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Proyecto final, ingeniería de los materiales HOJAS DE PAPEL, FABRICADAS CON PENCAS DE MAGUEY (AGAVE) Luis Alberto Hernández Álvarez Emmanuel López López Juan Manuel Cadenas Fernando Morales Medina Introducción: Como pequeño y breve resumen con respecto a nuestro proyecto, respectivo a la elaboración...

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HOJAS DE PAPEL, FABRICADAS CON PENCAS DE MAGUEY (AGAVE Emmanuel Lopez

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Ext raccion de fibras de agave para elaborar papel y art esanias fel mart inez UNIVERSIDAD AUT ÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO INST IT UT O DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA … Manuel Macias El árbol de las maravillas, el pulque y la cocina mexicana Universidad del Claust ro de Sor Juana

Proyecto final, ingeniería de los materiales

HOJAS DE PAPEL, FABRICADAS CON PENCAS DE MAGUEY (AGAVE) Luis Alberto Hernández Álvarez Emmanuel López López Juan Manuel Cadenas Fernando Morales Medina

Introducción: Como pequeño y breve resumen con respecto a nuestro proyecto, respectivo a la elaboración de papel, a partir del maguey, podemos destacar que dicha investigación fue aplicada para lograr el aprovechamiento de vegetales propios de la región, teniendo en este caso como fuente principal al maguey, del cual se analizaron la fibra de seis especies diferentes de agave (maguey). De la cuales se analizaron; hoja angosta (A. lechuguilla, A. angustifolia y A. tequilana) hojas anchas (A. americana, A. salmiana y A. mapisaga), utilizando tres métodos para realizar el respectivo proyecto. 1) La inmersión en agua a cielo abierto 2) Fermentación con y sin aguamiel 3) Cocción de pencas Donde sería necesario evaluar características como: color, olor, suavidad, enguiche, facilidad de desfribacion y el tiempo empleado para ello. De lo cual se obtuvieron diferentes resultados, en donde el tratamiento más práctico para realizar fue el cocimiento de pencas, más sin embargo presento el inconveniente de que no es el más económico y ecológico. Por lo tanto de manera general logramos obtener papel, el cual presenta características propias de acuerdo al tipo de agave y el proceso que experimento, obteniendo papel que puede ser empleado en diferentes ámbitos, como en la artesanía, mientras el papel de mayor calidad, es posible su ampliación para la escritura y el dibujo. El Agave (nombre botánico o científico) o “Maguey” (nombre común) es una planta con muchos usos, entre los más comunes se encuentran: la elaboración de mezcal, tequila, pulque, aunque también se pueden obtener concentrados de aguamiel, mieles, jarabe, vinagre, jabones, shampoo, fibras para artesanías, forraje, extractos medicinales, inulinas, esteroides, etc. Su aprovechamiento se remonta incluso hasta épocas prehispánicas, cuando se elaboraba papel a partir de las fibras maceradas de los Agaves. Actualmente en México, el uso de las fibras de las pencas del Agave para elaborar papel es muy limitado, y casi desconocido; de manera ocasional son utilizados los desechos denominados bagazo o marrana de la industria mezcalera y tequilera. Debido a que en otros países tales como , Venezuela, Brasil, han realizado estudios donde se descubrió que las fibras del agave como materia prima, tiene un alto grado de efectividad para producir pulpa de papel, esta pulpa obtenida presenta atractivas características como un resistencia a la ruptura magnifica, en comparación con diferentes pulpas generadas por otros árboles, por lo tanto esta

