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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
Proyecto de investigación:
“SECADO ACELERADO Y RASPADO DEL TALLO DE CANDELILLA (Euphorbia
antisyphilitica) Y SU RELACIÓN CON EL RENDIMIENTO EN LA EXTRACCIÓN DE CERA”
Como requisito para obtener el título de:
INGENIERO QUÍMICO
Presentado por el alumno:
Rubén Ahumada Lazo
No. 215578
Bajo la dirección de:
M.B. Leslie Rocío Elías Ogaz
Y la asesoría de:
Ing. Ricardo Saldivar
Proyecto financiado por: veranos por la innovación de la empresa 2011 del Foro
consultivo científico y tecnológico, AC y Multiceras S.A. de C.V.
Chihuahua Chih. 2012
3
INDICE GENERAL
Contenido
INDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... 4
INDICE DE TABLAS ........................................................................................................ 6
RESUMEN ....................................................................................................................... 7
I. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 8
II. ANTECEDENTES ........................................................................................................ 9
2.1 Las ceras ................................................................................................................ 9
2.2 La candelilla .......................................................................................................... 10
2.3 Método de obtención de la cera de candelilla ....................................................... 15
2.4 Raspado del tallo .................................................................................................. 20
2.5 Operaciones de secado ...................................................................................... 21
III. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... 23
IV. OBJETIVOS .......................................................................................................... 24
4.1 Objetivo general .................................................................................................... 24
4.2 Objetivos específicos ............................................................................................ 24
V. MATERIALES ............................................................................................................ 25
5.1 Materiales ............................................................................................................ 25
5.2 Reactivos ............................................................................................................. 25
VI. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 26
6.1 Raspado de los tallos de candelilla ....................................................................... 26
6.2 Secado acelerado de planta de candelilla y extracción de cera en laboratorio. . 29
VII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................ 31
7.1 Resultados y discusión del raspado de los tallos de candelilla. ............................ 31
7.2 Resultados y discusión del secado acelerado de la planta de candelilla y la
extracción de cera en laboratorio. ............................................................................... 33
VIII. CONCLUSIONES ................................................................................................... 37
IX. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 38
4
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Planta y cera de candelilla sin refinar .............................................................. 10
Figura 2. Principales usuarios de cera de candelilla a nivel mundial. (Presentado por
Multiceras en Foro temático de candelilla 2010) ............................................................ 13
Figura 3. Planta de candelilla en su hábitat natural junto a otras especies propias de la
región del ejido Carricitos en Mina Nuevo León. ............................................................ 14
Figura 4. Transporte por medio de animales de carga de la planta de candelilla
recolectada. .................................................................................................................... 15
Figura 5. Paila en la cual se calienta el agua mediante fuego directo y se coloca la
carga de candelilla. ........................................................................................................ 16
Figura 6. Prensado de la hierba para sumergirla en el agua hirviendo, utilizando las
rejas que se encuentran en la parte superior de la paila. ............................................... 17
Figura 7. Recolección la cera en forma de espuma de la superficie de la paila con una
espumadera, dejando que la solución acida regrese a la paila. .................................... 18
Figura 8. Plantas de candelilla aisladas y alejadas de plantas espinosas para tener
mejor acceso. ................................................................................................................. 26
Figura 9. Pinzas utilizadas para el raspado de los tallos de candelilla ........................... 27
Figura 10. Raspado de los tallos de candelilla, recolectando el material, para
posteriormente realizar la extracción de cera. ................................................................ 27
