Visión científica: características de la explosión en Beirut

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

La trágica noticia de una gran explosión en Beirut, que tomó las primeras líneas de los recursos informativos, plantea interrogantes naturales: ¿cómo pudo haber sucedido esto, qué explotó allí, por qué factores son posibles tales incidentes? Para resolverlo, echemos un vistazo más de cerca a las propiedades del nitrato de amonio y los peligros asociados con él.

¿Qué pasó en Beirut?

En resumen, la situación se ve así: hace seis años, el barco Rhosus entró en el puerto marítimo de Beirut para una reparación no programada. Pertenecía a la compañía de Igor Grechushkin, natural de Khabarovsk. Las autoridades portuarias no liberaron el barco debido a deficiencias en los sistemas de seguridad y documentos de carga. Poco a poco, el equipo salió de Rhosus y su cargamento, que consistía en 2.750 toneladas de nitrato de amonio, fue trasladado a un almacén en el puerto, donde se almacenó durante los siguientes seis años. Las condiciones de almacenamiento resultaron ser insuficientemente confiables, por lo que para restringir el acceso a esta carga se realizaron trabajos de soldadura en el almacén, debido a la inadecuada organización de la seguridad de la cual, posteriormente se encendió la pirotecnia almacenada en el mismo almacén.

Se inició un incendio, apoyado por combustión y fuegos artificiales. Después de algún tiempo, el nitrato de amonio almacenado detonó. La onda de choque de esta explosión causó un gran efecto dañino en las áreas circundantes de Beirut: hoy hay más de 130 personas muertas, y su número sigue creciendo a medida que se descubren más y más cuerpos mientras se desmantelan los escombros de edificios y estructuras. Más de cinco mil personas resultaron heridas.

Fotografías del espacio tomadas por el satélite Kanopus-V. La foto de arriba está fechada el 4 de noviembre de 2019 y la foto de abajo es el día después de la explosión. / © Roskosmos.ru

Una gran cantidad de casas sufrieron daños en diversos grados, la destrucción afectó a la mitad de los edificios en Beirut, unos 300 mil residentes se quedaron sin hogar. Según el gobernador de la capital libanesa, Marwan Abboud, los daños por la explosión se estiman entre tres y cinco mil millones de dólares. Las fotografías desde el espacio del puerto de Beirut, tomadas antes y después de la tragedia, muestran un área de destrucción continua alrededor de toda la zona del puerto. En el Líbano se han declarado tres días de luto.

¿Qué es el nitrato de amonio?

El nitrato de amonio, o nitrato de amonio, es una sal de amonio del ácido nítrico, tiene la fórmula química NH₄NO₃ y consta de tres elementos químicos: nitrógeno, hidrógeno y oxígeno. El alto contenido de nitrógeno (aproximadamente un tercio en peso) en una forma fácilmente asimilable por las plantas hace posible un uso generalizado del nitrato de amonio como fertilizante nitrogenado eficaz en la agricultura.

Como tal, el nitrato de amonio se usa tanto en forma pura como como parte de otros fertilizantes complejos. La mayor parte del salitre producido en el mundo se utiliza precisamente en esta capacidad. Físicamente, el nitrato de amonio es una sustancia cristalina blanca, en forma industrial en forma de gránulos de varios tamaños.

Es higroscópico, es decir, absorbe bien la humedad de la atmósfera; durante el almacenamiento tiene una tendencia al apelmazamiento, la formación de grandes masas densas. Por lo tanto, se almacena y transporta no en forma de masa sólida a granel, sino en bolsas densas y duraderas que no permiten la formación de grandes masas apelmazadas que son difíciles de desprender.

Operaciones de voladura en minas a cielo abierto utilizando nitrato de amonio como parte de explosivos industriales / ©Flickr.com.

El nitrato de amonio es un agente oxidante fuerte. Los tres átomos de oxígeno que componen su molécula constituyen el 60 por ciento de la masa. En otras palabras, el nitrato de amonio es más de la mitad de oxígeno, que se libera fácilmente de su molécula cuando se calienta. La descomposición térmica del nitrato ocurre en dos formas principales: a temperaturas por debajo de los 200 grados, se descompone en óxido de nitrógeno y agua, y a temperaturas de aproximadamente 350 grados y más, el nitrógeno y el oxígeno libres se forman simultáneamente con el agua. Esto separa el nitrato de amonio en la categoría de oxidantes fuertes y predetermina su uso en la producción de varios explosivos, que requieren un agente oxidante.

