Pólvoras y propelentes de quemado progresivo

Generar fuego, modelar la piedra, trabajar la madera, descubrir la rueda, desarrollar la agricultura, unirse en sociedades organizadas.

Todo lo anterior, en su momento marco un antes y después desde que el ser humano habita este planeta. Muchos de estos puntos de inflexión produjeron cambios positivos en el desarrollo del hombre y otros sacaron a la luz los peores instintos. Pero para bien o mal todo fue cambio, y nos modifico, nos moldeo la vida que actualmente llevamos, a los que caminamos erguidos.

El fuego se utilizo desde casi el principio como medio para darnos luz de noche, protegernos de animales más fuertes pero menos inteligentes que nosotros y proveer calor en climas fríos. Estar sentado en frente de una fogata generaba el ambiente propicio para que los humanos intercambiasen ideas, primero por señas y luego a través del lenguaje que en ese mismo lugar se creo y con el tiempo se perfecciono.

Paso el tiempo, y el hombre comenzó a preguntarse como hacer para que el fuego que tenia delante pudiera llegar a una determinada distancia y producir un trabajo, ya sea que este fuera para provocar placer o destrucción.

Ejemplos de destrucción son el fuego griego, o las flechas encendidas y enviadas a distancia, mientras que los fuegos artificiales son ejemplos de la utilización del fuego con fines placenteros y pacíficos.

Y precisamente para poder lograr este ultimo fin, es que la capacidad de inventiva humana, sumada a la curiosidad y luego de un periodo prolongado de tiempo, encontraron la manera de contener una cantidad de fuego que proveyera energía en un pequeño espacio, descubrieron como utilizar esa energía para dirigirla hacia donde se desea y al mismo tiempo provocar un efecto deseado.

Y esto se logró solo a partir de la invención de la pólvora, que al igual que los hitos que menciono al principio de estas líneas, para bien y para mal, marco un antes y un después en la historia de la humanidad.

La intención principal de este artículo es describir algunas de las características más destacables de las pólvoras que hoy en día utilizamos con fines militares o deportivos. De ningún modo describiré mas historia de lo mínimo indispensable. Por otro lado, en ningún lugar del planeta hay un consenso sobre quien, como y donde se invento la pólvora, por lo tanto no quiero ni pretendo ser yo quien pueda afirmar categóricamente semejante tema.

¿Cómo llegamos hasta hoy?

Se le atribuye a un monje ingles llamado Rodger Bacon el descubrimiento de la pólvora en los primeros años del siglo XII. En realidad, Bacon, además de religioso (lo que le otorgaba cierta ventaja con respecto a la plebe, ya que sabia leer y escribir), era alquimista (una profesión muy de moda en aquellos días), y no es de extrañar que la experimentación química que tenia como objetivo la creación de oro, haya sido el punto desde el cual se llego a la pólvora.

Pero también se habla de que China es la cuna de la pólvora, ya que es de allí de donde provienen los primeros registros históricos del uso practico de la pólvora, o algún compuesto similar, como son los antepasados de lo que hoy conocemos como fuegos de artificio.

Por lo tanto, sea cual sea la verdad, y a pesar de que algunos escritores e historiadores han afirmado que tal o cual persona, en tal región han sido los inventores de la pólvora, no existe un consenso general sobre esto. Se cree como probable, que la pólvora se desarrolló a lo largo de un periodo de tiempo, en diferentes lugares del globo, por gente que no se conocía entre sí, que compartían las mismas inquietudes, o bien que al realizar experimentos químicos con el fin de lograr un objetivo determinado, llegaron a desarrollar pólvora, por accidente. De lo que sí se tiene consenso es la época aproximada de creación; los comienzos del siglo XII d.c.

No se tardo mucho tiempo en descubrir que las propiedades de propulsión de este compuesto podían servir para llevar energía a la distancia, y así provocar un trabajo. A partir de los primeros diseños de armas que utilizaban a la pólvora como propelente hasta hoy, un largo camino se ha recorrido, en el cual no quiero entrar en tema por no ser motivo de este articulo.

En comparación con los primeros registros documentados de uso de la pólvora, el periodo en el que nos encontramos hoy en día, en el uso de los modernos propelentes, es relativamente corto.