Figura 11. La raíz es frágil y los tallos son arrancados fácilmente aún procurando
mantenerlos en su sitio. ................................................................................................. 28
5
Figura 12. Planta de candelilla cubierta con una malla metálica para su protección
después del raspado de sus tallos. ................................................................................ 28
Figura 13. Planta (500 gramos) dentro de la estufa para secado. .................................. 29
Figura 14. Extracción de la cera de candelilla en laboratorio emulando la técnica
tradicional utilizada por los candelilleros. ....................................................................... 30
Figura 15. El estado de las plantas después de un mes era visiblemente afectado por la
sequedad en los tallos que habían sido raspados, la corteza y la cera no se regeneraron
en absoluto. .................................................................................................................... 32
Figura 16. Gráfica de tiempo de secado vs Rendimiento de cerote y cera extraídos de
planta seca a 40oC. ........................................................................................................ 35
Figura 17. Gráfica de tiempo de secado vs Rendimiento de cerote y cera extraídos de
planta seca a 50oC. ........................................................................................................ 36
6
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. La composición aproximada de la cera de candelilla refinada comercial ......... 11
Tabla 2. Composición de ceras de candelilla blanqueadas. Método por derivatización
basado en el método AOAC- IUPAC 969.33 (Tomado de Toro-Vázquez, 2011). .......... 12
Tabla 3. Resultado obtenidos de la extracción de cera del material recabado del
raspado de los tallos de candelilla .................................................................................. 31
Tabla 4.Caracteristicas físicas de la planta después del secado ................................... 33
Tabla 5. Resultados de las pruebas de secado a 40oC .................................................. 34
Tabla 6. Resultados de las pruebas de secado a 50oC .................................................. 34
7
RESUMEN
La extracción de cera de candelilla es una actividad económica básica en algunas
regiones del norte de México. Sin embargo, presenta algunas dificultades ya que los
rendimientos obtenidos son bajos. Por esta razón se están explorando alternativas de
metodologías y desarrollos tecnológicos que permitan un mayor aprovechamiento de
este recurso. Se pretenden probar dos alternativas; el raspado de los tallos de la planta,
que es la zona donde se cree que se concentra la mayor cantidad de cera para
posteriormente realizar la extracción de este material. En cuanto a la prueba de
raspado, los resultados obtenidos revelaron que los rendimientos de cera filtrada
extraída de la corteza raspada de los tallos son de 0.28% aproximadamente, esto es 10
veces menor a los obtenidos con métodos tradicionales. El otro método a probar es el
secado de la planta con el objetivo de comprobar si la planta aún después de ser
cortada, continúa produciendo cera para protegerse de las condiciones adversas (Altas
temperaturas y baja humedad). Para esto primeramente se hicieron pruebas en
laboratorio secando la planta en estufas de secado durante periodos de tiempo de 0, 8,
16, 24 y 48 horas a temperaturas de 40 y 50 oC y realizando las extracciones a nivel
laboratorio de donde se obtuvieron resultados de hasta un 33.54% de aumento en la
cantidad de la cera producida, dependiendo de la frescura de la planta utilizada para el
secado. Por lo que se concluye que utilizar el método de raspado no es efectivo. En
cambio, la aplicación del secado previo de la planta podría aumentar significativamente
la producción de cera.
8
I. INTRODUCCIÓN
La cera de candelilla se obtiene de la planta silvestre Euphorbia
antisyphilitica, la cual pertenece a la familia de las Euforbiáceas. Ésta planta crece
normalmente en zonas de clima semi-desértico y particularmente la región conocida
como "El Desierto de Chihuahua", al norte de México y Sur de Estados Unidos. Para
protegerse del clima adverso y ayudarse a retener el agua que obtiene de las escazas
lluvias de la zona, la planta genera en su superficie un polvo grisáceo que en su mayor
parte está conformado por ésta singular cera de características muy particulares. Sus
propiedades distintivas le confieren la categoría de material esencial para la fabricación
de cosméticos, tintas, adhesivos, recubrimientos, emulsiones, pulimentos, aditivos para
alimentos y productos farmacéuticos (Multiceras, 2011). La recolección de la candelilla
para la producción de cera natural ha sido una de las actividades económicas más
importantes en ciertas regiones del norte de la República Mexicana (Ochoa-Reyes,
2010). La planta de candelilla presenta tallos cilíndricos, rectos y normalmente sin
ramificaciones que forman macollos. El color de los tallos es verde claro en los tallos
jóvenes, hasta gris opaco en los maduros, que son los que contienen la mayor cantidad
de cera. La cantidad de cera depende de las condiciones ambientales (mientras más
seco mayor concentración de cera) (Convención Buenos Aires Ar., 2009).