Nitrato de amonio: un componente de explosivos industriales

El nitrato de amonio se incluye en muchos tipos de explosivos industriales y se usa ampliamente en esto, principalmente en la industria minera. El hombre aún no ha inventado nada más eficaz que una explosión para destruir rocas. Por tanto, casi cualquier trabajo con ellos se basa en una explosión: desde la minería en las minas hasta los cortes a cielo abierto y la explotación de canteras.

La industria minera consume una gran cantidad de explosivos, y cada empresa minera o mina de carbón siempre tiene su propia planta para la producción de explosivos, que se consumen en grandes cantidades. La relativa baratura del nitrato de amonio hace posible su uso para la producción en masa de varios explosivos industriales.

Y aquí podemos notar la asombrosa amplitud de la formación de sistemas explosivos por nitrato de amonio. Mezclando nitrato con literalmente cualquier sustancia combustible, puede obtener un sistema explosivo. Las mezclas de nitrato con polvo de aluminio ordinario forman amonios, que por lo tanto se denominan nitrato de AMONIO - ALUMINIO. El 80% de la masa de amonio es nitrato de amonio. Los amonales son muy efectivos, son buenos para detonar rocas, ciertas variedades se llaman amonales de roca.

Explosión masiva durante las operaciones mineras / © Flickr.com.

Si impregna nitrato con combustible diesel, obtiene otra clase de explosivos industriales: las igdanitas, que llevan el nombre del Instituto de Minería, el Instituto de Minería de la Academia de Ciencias de la URSS. El salitre es capaz de formar mezclas explosivas al ser impregnado con prácticamente cualquier líquido inflamable, desde aceite vegetal hasta fuel oil. Otras clases de explosivos a base de nitratos usan aditivos de varios explosivos: por ejemplo, las amonitas (estos no son solo cefalópodos fósiles) contienen TNT o RDX. En su forma pura, el nitrato de amonio también es explosivo y puede detonar. Pero su detonación es diferente a la detonación de explosivos industriales o militares. ¿Qué exactamente? Recordemos brevemente qué es la detonación y en qué se diferencia de la combustión ordinaria.

¿Qué es la detonación?

Para que comiencen las reacciones de combustión en las sustancias combustibles, los átomos del combustible y el oxidante deben liberarse y acercarse hasta que se formen enlaces químicos entre ellos. Liberarlos de las moléculas en las que están contenidos significa destruir estas moléculas: esto hace el calentamiento de las moléculas a la temperatura de su descomposición. Y el mismo calentamiento une los átomos del combustible y el oxidante para la formación de un enlace químico entre ellos, para una reacción química.

En la combustión normal, llamada deflagración, los reactivos se calientan mediante la transferencia de calor normal desde el frente de la llama. La llama calienta las capas de la sustancia combustible y, bajo la influencia de este calentamiento, las sustancias se descomponen antes del inicio de las reacciones de combustión química. El mecanismo de detonación es diferente. En él, la sustancia se calienta antes del inicio de las reacciones químicas debido a una compresión mecánica de alto grado; como saben, bajo una fuerte compresión, una sustancia se calienta.

Dicha compresión produce una onda de choque que pasa a través de la pieza explosiva detonante (o simplemente el volumen, si un líquido, una mezcla de gases o un sistema multifásico detona: por ejemplo, una suspensión de carbón en el aire). La onda de choque comprime y calienta la sustancia, provoca reacciones químicas en ella con la liberación de una gran cantidad de calor y es alimentada por esta energía de reacción liberada directamente en ella.

Y aquí la velocidad de detonación es muy importante, es decir, la velocidad de la onda de choque que atraviesa la sustancia. Cuanto más grande es, más potente es el explosivo, la acción explosiva. Para los explosivos industriales y militares, la velocidad de detonación es de varios kilómetros por segundo, desde aproximadamente 5 km / seg para amoniales y amonitas y 6-7 km / seg para TNT hasta 8 km / seg para RDX y 9 km / seg para HMX. Cuanto más rápida es la detonación, mayor es la densidad de energía en la onda de choque, más fuerte es su efecto destructivo cuando sale de los límites de la pieza de explosivo.

Si la onda de choque excede la velocidad del sonido en el material, lo aplasta en pedazos; esto se llama acción explosiva. Es lo que rompe el cuerpo de una granada, un proyectil y una bomba en fragmentos, aplasta rocas alrededor de un pozo o pozo lleno de explosivos.