Por poco menos de 600 años, la pólvora original casi no había sufrido cambios en su composición. Los sistemas de armas evolucionaron, hasta llegar a un punto en donde no se podía mejorar mas las prestaciones, debido a que las cualidades y prestaciones que puede entregar la pólvora llegaron a un pico máximo, que no permitía evolución alguna.

El descubrimiento de los propelentes que reemplazaran a la pólvora nació de la mano de la desesperación, y del instinto humano de prevalecer sobre sus semejantes aunque para ello deba exterminarlo.

La guerra Franco-Prusiana había terminado. Los ejércitos de la República Francesa habían sido derrotados. Pero como sucede en todas las guerras, los vencidos en batalla que no se han rendido en su ser interior buscaron los medios necesarios para continuar la lucha.

Sobre cerca de la mitad de la década de 1880, un químico francés de apellido Vieille busco la manera de perfeccionar un descubrimiento que vio la luz hacia mediados de la década de 1840: la nitrocelulosa.

La nitrocelulosa es la combinación de la celulosa obtenida a partir de algodón o fibra vegetal con ácido nítrico, obteniéndose un compuesto con alta energía residente. Sin embargo, el problema de la nitrocelulosa no estaba en su energía en sí, sino en como controlarla dentro de un arma sin que se produzca la destrucción de la misma.

Así que el logro de Vieille fue desarrollar un compuesto que controle la velocidad de combustión de la nitrocelulosa. Luego de mucha prueba y error, lo que básicamente hizo Vieille fue tomar la nitrocelulosa y someterla a la acción de un potente solvente formado por Eter y Alcohol, obteniendo una masa homogénea que dejo secar, y luego le dio una forma conveniente para lograr la velocidad de combustión buscada. Por tratarse de una sustancia cuyo componente principal es uno solo (la nitrocelulosa) a este tipo de propelentes se lo denomina como de Base Simple.

Poco después de la experiencia de Vieille, el sueco Alfred Nobel (el mismo del premio que lleva su apellido), tomo a la nitrocelulosa y reemplazo los solventes de éter y Alcohol por una solución basada en una sustancia creada casi al mismo tiempo que la nitrocelulosa, y que él había usado como base para crear la dinamita: la nitroglicerina.

Al reemplazar un solvente volátil pero no explosivo por otro explosivo pero no volátil, lo que logro fue la base de un propelente con mayor energía residente que el anterior. Debido a que la energía de esta sustancia lo proveen dos componentes (nitrocelulosa y nitroglicerina) se los denomino como propelentes de base doble.

Sobre la base de estos dos métodos para crear propelentes, el tiempo y la experimentación fue dando a la luz diferentes componentes y sustancias que modificaban tres aspectos importantes del nuevo ingenio: La maleabilidad y seguridad, la velocidad de entrega de energía y la durabilidad sin alteración molecular del producto.

Haciendo un amplio salto en la historia del desarrollo de los nuevos propelentes, se llega hasta hoy, en donde nuevos métodos de producción mas rápidos, o menos costosos, o desarrollos que proveen ciertas mejoras balísticas. Pero la esencia de la obtención de propelentes sigue siendo la misma que se descubrieron sobre el final del siglo XIX.

Diferencias entre lo viejo y lo nuevo

Para muchos legos en el tema, la pólvora es una sola, y solo cambia el color: esta la pólvora negra, y la que no lo es. O bien existe la pólvora que los piratas usaban para cargar los trabucos, y la pólvora que se usa ahora, que debe ser diferente pero ni idea de en que lo es. Mi idea es separar un poco los tantos y definir algunas cosas. Aquí va:

En principio, quien piense que la pólvora es una sola, esta completamente en lo cierto: Pólvora hay una sola y es la comúnmente llamada pólvora negra. Porque el termino pólvora define como tal a una mezcla realizada mecánicamente (podría hacerse en un mortero tranquilamente), de tres componentes: Nitrato de Potasio, Carbón Vegetal y Azufre, molidos adecuadamente y en las proporciones correctas.

Las sustancias que hoy en día usamos para proyectar una punta por definición, son mal llamadas pólvoras. En principio porque no se trata de un solo propelente como la pólvora negra, sino de toda una familia de propelentes que comparten una composición similar, pero con características de comportamiento diferentes entre sí.