pulpa resulta muy útil para la manufacturación de papeles especiales, como pueden ser las bolsitas de té, papel carbón, papel biblia, papel aislante para cables, papel para cigarrillos y otras clases de papeles delgados. Por lo tanto debido a estas características descubierta sobre las propiedades que presenta el agave, para la fabricación de papel, donde además sabiendo que el agave tiene propiedades diferentes de acuerdo a su tipo o clase, así como al método empleado para la obtención de su fibra, obtendríamos características diferentes, por lo que resulta necesario el establecer metas respectivas al proyecto. Donde se especificaron en tres principalmente: 1) Identificar las pencas de agave de las seis diferentes clases de agave 2) El conocer las respuestas que presenta cada tipo de agave a los tres métodos empleados para su obtención de fibras. 3) Finalmente el lograr elaborar papel de manera artesanal de cada uno de las especies de agave con las que fueran disponibles de obtener. PROPIEDADES DEL MAGUEY De las múltiples plantas de México que benefician al ser humano, el maguey ha sido una de las más aprovechadas, desde los antiguos mesoamericanos. Pocos son los vegetales que proporcionan al hombre casa, vestido, sustento y salud, además de ser un medio de conocimientos (papel). Por estas razones, el maguey ha sido calificado como excepcional. Diversos estudiosos coinciden en afirmar que México es el centro y origen de dispersión del maguey, ya que en este inmenso territorio (se localiza desde los 6 hasta los 40 grado s de latitud norte) existen en estado silvestre agaves de formas menos evolucionadas, así como el mayor número de variedades. Su presencia en países asiáticos y del Mediterráneo se debe a que el hombre lo llevó a esos lugares para su explotación. El agave vive en un medio semidesértico, con escasas lluvias. Llega a su madurez entre los ocho y los doce años y florece sólo una vez, muriendo al poco tiempo. En sus anchas, espinosas y protegidas hojas, llamadas pencas, se almacenan las sustancias nutritivas que le permiten sobrevivir en un medio hostil, así como a una serie de insectos, entre los que se encuentran el gusano “magueyero" y la hormiga aguamielera, ambos alimentos del hombre. El género agave comprende dos subgéneros: el Littaea y el Agave. El primero de forma espigada, con alto contenido de saponina, se destina a ornato y contiene esmílagenína, materia prima indispensable para elaborar esteroides. Las

especies que componen el subgénero Agave se explotan para producir bebidas fermentadas -el pulque- y destiladas -el tequila o los mezcales-, o bien para extraer fibras, forrajes y alimentos. Es el caso del Agave fourcroydes o henequén y el Agave sisal, cultivados en la zona costera del golfo de México y la península de Yucatán. Otros productores de fibras son el Agave lechuguilla, aprovechado en el Valle del Mezquital, y el Agave peacockii, cuyo hábitat es el Valle de Tehuacán. Entre los agaves que producen bebidas alcohólicas, además del A. tequílana y el A. angustifolia, tenemos el A. atrovírens Kawr, A. lehmannii, A. cochlearís y A. lattísíma Jacobí, de donde se saca el aguamiel, ingrediente fundamental en la elaboración del pulque. Las evidencias arqueológicas indican que hace más de 10,000 años los grupos nómadas y seminómadas utilizaban distintos tipos de agaves para la extracción de fibras y como alimento. Hacia el año 200 a.C. el maguey se cultivaba en Tula, Tulancingo y Teotihuacan, donde se han encontrado raspadores de obsidiana. Según la mitología mesoamericana, el descubrimiento del A. atrovírens Kawr o maguey pulquero fue un hecho importante, y así lo atestiguan varios códices en donde se menciona su empleo. Los Anales de Cuauhtitlán refieren que en un lugar llamado Texcalapan, una mujer otomí lavó por primera vez las fibras del agave. Hacia el año 804 d.C., cuenta la historia oral, cuando empezó el reinado de los chichimecas avecindados en Cuautitlán, la diosa Itzpapálotl los llamó y les dijo: “Vos debéis de construir como vuestro señor a él, ¡Uactli! ¡Id para allá hacia Neguameyocan!, fundad la casa de tzíhuac y la casa del agave silvestre y allá debéis de extender la estera de tzíhuac y la estera de nequámetl".