Lamentablemente, la extracción de cera de candelilla se lleva a cabo todavía con
técnicas arcaicas e ineficientes, las cuales permanecen prácticamente inalteradas
desde los inicios de esta actividad hace más de cien años. Esta situación se refleja en
bajos rendimientos y altos costos de producción, además del deterioro ambiental debido
a la devastación provocada por la explotación excesiva de este recurso. Es prioritario
incorporar prácticas de desarrollo sustentable para su cultivo y conservación, nuevas
tecnologías de transformación y producción industrial, así como esquemas de
organización productiva más eficientes. Existen dos hipótesis por probar, la primera es
que se pueden raspar los tallos de candelilla para ver si de la corteza obtenida se
puede extraer la cera, evitando arrancar la planta del suelo y permitiéndole sobrevivir y
seguir produciendo cera. Si la hipótesis es cierta, se podría reducir en gran medida el
impacto ambiental que genera esta actividad y reducir los costos de transporte de la
9
planta al lugar donde se lleva a cabo la extracción de cera. La segunda hipótesis es que
si después de cortar la planta, esta se somete a un tratamiento de secado durante
cierto tiempo, seguirá produciendo cera para evitar la pérdida de humedad y este
incremento en la producción de cera se reflejará en mayores rendimientos de extracción
lo que beneficiará a todos los intermediaros relacionados en esta actividad económica
tan importante en ciertas regiones del país.
II. ANTECEDENTES
2.1 Las ceras
Son sustancias orgánicas que pertenecen al grupo de los lípidos simples,
constituidas por carbono, oxígeno y nitrógeno. Hablando de ceras naturales, estas
pueden ser de origen animal, como el esperma de ballena y la cera de abeja o de
origen vegetal, como las que revisten los tallos, hojas o frutos de las plantas y algunas
semillas. Las cubiertas cerosas son producidas por tejidos secretores que exudan dicho
material. Esto ocurre con frecuencia en las plantas de zonas áridas y semiáridas, en las
cuales la lluvia es escasa y las plantas presentan diversas adaptaciones para reducir la
transpiración a niveles mínimos. Algunas familias botánicas poseen diversas especies
de plantas productoras de ceras entre las cuales destacan la familia de las
euforbiáceas, a la cual pertenece la “candelilla” y la de las buxáceas, a la cual
pertenece la “jojoba”. Ambas plantas producen las ceras vegetales más importantes
desde el punto de vista industrial y representan una fuente valiosa de recurso para los
habitantes de zonas áridas y semiáridas del país (Cervantes-Ramírez, 2002).
10
2.2 La candelilla
La cera de candelilla (Figura 1) es una sustancia natural, dura, quebradiza y fácil de
pulverizar. Su color puede variar desde café claro hasta amarillo, dependiendo del
grado de refinación y blanqueo. Su superficie puede alcanzar altos niveles de brillo,
siendo ésta una de las propiedades más apreciadas para diversas aplicaciones de
especialidad. Es insoluble en agua, pero altamente soluble en acetona, cloroformo,
benceno y otros solventes orgánicos. Puede endurecer otras ceras sin aumentar
significativamente el punto de fusión de la mezcla. La mayoría de los constituyentes de
la cera de Candelilla son componentes naturales que se encuentran en los vegetales y
en las frutas (Multiceras, 2010).
Figura 1. Planta y cera de candelilla sin refinar
La cera de candelilla es una mezcla compleja, compuesta principalmente de
hidrocarburos de C31, (alrededor del 50%) y una cantidad relativamente baja de ésteres
volátiles. (Grant, 2005; Instituto de la candelilla, 2004; Hamilton, 1995; Tulloch 1974;
Warth, 1956;) como se muestra en la Tabla 1.
11
Tabla 1. La composición aproximada de la cera de candelilla refinada comercial
COMPONENTE PORCENTAJE %
Hidrocarburos: (m.68oC) 50-51
Nonacosano 2.5
Hentriacontano 46-46.5
Tritriacontano 2.5
Ésteres de cera ácidos y alcoholes(m.88-90 o C) 28-29
Ésteres simples (¿y lactonas?) 20-21
Ésteres hidroxilados* 6-8
Alcoholes libres, esteroles y resinas neutrales 12-14
Alcohol miricilo (m.84-85 o C) ?
Esteroles (sitoesterol,etc) 7-8
Resinas(como β-amirina acetato) 5-6
Ácido libres 7-9
Cadena recta(m.69 o C):los ácidos de la cera 6-7
Cíclicos: los ácidos de la resina ?