Estimo que el motivo de llamar de manera errónea a los nuevos propelentes tiene que ver con que ambas sustancias realizan una tarea similar, y por ello comparten la misma denominación. Sin embargo, estas propelentes no se obtienen a través de una mezcla mecánica sino por combinación de diferentes sustancias, que a su vez forman otra distinta. Es por eso que el nombre correcto que se le ha asignado a estos compuestos (y que es muy poco usado también) es el de Propelentes de quemado progresivo.

¿Qué son los propelentes de quemado progresivo?

Cualquiera que haya leído un envase de las mal llamadas "pólvoras sin humo", percibirá que a continuación del tipo de propelente, sigue la leyenda "Peligro: Explosivo" o algo similar.

La definición estricta, dadas por los expertos, que clasifica a los propelentes usados en amas portátiles, dice que estos son explosivos, y el comportamiento de estos ingenios dentro de un cartucho y un arma lo afirman. Estamos acostumbrados a percibir que el efecto de disparar es provocar explosiones que proyectan puntas hacia delante. Sin embargo, ¿La pólvora explota?

Un explosivo es aquello que al ser excitado de una determinada manera libera energía. Algunos han sido diseñados para liberar energía de una manera muy rápida y violenta (como el TNT) y otros lo hacen de una manera muy lenta.

Si colocamos en un recipiente robusto una cantidad de TNT, y en otro recipiente idéntico colocamos la cantidad de cualquier propelente que libere el mismo valor de energía que el TNT, y los hacemos quemar, la reacción que percibiremos será una explosión, por la destrucción del recipiente que contiene a los compuestos explosivos, debido a que la presión que generaron ambos materiales excedió los valores de resistencia del reservorio que los contenía.

Pero si a las mismas cantidades de explosivos los hacemos quemar al aire libre, las reacciones de ambos compuestos serán absolutamente diferentes. El TNT reaccionara de forma muy parecida al ejemplo anterior, pero el propelente no explotara, sino que se encenderá, liberando gran cantidad de gases y calor.

Entonces, ¿Cuál es el motivo porque materiales que reaccionan tan distinto sean considerados genéricamente como una misma cosa?

Los expertos afirman que los explosivos son un grupo de sustancias que liberan energía, que se clasifican de acuerdo a su velocidad de quemado, desde los mas rápidos, que se denominan rompedores, hasta los mas lentos, que se denominan deflagrantes.

Por lo tanto, los propelentes que se usan para alimentar a los cartuchos de armas portátiles son explosivos deflagrantes propulsores; el motivo de este ultimo termino es obvio, ya que impulsan a las puntas que contiene un cartucho.

Velocidad de quemado de los nuevos propelentes

Sin duda el hecho de poder variar la velocidad de quemado es la mayor ventaja entre estos ingenios y la vieja pólvora negra. Y me gustaría explicar de manera general como se logra esto.

Una de las propiedades de los nuevos propelentes es que al producirse la combustión, queman desde la superficie exterior del grano hacia adentro, por lo tanto, variando su forma y tamaño se puede modificar la velocidad de la combustión. Las formas mas usadas son cuatro:

* Copos: Los granos de este tipo son como discos. El diámetro y el espesor determinan la velocidad de combustión. Algunos tipos de propelentes con forma de copos también presentan un orificio sobre el centro del grano, con lo cual se aumenta la superficie exterior, y por ende la velocidad de quemado.

* Cilindros: Los granos de este tipo son como un espagueti. Aquí también, el largo y diámetro del grano es el factor que determina la velocidad de combustión. Al igual que los copos, algunos granos son perforados longitudinalmente, con lo que también se logra variar la velocidad de combustión.

* Esferas: Los granos de este tipo son como una munición de cartucho de escopeta. En ciertos casos, la forma esférica es aplastada, lo que también varia la velocidad de combustión.

* Hojas: Los granos de este tipo son como hojas de un libro. Al igual que los copos la superficie y el espesor determinan la velocidad de combustión. No es común, pero también se puede perforar al grano con el mismo fin.

Además del tamaño y la forma, la velocidad de combustión puede ser modificada por la acción de sustancias agregadas en la superficie externa del grano. Como ejemplo, en los propelentes de origen nacional, el elemento mas usado es el grafito.

Esta sustancia no solo varia la velocidad de combustión sino que también permite variar las propiedades de maleabilidad del mismo. El grafito también actúa como un lubricante que mejora el paso de los granos de propelente a través de las diferentes tolvas de carga.