MATERIALES Y METODOS La siguiente investigación se realizó por alumnos del Centro Universitario de la Ciénega, del segundo semestre de Ingeniería Química, en donde se dispusieron de seis especies de agaves, tres de hoja angosta: Agave lechuguilla, Agave angustifolia y Agave tequilana y tres de hoja ancha: Agave Americana, Agave Salmiana y Agave mapisaga, siendo estos nuestro principales materiales para nuestro proyecto. Especies de hoja angosta: Agave lechuguilla Torr. Distribuido ampliamente en el noreste de México, en los estados de San Luis Potosí, Zacatecas, Coahuila, Nuevo León y Tamaulipas. La fibra de sus cogollos llamada ixtle es utilizada en la elaboración de objetos de jarcería, cestería y cordelería. Es de porte no mayor de a 50 cm de altura, hojas lanceoladas de 20 a 35 cm de largo y 1.5 cm a 4 cm de ancho, color verde que varía de claro a oscuro según el medio.

Agave angustifolia Haw: Se le considera como el ancestro de todas las especies de hoja angosta, por lo que es la especie más distribuida en todo México, cambiando de nombre común según cada región, del destilado de sus jugos cocidos se obtiene “Mezcal” y de su piña cocida dulce llamado también mezcal o quiote. En Yucatán sus fibras son altanamente apreciadas en la decadente industria ixtlera o henequera para cordelería, las plantas son altas variando de 1.2 m 1.8 m, hojas de 80 cm a 130 cm de largo y 3 cm a 5 cm de ancho, color verde o claro.

Agave tequilana Weber, Var, azul: Se localiza principalmente en los estados que tienen la denominación de origen de tequila: Jalisco, Nayarit, Michoacán, Guanajuato y Tamaulipas. Sus fibras son utilizadas solo después de pasar por el proceso de producción de tequila, a las cuales se le llama gabazo, o marrana y son utilizadas para composta y eventualmente para relleno de colchonería y panales para construcción. Sus plantas son parecidas a las de la especie A. angustifolia, variando principalmente en su color azul característico y un poco en su suavidad de sus hojas y en su porte más bajo.

ESPECIES HOJA ANCHA: Agave Americana: también llamado maguey cenizo o blanco, se le encuentra en los estados del centro del país, su principal uso es para el ornamento en jardines, extracción de aguamiel y sus pencas son poco utilizadas para forraje. En el sur del estado de Guanajuato es muy común y se han recogido testimonios de que se obtenían fibras muy resistentes utilizadas para hacer sogas, hondas y ayates. Son plantas de porte medio de 1.0 m a 1.4 m, con hojas de 80 cm de largo a 120 cm de largo y de 15 a 20 cm de ancho, color verde glauco claro o grises. Son característicos sus hojas carnosas, y lisas o suaves al tacto.

Agave salmiana: Esta especie de hoja ancha más distribuida en México y se le considera el ancestro común de todas las especies de hoja ancha. Es uno de los dos agaves más utilizados para la producción de aguamiel y pulque, así como para forraje verde, y en sus pencas son preferidas para la elaboración de ayates y piezas de uso diario como hondas, morrales, cordeles, etc. Según el ambiente llegan a ser plantas muy altas en madurez, variando de 1.5 m a 2.5 m, con las hojas de 1.2 m a 1.8 m de largo y de 20 cm a 40 cm de ancho, su color varia de verde oscuro a verde glauco.

Agave mapisaga: Se encuentra distribuido en los estados del centro de México. Conocido comúnmente como maguey jilote, penca larga, manos largas o mano de chang, es el de mayor producción de agua miel, aunque de menor calidad que el de A. salmiana. Sus hojas son utilizadas como forraje y sus fibras en la elaboración de ayates y piezas de uso diario como hondas, morrales, cordeles, etc. En varios estados del centro llegan a ser plantas gigantes mayores de 2m de largo, y con ancho de 12 cm a 20 cm, estas tienden a curvarse hacia dentro de la parte final, y varían de verde glauco a verde oscuro.