Material mineral 0.7
Material Volátil 0.5-1
*El éster de sitosterol (C29H49OH) y el ácido dihidroximiricinoleico (C30H62O4) constituyen
cerca del 20 por ciento de la proporción de ésteres de la cera. También están presentes
esteres de los ácidos y alcoholes normales C28, C30, C32 y C34. Algunos ácidos libres
están presentes por encima de las cantidades de ácidos (Tomado del Warth, 1956).
En un estudio más reciente, realizado por el laboratorio de fisicoquímica de alimentos
de la facultad de ciencias químicas y el centro de investigación y estudios de posgrado
de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí se presentó otra propuesta de la
composición de la cera de candelilla la cual se muestra a continuación en la Tabla 2.
12
Tabla 2. Composición de ceras de candelilla blanqueadas. Método por derivatización basado en el método AOAC- IUPAC 969.33 (Tomado de Toro-Vázquez, 2011).
La cera de candelilla presenta una gran diversidad de aplicaciones, siendo actualmente
utilizada en más de 20 industrias distintas en todo el mundo, principalmente en la Unión
Europea, los Estados Unidos y Japón como lo indica el gráfico de la figura 2. Sus
propiedades distintivas le confieren la categoría de material esencial para la fabricación
de cosméticos, tintas, adhesivos, recubrimientos, emulsiones, pulimentos y productos
farmacéuticos (Multiceras, 2010). La cera de candelilla ha sido reconocida por la
organización de alimentos y drogas en Estados Unidos (Food and Drugs Administration
FDA) en 2004 como sustancia natural sin riesgos para utilizarse en la industria
13
alimentaria. Así mismo, la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y
Alimentación FAO reporta en 2006 la importancia de la candelilla (Saucedo 2007).
Figura 2. Principales usuarios de cera de candelilla a nivel mundial (Presentado por Multiceras en Foro temático de candelilla 2010).
En 1909 The Journal of the Royal Society of Arts (Vol 57, p.64) reportó que la planta
silvestre conocida como candelilla contiene cera de excelente calidad y en cantidad tal
que la hace extremadamente valiosa. El reporte señaló que la planta crece en los
siguientes estados de México: Tamaulipas, Coahuila, Nuevo León, Baja California,
Jalisco, Puebla, San Luis Potosí, Durango, Zacatecas y Chihuahua (Warth, 1956; Taller
Nacional de Candelilla, 2008). La Candelilla (Euphorbia antisyphilitica), que aparece en
la Figura 3, es un arbusto perenne, de tallos cilíndricos, color verde a grisáceo, de hasta
110 cm de altura y 5-11 mm de ancho con tallos que emergen de la raíz o rizoma
carnoso. Sus hojas son esparcidas, sésiles y pequeñas de 1 mm de longitud y de 2 mm
de ancho, de color verde (Convención Buenos Aires Ar., 2009). La candelilla es una
planta que tiene alta capacidad de producción de cera, esto debido a que se encuentran
vasos laticíferos en la región del periciclo, en la endodermis, en la corteza media y en
los haces liberianos. La regeneración de los tallos se presenta 3 a 4 años después de
14
cosechados (De la Garza y Berlanga, 1993). El color de los tallos es verde claro en los
tallos jóvenes, hasta gris opaco en los maduros, que son los que contienen la mayor
cantidad de cera. La cantidad de cera depende de las condiciones ambientales
mientras más seco mayor concentración de cera (SEMARNAT, 2005). Se desarrolla
casi exclusivamente en una región semi-desértica de México, localizada dentro de la
zona geográfica conocida con el nombre de "El desierto de Chihuahua". Actualmente,
se estima que hay más de 3,500 pequeños productores de cera de candelilla en 230
ejidos de 33 municipios en los estados del noreste rural de México (Instituto de la
candelilla, 2004).
Figura 3. Planta de candelilla en su hábitat natural junto a otras especies propias de la región del ejido Carricitos en Mina Nuevo León.
Como medio de defensa contra el calor, toda la planta se reviste de una capa cerosa, la
cual impide la desecación de sus tejidos por evaporación excesiva. La exudación es
más abundante cuanto más se prolonga la sequía, por lo que la recolección de cera en
esta época es mayor (Canales-Gutiérrez et al., 2006).