Por lo tanto al aumentar la cantidad de grafito se obtendrá un propelente muy fácil de manejar, pero también se obtendrá un propelente que no quemara de idéntica manera que el lote anterior.

En referencia a los diferentes comportamientos balísticos observados en distintos lotes de propelentes producidos en nuestro país, le pido al lector que analice lo anterior y se dará cuenta cuales son los motivos de esto.

Los propelentes y la recarga

Todo lo descripto hasta aquí, es solo a titulo informativo, ya que para aquel que recarga y no encuentra atractivo saber porque las cosas pasan de una determinada manera, le bastara adquirir el tipo de propelente mas adecuado a sus fines y será suficiente. Para ello están las tablas de recarga, que le dicen que use un determinado propelente para un determinado cartucho y listo.

Pero aquel recargador que desee experimentar, y lograr resultados propios debe conocer un poco mas que la manera de interpretar una tabla. No solo para lograr los resultados que busca, sino para reducir los riesgos de cometer errores que terminen en un arma destruida o en mutilaciones fisiológicas.

Lo primero que hay que saber es que los diferentes tipos de propelentes de quemado progresivo tienen diferentes velocidades de quemado y esto, traducido al comportamiento del propelente dentro de un cartucho y desde el punto de vista de la seguridad, significa que cada propelente generara presiones de trabajo máximas en tiempos diferentes.

Algunos lo harán en un tiempo muy corto y otros en un tiempo muy largo. Y cuando hablo de tiempos, en realidad me estoy refiriendo a un tiempo que se debe medir en milésimas de segundo, contados a partir de que el propelente que esta encerrado en un espacio muy pequeño se enciende y comienza a liberar cantidades de gases que elevan la presión, lo que a su vez acelera la combustión.

Trataré de explicar esto con un ejemplo un tanto exagerado y también bastante simplificado, con el solo objeto que se entienda.

Supongamos que tenemos un cartucho que carga un kilo de propelente de quemado lento. Este propelente tarda un minuto en producir su pico máximo de presión. Se inicia la combustión y cuando pasa ese minuto, la presión máxima generada comienza a mover a la punta. Esto hace que la superficie en donde se esta produciendo la combustión aumente, y como la presión es una fuerza que se aplica en una superficie, si la superficie aumenta, la presión disminuye.

Mientras tanto, el resto del kilo de propelente que aun no entro en combustión comienza a quemarse, y esto sigue empujando a la punta, pero aun así la presión sigue bajando porque la recamara sigue agrandándose. Cuando la punta deja el caño, el propelente que aun no encendió se quema en el aire, pero el arma ya no se ve obligada a resistir presiones internas.

Ahora bien, reemplacemos el kilo de propelente lento por un kilo de propelente rápido, que produce el mismo pico máximo de presión pero solo en medio minuto. Al pasar ese tiempo, la punta empieza a moverse.

Pero la punta no adquiere su velocidad máxima instantáneamente, sino a través de un proceso de aceleración, y como la aceleración de un sólido que a su vez esta frenado por la estría del caño es mucho menor que la velocidad con que se generan los gases del propelente que aun no se quemo, llega un momento en que la superficie de la cámara de combustión es tan pequeña y la fuerza de empuje de los gases es tan alta que la presión se dispara, pudiendo provocar la destrucción del dispositivo cuando se llega al limite de rotura de los materiales constitutivos.

Haciendo deducciones basadas en el ejemplo anterior, se podría pensar que si reducimos el peso del propelente rápido a la mitad se lograran entregar las mismas prestaciones a la punta, con valores tolerables de presión. No es así, porque cuando la menor cantidad del propelente se haya quemado y no se produzcan mas gases, mientras la punta aun esta dentro del caño y sigue avanzando y ampliando la cámara de combustión, la presión bajara drásticamente, y debido a ello no seguirá acelerando.

Por ello es que cuando a los cartuchos que utilizan propelentes de quemado lento se los carga con otros de quemado rápido, a iguales valores de presión, las velocidades de punta bajan considerablemente.

El ejemplo anterior a la inversa (cartuchos que usan propelentes rápidos y han sido cargados con lentos), sufrirán el mismo problema de puntas proyectadas con baja velocidad, aunque sin problemas de alta presión. Esto se debe a que el propelente quemara tan lentamente, que para cuando la punta abandone el caño, mucho del propelente que aun no se quemo, se quemara en el aire, sin acelerar al objeto que proyecta.