Con la distancia de una pieza de explosivo, la potencia y la velocidad de la onda de choque disminuyen, y desde una cierta distancia corta ya no puede aplastar la sustancia circundante, sino que puede actuar sobre ella con su presión, empujar, arrugar, dispersar, lanzar, lanzar. Tal acción de presionar, aplastar y arrojar se llama alto explosivo.

Características de la detonación del nitrato

El nitrato de amonio industrial sin aditivos que formen explosivos, como señalamos anteriormente, también puede detonar. Su velocidad de detonación, a diferencia de los explosivos industriales, es relativamente baja: alrededor de 1,5-2,5 km / seg. La propagación de la velocidad de detonación depende de muchos factores: la forma de los gránulos del salitre, qué tan apretado están comprimidos, cuál es el contenido de humedad actual del salitre y muchos otros.

Por lo tanto, el salitre no forma una acción explosiva, no aplasta los materiales circundantes. Pero el efecto altamente explosivo de la detonación del nitrato produce bastante tangible. Y el poder de una detonación particular depende de su cantidad. Con grandes masas explosivas, el efecto altamente explosivo de la explosión puede alcanzar una destructividad de cualquier nivel.

Secuelas de la explosión en Beirut / © "Lenta.ru"

Hablando de detonación, notamos un punto más importante: cómo comienza. De hecho, para que una onda de choque de compresión atraviese el explosivo, debe ser lanzada de alguna manera, creada con algo. El simple hecho de encender una pieza de explosivo no proporciona la compresión mecánica necesaria para iniciar la detonación.

Entonces, en pequeños trozos de TNT, prendidos al fuego con un fósforo, es muy posible hervir té en una taza: arden con un silbido característico, a veces fuman, pero arden silenciosamente y sin explosión. (¡La descripción no es una recomendación para hacer té! Aún es peligroso si las piezas son grandes o están contaminadas). Para activar la detonación, necesita un detonador, un dispositivo pequeño con una carga explosiva especial insertada en el cuerpo principal de explosivos. La explosión de un detonador, firmemente insertado en la carga principal, lanza una onda de choque y detona en ella.

¿Qué pudo haber causado la detonación?

¿Puede la detonación ocurrir espontáneamente? Quizás: la combustión ordinaria es capaz de convertirse en detonación cuando se acelera, con un aumento de la intensidad de esta combustión. Si enciende una mezcla de oxígeno con hidrógeno, un gas explosivo, comenzará a arder silenciosamente, pero a medida que el frente de la llama se acelera, la combustión se convertirá en detonación.

La combustión de sistemas de gas multifase, como todo tipo de suspensiones y aerosoles, que se utilizan en municiones para una explosión volumétrica, rápidamente se convierte en detonación. La combustión del propulsor también puede convertirse en detonación si la presión en el motor comienza a aumentar rápidamente, de una manera fuera de diseño. Un aumento de presión, aceleración de la combustión: estos son los requisitos previos para la transición de la combustión ordinaria a la detonación.

Además, los catalizadores de combustión pueden ser varios aditivos, contaminantes, impurezas, más precisamente, ellos o sus componentes, que contribuirán a la transición local a la detonación. Es más probable que detonen municiones oxidadas y oxidadas si el explosivo está adyacente a la sección oxidada del casco. Son muchos los matices y puntos en el inicio de la detonación que omitiremos, así que volvamos a la pregunta: ¿cómo pudo detonar el salitre en el almacén?

Y aquí es obvio que la pirotecnia podría desempeñar perfectamente el papel de detonador. No, apenas una pólvora silbante provocó la detonación del salitre con su fuerza de humo con chispas. Pero el video captura numerosos brotes masivos que brillan en el humo del fuego antes de la explosión del salitre. Se trata de pequeñas explosiones de una dispersión de componentes pirotécnicos de fuegos artificiales. Sirvieron como un comienzo detonante obvio. No, no eran detonadores industriales.

Pero en condiciones de fuego, calentamiento de grandes superficies de salitre con una llama y la masividad de miles de operaciones pirotécnicas ocurriendo, estos cohetes pirotécnicos probablemente fueron introducidos en la superficie calentada del salitre con más explosiones en salitre caliente. En algún momento, se produjo su detonación bajo tal impacto, y se extendió a toda la gama de salitre almacenado.

Es difícil analizar más eventos en detalle sin información detallada y un estudio del lugar de la explosión. No se sabe hasta qué punto se detonaron las 2750 toneladas. La detonación no es un comienzo absoluto que siempre ocurre como está escrito en papel. Sucede que las briquetas de TNT apiladas no detonan todas: algunas de ellas simplemente se dispersan hacia los lados, si no se toman medidas confiables para transferir la detonación entre ellas.

