Análisis tensional y estructural de recipientes cerámicos para aplicaciones enológicas

Abstract

[EN] The wine sector in our country is undoubtedly one of the most important in the food field, not only from the economic point of view but also from a social perspective.

The use of clay containers has been usual in the production and aging of wines in many parts of Spain until the middle of last century. Today several wineries, in areas with Protected Designation of Origin have produced quality wines using old clay jars, generating renewed interest in the use of them in the study of wines as a differentiating factor of Spanish wines. One problem to be solved is that there are no clay jars manufacturers of large capacity, and the use of the old ones caused unexpected breakings.

This paper deals with the study of two types of large clay jars (cone-shaped jars and acorn-shaped jars) used for storage and aging of wine. The main objective of this work has been to make a dimensional characterization of different types of traditional jars, a study of the microstructure and composition of their materials and bending tests to determine some of its mechanical properties (elastic modulus E and tensile strength sR). Finally, a stress analysis has been carried out through the Finite Element Method (FEM) in different conditions of service under the actions of the own weight and the thrusts caused by the fluid.

The main objective of the stress analysis made by finite element analysis has been to determine the stress levels in service and safety thresholds available and to identify the critical areas of the jars where the maximum stresses appear and increases the risk of fracture initiation.

The results of this study will serve as a basis for future studies that are conducted more complete fracture mechanics analysis. Immediately, will serve to make decisions by the wineries concerned regarding the most convenient handling and assembly of the jars that can be used both supported on its base and buried to a certain height.

[ES] El sector del vino en nuestro país es sin duda uno de los más importantes en el ámbito agroalimentario, no solo desde el punto de vista económico sino también desde la perspectiva social.

El uso de recipientes cerámicos a base de arcilla ha sido habitual en la elaboración y crianza de vinos en numerosas zonas de España hasta mediados del pasado siglo XX. En la actualidad varias bodegas, en zonas con DOP (Denominación de Origen Protegida) han elaborado vinos de calidad utilizando antiguas tinajas, generando un renovado interés por el uso de tinajas de barro en enología como factor diferenciador de los vinos españoles. Entre los problemas a resolver se tiene que, en la actualidad, ya no existen fabricantes de tinajas de gran capacidad, y el uso de las antiguas, extraídas de viejas bodegas, ha dado lugar en varias ocasiones a roturas imprevistas.

El presente trabajo aborda el estudio de dos tipologías tinajas de grandes dimensiones (tinajas cónicas y tinajas de bellota) utilizadas para el almacenamiento y crianza de vino. El objetivo fundamental del presente Trabajo Fin de Máster ha consistido en realizar una caracterización dimensional de diferentes tipologías de tinajas de barro tradicionales, un estudio de la microestructura y composición de sus materiales y ensayos de flexión para determinar algunas de sus propiedades mecánicas (módulo de elasticidad E y tensión de rotura sR). Finalmente, se ha efectuado un análisis de tensiones mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF) en diferentes condiciones de servicio, bajo las acciones del peso propio y de los empujes provocados por el fluido.

El principal objetivo del análisis tensional por elementos finitos ha sido la determinación precisa de los niveles de tensión en servicio y los márgenes de seguridad disponibles, así como determinar de modo preciso las zonas críticas de la tinaja donde aparecen las tensiones máximas y los mayores riesgos de inicio de fracturas.

Los resultados del presente trabajo servirán como base para futuros estudios en los que se lleven a cabo análisis más completos de mecánica de fractura y medida de defectos o grietas. De modo inmediato, servirán para tomar decisiones por parte de las bodegas interesadas relativas al manejo y montaje más conveniente de las tinajas disponibles, que pueden utilizarse tanto apoyadas sobre su base como enterradas hasta cierta altura.

[CA] El sector del vi al nostre país és sens dubte un dels més importants en l'àmbit agroalimentari, no sols des del punt de vista econòmic sinó també des de la perspectiva social.

L'ús de recipients ceràmics a base d'argila ha sigut habitual en l'elaboració i criança de vins en nombroses zones d'Espanya fins mitjan del passat segle XX. En l'actualitat uns quants cellers, en zones amb Denominació d’Orige Protegida (DOP) han elaborat vins de qualitat utilitzant antigues gerres, generant un renovat interés per l'ús de gerres de fang en enologia com a factor diferenciador dels vins espanyols. Entre els problemes a resoldre es té que, en l'actualitat, ja no hi ha fabricants de gerres de gran capacitat, i l'ús de les antigues, extretes de vells cellers, ha donat lloc en diverses ocasions a ruptures imprevistes. El present treball aborda l'estudi de dos tipologies gerres de grans dimensions (gerres còniques i gerres de bellota) utilitzades per a l'emmagatzemament i criança de vi.

L'objectiu fonamental del present treball de fi de màster ha consistit a realitzar una caracterització dimensional de diferents tipologies de gerres de fang tradicionals, un estudi de la microestructura i composició dels seus materials i assajos de flexió per a determinar algunes de les seues propietats mecàniques (mòdul d'elasticitat E i càrrega de ruptura sR). Finalment, s'ha efectuat una anàlisi de tensions per mitjançant el Mètode dels Elements Finits (MEF) en diferents condicions de servici, davall les accions del pes propi i de les espentes provocats pel fluid.

El principal objectiu de l'anàlisi tensional per elements finits ha sigut la determinació precisa dels nivells de tensió en servici i els marges de seguretat disponibles, així com determinar de manera precís les zones crítiques de la gerra on apareixen les tensions màximes i els majors riscos d'inici de fractures.

Els resultats del present treball serviran com a base per a futurs estudis en qué es duguen a terme anàlisi més complets de mecànica de fractura i mesura de defectes o clavills. De manera immediat, serviran per a prendre decisions per part dels cellers interessades relatives al maneig i muntatge més convenient de les gerres disponibles, que poden utilitzar-se tant recolzades sobre la seua base com soterrades fins a una certa altura.