De acuerdo con diferentes fuentes, que están involucradas en la obtención de fibras de agaves o plantas similares, las actividades realizadas para el procesamiento de las pencas y extracción de las fibras fueron las siguientes: 1. Caracterización de las pencas de las seis especies de agave estudiadas, de acuerdo a su longitud, ancho, volumen, peso, color, textura y grado de enguinche. Esto es, astringencia o comezón producida en la piel humana. Dicho proceso se realizó de manera manual, cortando secciones de 20 cm de las pencas, cuya área se obtuvo por triángulos, el volumen por desplazamiento de agua y el peso en gramos. 2. Se aplicaron tres métodos de ablandamiento de pencas: A) Humedecimiento de las pencas por inmersión a cielo abierto por dos semanas B) Pre digestión o fermentado de las pencas en bolsas negras de plástico con y sin promotor bacteriano, que en este caso fue aguamiel. C) Cocimiento de las pencas.

Así como también se definieron diversas variables para su evaluación, métodos que a continuación se mencionan

Proceso: Método 1:

Humedecimiento de las pencas por inmersión a cielo abierto por dos semanas. Consistió en colocar las pencas con cortes longitudinales en una tina con agua, durante dos semanas, con el propósito de generar el ablandamiento de la penca y facilitar la separación de sus fibras.

Método 2:

Pre digestión de las pencas en bolsas negras con y sin promotor bacteriano. Este proceso consistió en fermentar las hojas de agave en bolsas de plástico negro de manera anaeróbica, para lo cual se seleccionó una muestra de cada especie, haciendo la separación para cuatro sub- tratamientos: 1) 1.5 L de agua + 0 L de aguamiel, 2) 1.0 L de agua + 0.5 L de aguamiel, 3) 0.5 L de agua y 1.0 L de aguamiel y 4) 0 L de agua y 1.5 L de aguamiel. El aguamiel propiamente se empleó como fuente de azúcares y promotor de la proliferación de microorganismos especializados en el desdoblamiento de materia orgánica.

Método 3: Cocimiento de las pencas. Éste proceso se realizó seccionando longitudinalmente las pencas, y posteriormente remojándolas en agua por lo menos un día. Al siguiente día se puso a hervir el agua, luego se agregó una taza de sosa cáustica previamente diluida en agua, y se agrega- ron las pencas desmenuzadas, dejándose al fuego por tres horas y media. 

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Desfibrarían de las pencas: Dicha actividad se realizó de manera manual, rasgando o separando las fibras de las pencas, ya ablandadas, longitudinalmente para agruparlas o amasarlas, y midiéndose posteriormente diversas variables de las fibras de cada especie. Después de enjuagarse y agruparse las fibras provenientes de cualquiera de los métodos de extracción ya mencionados, se procedió a elaborar papel de las fibras de cada una de las especies de agave estudiadas, utilizándose las técnicas del papel de fibras maceradas y la del papel de fibras molidas. La elaboración del papel: ELABORACION DE PAPEL DE FIBRA MACERADA: se preparó la base, posteriormente se colocó la fibra obtenida, enseguida se aplastó con un mazo de plástico, sin triturarlas o molerlas, lo cual permite que se conserve la longitud de las fibras de tal forma que se obtenga una placa uniforme, y finalmente se dejó secar. ELABORACION DE “PAPEL DE FIBRA MOLIDA”: se tritura la fibra hasta obtener una pasta muy fina, utilizando por ejemplo: una licuadora, luego se coloca la pulpa obtenida en un recipiente con agua. Utilizando un bastidor con una malla se separa la fibra del agua y se pone a secar sobre una superficie preparada para formar la hoja de papel.

ELABORACION DE ARTESANIAS CON PAPEL DE FIBRA MACERADA Y PAPEL DE FIBRA MOLIDA Para ello se prepara un molde de yeso de cualquier diseño para hacer la máscara, se coloca la hoja, de papel con fibra machacada, después se pasa a una tela para poder moverla y se aplica sobre el molde, con los dedos se presiona para que la fibra entre a todos los espacios del molde. Una vez seca la máscara, se puede decorar usando pintura acrílica. Al igual que se puede formar un cuaderno especial a manera de muestrario, en el cual, las hojas de fibra maceradas son las cubiertas, con ellas se hace un cartera utilizando cartoncillos forrados con esas hojas, donde las hojas de fibra triturada o molida son las hojas internas del cuaderno