15
2.3 Método de obtención de la cera de candelilla
La recolección de la candelilla para la producción de cera natural ha sido una de las
actividades económicas más importantes en ciertas regiones del norte de la República
Mexicana. La cera puede ser obtenida de la superficie de todas las partes de la planta
excepto la raíz, aún así la práctica general es tirar de los tallos a partir de la raíz y
arrancar toda la planta, luego se sacude la raíz a fin de eliminar tierra, basura seca, e
impurezas, se forman bultos de aproximadamente de 30 kilogramos los cuales se
transportan por medio de animales de carga (Figura 4) o camiones hasta el lugar donde
se obtendrá la cera (Ochoa-Reyes et al., 2010).
Figura 4. Transporte por medio de animales de carga de la planta de candelilla
recolectada.
El aprovechamiento de la hierba de candelilla quedará sujeto a los siguientes criterios y
especificaciones técnicas: La madurez de cosecha se identificará cuando los macollos o
plantas han alcanzado un diámetro mayor de 25 cm y una altura mínima de 30 cm;
dejar distribuido en el área de aprovechamiento, sin intervenir como mínimo el 20 % de
la población en la etapa de madurez reproductiva para propiciar su regeneración,
cuando en las áreas bajo aprovechamiento no se presente la regeneración natural; se
16
deberán realizar trabajos de reforestación con hierba de candelilla, el área aprovechada
no deberá ser intervenida nuevamente si la población no ha alcanzado su madurez de
cosecha (NOM-018-SEMARNAT-1999). Para la extracción se emplean recipientes de
hierro denominados “pailas”, con una capacidad aproximada de 500 litros de agua, se
agrega agua aproximadamente a un 85 % de la capacidad de la paila con el objetivo de
dejar espacio para la planta de candelilla, se procede al calentamiento mediante fuego
directo hasta el punto de ebullición, usando las plantas secas que fueron escaldadas
anteriormente y sirven como combustible para la paila. Una vez realizado esto, se
coloca la carga de candelilla en la paila y se prensa para sumergirla utilizando las rejas
que se encuentran en la parte superior de la paila como se muestra en las Figuras 5 y
6.
Figura 5. Paila en la cual se calienta el agua mediante fuego directo y se coloca la carga de candelilla.
17
Figura 6. Prensado de la hierba para sumergirla en el agua hirviendo, utilizando las rejas que se encuentran en la parte superior de la paila.
Cuando el agua de la paila llega a su punto de ebullición, se agrega el ácido sulfúrico,
produciendo una reacción violenta debido a que el ácido sulfúrico posee un punto de
ebullición más bajo que el agua aumentando drásticamente la temperatura y la
ebullición de la disolución, lo que permite la separación de la cera en forma de espuma
que flota en la superficie. Posteriormente la cera espumosa se retira de la paila
mediante utensilios de aluminio o hierro con orificios, esta herramienta es producto del
ingenio de los silvicultores, la cual es llamada “espumadera”. Los orificios permiten
eliminar la disolución agua-ácido sulfúrico y recolectar en mayor cantidad la cera en
forma de espuma como se aprecia en la Figura 7.
18
Figura 7. Recolección la cera en forma de espuma de la superficie de la paila con una espumadera, dejando que la solución acida regrese a la paila.