En estos ejemplos me baso para demostrar porque, desde el punto de vista de la seguridad y las prestaciones, es importante conocer si la velocidad de quemado de propelente que estamos usando es la mas o menos adecuada para el cartucho que se cargara.

Clasificación de los propelentes

Por ser la velocidad de quemado tan importante, esta es la característica que se utiliza para diferenciarlos. Hay tres categorías, las que a su vez se subdividen entre sí:

- Propelentes de quemado rápido: Son los utilizados principalmente en cartuchos de escopeta y armas cortas de poco volumen interno de vaina, o bien aquellos cartuchos de arma corta y de gran volumen de vaina pero que trabajan a baja presión.
- Propelentes de quemado medio: Son los utilizados principalmente para los cartuchos de arma corta de gran volumen de vaina y alta presión de trabajo, y también para los cartuchos de volumen pequeño y medio de armas largas.

Propelentes de quemado lento: Son los utilizados en cartuchos de arma larga, de alto volumen interno y de altas presiones de trabajo.

A su vez cada clasificación cuenta con una sub clasificación propia: Me refiero a que dentro del segmento de propelentes de quemado rápido, existirá un tipo que sea el mas rápido de todos y en la otra punta estará un propelente, que sin dejar de ser considerado rápido, será mucho mas lento en su velocidad de combustión que el primero.

El porque de conocer esta teoría

La clasificación anterior es bastante general, ya que bajo ciertas circunstancias, o si se esta dispuesto a resignar algunas prestaciones para obtener otras, pueden utilizarse propelentes de una categoría para recargar cartuchos de otra. Y en este punto es donde empieza a cobrar importancia todo lo escrito anteriormente.

Porque la recarga no es solo buscar el cartucho del que mayor velocidad y mayor energía se pueda obtener. También sirve para desarrollar cartuchos en donde prevalezca la precisión por sobre la energía, o que se utilicen con cargas reducidas para la caza de pequeños animales, o para desarrollar cartuchos nuevos partiendo de vainas de otros ya existentes, o para seguir alimentando a precios accesibles a un arma muy apreciada pero con una munición fuera de nuestras posibilidades económicas.

Haciendo un uso adecuado de lo anteriormente escrito se puede:

Utilizar Alliant 2400 para recargar el .45 acp, obteniéndose una carga de muy baja velocidad pero asombrosa precisión, a un precio un tanto alto.

Utilizar A2 para cargar el .357 Mg. Con velocidades muy suaves pero suficientes para practicar tiro al chancho en polígonos a muy bajo costo.

Utilizar A27, para cargar a la mayoría de los magnum de Winchester, con mermas en las prestaciones de estos cartuchos pero con costos que de otro modo serian prohibitivos. Es mejor tirar así que tener a un arma juntando tierra en el ropero.

Utilizar un 7.65 Mauser o un .308 Winchester para cazar bizcachas, sin destrozar carne, y a precios irrisorios por cartucho terminado.

Potenciar cartuchos cuyas municiones comerciales son producidas con bajas velocidades, en beneficio de la seguridad, y todo a un costo inferior al de la misma munición que se potencia.

Reformar vainas para crear nuevos calibres que mejoren prestaciones.

Es muy importante hacer notar que lo aquí escrito es solo una aproximación general al tema de cómo se usan los propelentes para cargas experimentales. Aquel que solo se guíe por estas líneas para comenzar a producir cargas raras, se esta equivocando. En este articulo falta desarrollar mucha teoría y sobre todo mucha practica para recargar en forma experimental segura.

Final

Al llegar hasta aquí, me queda la sensación que lo que escribí sobre propelentes, solo es una aproximación superficial del tema, como si solo hubiese quitado la capa mas superficial de oxido de un metal.

Despreciando los casi seiscientos años de reinado de la pólvora negra, y tomando los casi ciento veinte en que los propelentes actuales están siendo utilizados, yo me animo a decir que lo que este articulo describe es lo que Vieille y Nobel descubrieron en sus primeros cuatro o cinco años de experimentos, o aun menos.

Pero como en todo tema, no se puede empezar por la mitad a aprenderlo. Así que si estas líneas sirven para que aquellos que están recargando sus primeros cartuchos tengan un poco mas claro lo que están haciendo, valió la pena haberlas escrito.