RESULTADOS Y CONCLUSIONES Por las característica de este proyecto, en el cual no existen muchos antecedentes o fuentes que nos especifiquen u orienten en un camino totalmente certero, todos los resultados que a continuación se presentan son los resultados de la pruebas realizados con los diferentes tipos de agave, que nos permitirán fundamentar nuestros resultados. En donde fue necesaria la utilización de entre dos o cuatro repeticiones debido a la heterogeneidad de las observaciones. Así como el establecer muestras representativas y similares entre las diferentes clases de agave, al emplear una escala para su mejor comprensión. En donde 1 es el peor valor y 5 es el mejor, siendo esta la escala base para determinar su eficiencia. En la primera tabla se está resumiendo la información que se obtuvo de cada una de las especies de agave que se emplearon, la segunda columna hace referencia a las secciones de 20 cm obtenidas de cada penca, para posteriormente en la columna tres, representa la longitud de las pencas dependiendo de las muestras utilizadas. De forma concreta esta tabla nos permite ver las diferencias en peso, volumen, ancho, área y color de cada sección, al igual que su valor medio de la

secciones que están conformando la longitud de la penca de cada especie, así como de pueden apreciar que los valores más bajos son los de A. lechuguilla, lo que refleja una penca pequeña, delgada, angosta y de color verde oscuro, mientras que el A. angustifolia Las tres especies de la hoja ancha: A. americana, A. salmiana y A. mapisaga, tienen marcadas diferencias tanto en el número de secciones de 20 cm (4, 6 y 10), como el peso en gramos y el volumen en milímetros cúbicos, aunque en el ancho y el área de las secciones individuales de 20 cm fueron algo similares .Por lo que estos nos da de resultado que sus diferencias se le atribuyen al grosor de las pencas. En consecuencia, destacan varios tamaños, pesos, volúmenes y áreas de las pencas de cada especie estudiada. Particularmente, desde el punto de vista de aprovechamiento de sus fibras de papel, sobresale el hecho de que las especies de hoja ancha podrían ser de mayor rendimiento y rentabilidad para la obtención de fibras. Especialmente destacan las especies A. salmiana y A. mapisaga

ESPECIE

SECIONES DE 20 CM

LONGITUD EN PENCA EN CM

PESO PENCA EN gr

VOLUMEN PENCA EN mm3 DE AGUA

AREA DE PENCA EN cm2

LUGAR EN LA PRODUCCION DE FIBRA

A. lechuguilla A. angustifolia A. tequilana A. americana A. salmiana A. mapisaga

2

40

47.6

14.0

5.6

6°

4

80

260.8

181.2

16.9

4°

5

100

347.5

254.0

13.4

5°

4

80

1093.6

705.6

31.0

3°

6 10

120 200

2219.4 7534.0

1876.2 6916.0

32.8 36.5

2° 1°

Se puede decir que en referente a la técnica por inmersión o humedecimiento, durante la primera semana de haber colocado las pencas en agua, se apreció una coloración café, pal puntas de agave que permanecieron fuera del agua comenzaron a oxidarse y se secaron. También se percibió un ligero olor desagradable, y la parte de la penca que permaneció sumergida en el agua comenzó a ablandarse. En la segunda semana, las pencas del agave que siempre estuvieron bajo el agua fueron muy blandas, lo cual facilito su desfibracion. Respecto a la técnica de fermentación, en la primera semana de haber colocado las muestras en bolsas de plástico se inició una evaluación. En general, no hubo

diferencias apreciables entre especies de agave con respecto a las variables utilizadas, es decir, el comportamiento durante el proceso de pre-digestión o fermentación fue casi el mismo entre las seis especies de agave, y las posibles diferencias de calor, ablandamiento, olor y oxidación y probamente fueron debidas a la inmersión total o no inmersión de las secciones de penca en el líquido contenido en la bolsa. Así también, en esta investigación preliminar no se detectaron diferencias entre los sub tratamientos del agregado de agua sola, agua más aguamiel o solo aguamiel como promotor del desarrollo de microorganismos. No obstante lo anterior, se recomienda hacer una investigación en esta técnica que podría representar ahorro de energ...