Toda la espuma recolectada es vertida en un recipiente metálico de forma cilíndrica
llamado “cortador” en el cual es calentada nuevamente hasta ebullición y donde se deja
reposar para que por acción de la gravedad y la diferencia de densidades se separen
las impurezas, el agua y la cera, que se retira cuando está fría en forma de un bloque
sólido llamado cerote. Finalmente, el cerote es tratado por métodos de filtración y
blanqueamiento para ser comercializado como cera de candelilla (Ochoa-Reyes et al.,
2010; CONAFOR 2010). Los principales consumidores de cerote de candelilla en
México son las empresas refinadoras, quienes posteriormente venden la cera como
insumo a otras empresas, las tres actividades principales que realizan estas empresas
nacionales son: semi refinado, refinado y blanqueado (Ortiz, 2005). De la planta de
candelilla se obtiene aproximadamente del 1 al 4% de cerote, en el proceso de
transformación de cerote a cera cruda, se pierde hasta el 6% en deshechos. De la cera
cruda a la refinada, se pierde hasta el 3% de la cera. En la obtención del máximo nivel
de refinación es decir filtrado blanqueado, prácticamente no hay pérdida, mientras que
para producir el polvo, se llega a perder otro 3% (De la Garza y Berlanga, 1993). La
superficie bajo aprovechamiento de candelilla es de aproximadamente 427,000 ha
representando aproximadamente el 1.32% de su distribución potencial en el país (32,
420,133 ha). México es el principal y prácticamente el único productor de cera de
19
candelilla en el mundo y Coahuila es el Estado líder, seguido por Zacatecas, Durango y
Chihuahua. Actualmente existen 160 predios aprovechando la Candelilla, los cuales
cuentan con estudios técnicos e inventarios, en los Estados de Coahuila, Chihuahua,
Durango, Nuevo León, San Luís Potosí y Zacatecas (SEMARNAT, 2009). La producción
natural es en promedio de 189.8 kg de cerote/ ha. Es necesario recolectar entre 20 y 40
plantas frescas para obtener una tonelada de cera. (CONAFOR, 2010). Aunque el
mercado de la candelilla parece estar asegurado en el futuro próximo, es indudable que
la producción de cera resulta cada vez más difícil, pues, los campesinos han agotado
poco a poco las comunidades naturales cercanas a sus ejidos de explotación. Por esta
razón, los candelilleros tienen que trasladarse a grandes distancias de sus centros
habitacionales, para poder obtener los volúmenes de la planta que necesitan para su
sostenimiento. No obstante, el método de recolección de la candelilla utilizado por los
campesinos les permite obtener un máximo de ganancias, no toman en consideración
el deterioro y empobrecimiento de la cubierta vegetal que ocasionan, puesto que
arrasan con el recurso, arrancando las plantas con todo y raíces, eliminándola de
extensas zonas que tardarán años en recuperarse, si las condiciones ambientales son
favorables. Ante la reducción alarmante de las poblaciones silvestres de candelilla, el
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales (INIFAP) y la Comisión Nacional de
Zonas Áridas (CONAZA), han realizado grandes esfuerzos por establecer nuevos
sistemas de corte que no impliquen la destrucción total de la planta, así como diversos
métodos de cultivo por medio de plantaciones en diversos sitios áridos y semiáridos,
donde crece silvestre. Debido a lo inadecuado de la apropiación de éste valioso
recurso por parte de los ejidatarios de la zona candelillera, varios investigadores de
zonas áridas, ha sugerido diversas técnicas para su conservación, entre las que se
mencionan vedas temporales, regeneración de zonas denudadas o iniciar plantaciones
(Castorena-Villa et al., 2005; Cervantes-Ramírez, 2002). El futuro de los candelilleros
enfrenta grandes riesgos, entre los más importantes está la sobreexplotación, ya que en
algunos lugares de extracción se ha observado la disminución de la densidad de
plantas de candelilla. Dado que la planta se extrae con todo y raíz, es necesario esperar
entre dos y cinco años para que ésta se recupere y crezcan nuevos tallos. En varios
sitios se han establecido programas de plantación de candelilla. Por otro lado, desde
20
1999 los candelilleros requieren permisos de aprovechamientos sustentados en un
estudio técnico, donde se evalúan las posibilidades de cosecha y se plantean
estrategias para realizar un manejo sustentable de la especie. Varios ejidos ya cuentan
con los permisos, pero el aislamiento, la falta de capacitación, y los altos costos para
elaborar estos estudios técnicos y tramitar el permiso han dificultado que muchas
comunidades obtengan los permisos (López et al., 2005).
2.4 Raspado del tallo
Multiceras S.A. de C.V. invirtió hace algunos años en un estudio elaborado por el
Centro de Investigación en Química Aplicada CIQA para obtener la ingeniería básica de
una planta para extraer candelilla. La calidad del producto obtenido con este método
resultó ser alta. El problema principal de esta planta fue debido a que no se solucionó el
reto de la logística del transporte de la hierba, el cual se encarecía aún más, debido a
que habría solo una planta central. Se buscó la forma de que la planta fuese móvil y
que se trasladara a centros de acopio de hierba, pero los estudios preliminares
arrojaron que los costos de operación de una planta de esa naturaleza serían muy
altos. Por esa razón el estudio del CIQA se archivó. A raíz de lo anterior se ha buscado
la forma de incorporar tecnología a la extracción pero tratando de solucionar el área de
oportunidad del transporte de la hierba. Para disminuir considerablemente el transporte
de este material que no agrega al final ningún valor, se propone la idea de sustituir el
proceso de recolección de la hierba por el proceso de “raspado” de la superficie de la
hierba. Para lograr lo anterior, habría que diseñar una herramienta especial que
utilizaría el candelillero para raspar o tallar la parte externa de la hierba (donde se
concentra el mayor porcentaje de cera en la planta) sin arrancarla o “pizcarla” del suelo.
