni se destruye, se transforma”. Esto quiere decir, que la energía puede transformarse de una forma a otra, pero la cantidad total de energía siempre permanece constante.
Los registro bal�sticos para armas. Un aporte t�cnico / profesional para los se�ores legisladores. Por Eduardo Rodi para Revista Aire Libre.
Por esto y con el objetivo de ser claro en la definición respecto de la realidad de la existencia de este fenómeno, además de la definición técnica del análisis teórico expresado, a la luz del conocimiento y experiencia adquirida durante más de cuarenta y seis años trabajando en balística y, particularmente del aporte de reconocidos laboratorios balísticos, los dos más importantes del país en función a la cantidad de cartuchos ensayados y a través del testimonio de sus principales responsables. En el exterior, el H.P. White Laboratory de los EEUU y la FN Herstal de Bélgica, todos ellos consultados específicamente sobre este tema, y cuyas evidencias cuento en mi poder, diría que no se ha encontrado un solo fundamento como para afirmar la aparición de detonaciones durante el desarrollo de la balística interior de las armas portátiles.
Por supuesto, la discusión está abierta y escucho todas aquellas opiniones fundadas con evidencias objetivas en contrario, las que pueden hacer llegar al correo info@balisticacesba.com.ar .
Mientras tanto, muchas gracias, sigan disfrutando sin miedos pero con precaución, conocimiento y seguridad de sus recargas, que yo me despedido hasta nuestro próximo encuentro a través de Aire Libre.
(*) Experto en armamento. Coordinador académico Centro de Estudios Balísticos Rosario. IGT 1040. info@cesbarosario.com.ar
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