Después de explosiones masivas de rocas, cuando se explotan cientos y miles de pozos llenos de explosivos (se pueden equipar con explosivos durante todo un mes), después de que se asienta una nube de polvo, solo los especialistas primero siempre ingresan a la zona de explosión e inspeccionan lo que explotó. y lo que no explotó. También recogen explosivos sin detonar. Lo mismo ocurre con el salitre en un almacén en el puerto de Beirut: es difícil determinar la integridad de la detonación de la explosión de toda la masa de salitre, pero está claro que fue bastante grande.

Características de la explosión en Beirut

La imagen misma de la explosión se corresponde bien con la detonación del nitrato. Una gran columna de humo marrón rojizo después de la explosión es un color típico de la nube con óxidos de nitrógeno rojos, que se liberan en grandes cantidades durante la descomposición del nitrato en la explosión. Debido a la baja velocidad de detonación del nitrato, no se produjo una acción de trituración masiva.

Por lo tanto, no se formó un gran cráter en el lugar de la explosión: los materiales de los muelles y la cubierta de concreto del suelo de los almacenes no se detallaron, por lo tanto, no se tiraron. Debido a esto, no hubo bombardeo de la ciudad con piezas volando desde el área de la explosión, y el alto sultán de piezas voladoras y fragmentos formados por la explosión no se elevó por encima del lugar de la explosión.

Una columna de humo, coloreada por las emisiones de óxidos de nitrógeno durante la descomposición del nitrato de amonio / © dnpr.com.ua.

Al mismo tiempo, la abundante liberación de productos de combustión gaseosos (vapor de agua, óxidos de nitrógeno) dio al cuadro de la explosión las características de una explosión volumétrica. Además de una onda de choque que pasa rápidamente, lo suficientemente poderosa y visible como una pared de niebla rápida, el tiroteo muestra una pared que se acerca de gases de explosión en expansión, mezclados con polvo y que se elevan desde la superficie de la tierra en un acercamiento rápido. Esto es típico de explosiones de grandes volúmenes con una velocidad de detonación baja.

La naturaleza del daño a los edificios con una alta probabilidad mostrará que se vieron afectados no solo por la onda de choque en sí, poderosa, pero a corto plazo, sino también por una exposición más prolongada a la corriente de gas y aire en expansión dispersada desde el área de explosión.

Explosiones de nitrato a Beirut

Las explosiones de fertilizantes a base de sales de ácido nítrico han ocurrido antes, son bien conocidas, hay muchos casos de este tipo en la historia. Entonces, el 1 de septiembre de 2001, en Toulouse, en la planta de fertilizantes de la empresa Grande Paroisse, explotó un hangar, en el que se detonaron 300 toneladas de nitrato de amonio. Aproximadamente 30 personas murieron, miles resultaron heridas. Muchos edificios de Toulouse sufrieron daños.

Anteriormente, el 16 de abril de 1947, hubo una explosión de 2,100 toneladas de nitrato de amonio a bordo del barco "Grancan" en el puerto de Texas City, Estados Unidos. Fue precedido por un incendio en el barco, una situación similar y una secuencia de eventos. La explosión provocó incendios y explosiones en barcos e instalaciones de almacenamiento de petróleo cercanas. Cerca de 600 personas murieron, cientos desaparecieron y más de cinco mil resultaron heridas.

El 21 de septiembre de 1921, 12 mil toneladas de una mezcla de sulfato de amonio y nitrato de amonio explotaron en la planta química de BASF cerca de la ciudad de Oppau en Baviera. Una explosión de tal poder formó un enorme cráter, dos aldeas más cercanas fueron borradas de la faz de la tierra y la ciudad de Oppau fue destruida.

Explosiones catastróficas de nitrato de amonio con gran destrucción y numerosas víctimas ocurrieron en 2004 en la ciudad norcoreana de Ryongcheon; en 2013 en la ciudad de West en Texas, USA; en 2015 en la ciudad portuaria de Tianjin en China. Y la lista continúa.

Desafortunadamente, el nitrato de amonio, con todas las enormes ventajas que aporta a una persona, sigue siendo un objeto peligroso que requiere el cumplimiento de una serie de requisitos de seguridad en su manipulación. Y el descuido o la negligencia pueden causar nuevas tragedias, cuya prevención requiere endurecer las reglas para el manejo del salitre y aumentar la responsabilidad de su cumplimiento e implementación.