Lo que se obtendría con este método sería un material con un alto contenido de cera.
Con esto, se reduciría substancialmente el traslado de material que no agrega valor y,
en consecuencia, el costo del transporte. Este método sería más sofisticado y tardado
que simplemente hacer la “pizca” de la hierba, sin embargo, se estima que los ahorros
en transporte pagarían varias veces el costo del tiempo adicional y la fabricación del
21
utensilio con el que se rasparía la planta. Cabe mencionar que una ventaja muy
importante en esta modalidad sería que al no tener que arrancar la hierba del suelo,
podría respetarse la naturaleza y esto abonaría en la sustentabilidad del recurso. En
este sentido, habría que hacer estudios y pruebas para medir la supervivencia de la
planta al quitársele la cera que la misma planta produce para protegerse del medio
ambiente adverso. Una teoría es que, como conservaría parte de la cera, la planta
podría sobrevivir e incluso producir en un tiempo aquella cera que le fue extraída,
misma que podría extraerse nuevamente en un ciclo diferente. Con este método de
obtención de material rico en cera, habría la necesidad de adaptar el proceso de la
extracción de la cera misma, pero sin duda estamos hablando de una operación que, de
validarse, se estima sería mucho más productiva y eficiente que la actual (Marmolejo-
Vélez, 2011).Se han hecho muy pocas mejoras al proceso de producción de cera de
candelilla y los intentos que se han hecho de cortar la candelilla de manera mecánica
para evitar destruir las raíces han fallado ya que su fragilidad y las características de ser
seco y poco compacto que presenta el suelo dificultan la operación (Warth, 1956).
2.5 Operaciones de secado
En general, el secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente
pequeñas de cierto material. Los métodos y procesos de secado se clasifican de
diferentes maneras; se dividen en procesos de lotes, cuando el material se introduce en
el equipo de secado y el proceso se verifica por un periodo; o continuos, si el material
se añade sin interrupción al equipo de secado y se obtiene material seco con régimen
continuo. Los procesos de secado se clasifican también de acuerdo con las condiciones
físicas usadas para adicionar calor y extraer vapor de agua: 1. en la primera categoría,
el calor se añade por contacto directo con aire caliente a presión atmosférica, y el vapor
de agua formado se elimina por medio del mismo aire; 2. en el secado al vacío, la
evaporación del agua se verifica con más rapidez a presiones bajas, y el calor se añade
indirectamente por contacto con una pared metálica o por radiación (también pueden
usarse bajas temperaturas con vacío para ciertos materiales que se decoloran o se
descomponen a temperaturas altas); 3. En la liofilización, el agua se sublima
directamente del material congelado (Geankoplis, 1998). En el mercado de equipos
22
para la industria química hay muchos tipos de secadores, cada uno diseñado para su
propia especialidad y algunos lo suficientemente versátiles como para secar más de un
tipo de material húmedo. Los secadores pueden clasificarse de acuerdo con el modo de
operar o con el servicio requerido. Sin embargo la elección de un secador para un
servicio particular por parte de un ingeniero proyectista, se reduce a decidir entre no
más de tres tipos, teniendo en cuenta el rendimiento y la economía de cada uno de
ellos. El proceso de secado de sólidos es de considerable importancia práctica y
económica en todas las industrias. La operación varía muchísimo según el material a
secar, desde unos pocos segundos a algunos días. En gran parte su práctica es más un
arte que una ciencia, si bien explicable por los principios científicos. Por lo tanto puede
esperarse que en el futuro los progresos surjan de la cooperación entre inventores y
científicos dedicados al tema (Nonhebel y Moss, 1979). Existe la teoría de que el
someter a la planta de candelilla a condiciones de secado aumentará la cantidad de
cera que esta produce para protegerse de la pérdida de humedad (Multiceras, 2011).
23
III. JUSTIFICACIÓN
La recolección de la planta de candelilla para extracción de cera es una actividad
económica que representa el sustento para muchas familias de las zonas rurales del
norte del país. Sin embargo, al momento de realizar la extracción en las pailas, el
rendimiento es extremadamente bajo, es decir, se requiere una gran cantidad de planta
para obtener pequeñas cantidades de cerote. Ésta situación obliga a los candelilleros a
aumentar la recolección de planta, para aumentar sus ingresos sin tomar en cuenta el
deterioro ambiental que están generando al deforestar indiscriminadamente y agotar
prácticamente el recurso de ciertas zonas que no pueden regenerarse. Es interés de las
instancias de gobierno competentes y de las empresas privadas que se dedican a la
refinación y comercialización de la cera de candelilla que se encuentre un nuevo
método o adecuaciones al ya existente para lograr el aprovechamiento sustentable de
este recurso de gran valor. Es por esto que Multiceras S.A. de C.V. propone el proyecto
de probar dos experimentos; el primero, el secado acelerado de la planta de candelilla
después de la recolección para comprobar si produce una mayor cantidad de cerca y el
segundo, el raspado de la superficie de los tallos de la planta en su hábitat y a partir
esto realizar la extracción de cera, en lugar de arrancar la planta completamente y ver si
éste material logra dar al menos el mismo rendimiento, conservando las plantas en
buen estado para seguir produciendo cera.
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IV. OBJETIVOS
4.1 Objetivo general
Evaluar el impacto que tienen los métodos propuestos de raspado de tallo y secado de
la planta en el rendimiento de extracción de cera.
Hipótesis: Añadir los métodos de secado y raspado del tallo de la candelilla al método
tradicional puede aumentar el rendimiento de extracción de cera, a la vez que ayuda a
la sustentabilidad de ésta actividad económica.
4.2 Objetivos específicos
1) Comprobar si al exponer la planta de candelilla ya cosechada a condiciones de
secado ésta puede seguir produciendo mayor cantidad de cera para protegerse
de la perdida de humedad y si es que esto se traduce en mayores rendimientos
de producción.
2) Probar la técnica del raspado de la planta de candelilla e intentar obtener cera
del material obtenido, manteniendo al menos los rendimientos actuales, pero
respetando la integridad de la planta y reduciendo el impacto ambiental.
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V. MATERIALES
5.1 Materiales
-Planta de candelilla piscada
-Planta de candelilla en su hábitat
-Charolas de aluminio
-Pinzas para pelar cables
-Guantes de látex
- Malla de alambre
-Bolsas plásticas
-Parilla eléctrica de laboratorio
-Vasos de precipitados 500, 800 y
1000ml
-Lata metálica
-Estufa de secado
-Probeta graduada 200ml
-Pipeta serológica 10ml
-Soporte universal
-Bascula electrónica
-Malla filtro de 200 micras
-Termómetro
-Reloj
5.2 Reactivos
-Agua
-Ácido sulfúrico al 98%
26
VI. METODOLOGÍA
6.1 Raspado de los tallos de candelilla
Se comenzó por localizar un área en el ejido de Carricitos en Mina Nuevo León, donde
se encontraran tres plantas de candelilla que cumplieran con las condiciones de crecer
en macollos aislados y alejados de plantas espinosas para tener un buen acceso y
realizar el raspado de sus tallos (Figura 8).
Figura 8. Plantas de candelilla aisladas y alejadas de plantas espinosas para tener mejor acceso.
Utilizando unas pinzas de las que sirven para retirar el aislante a los cables eléctricos
(Figura 9), se rasparon los tallos de las tres plantas que se eligieron como se muestra
en la figura 10 y se recolectó toda la “corteza” de candelilla (50g aprox.) en charolas
de aluminio que se guardaron dentro de bolsas de plástico, para posteriormente
extraerle la cera en laboratorio (Dicho procedimiento se explica más adelante).
27
Figura 9. Pinzas utilizadas para el raspado de los tallos de candelilla
Figura 10. Raspado de los tallos de candelilla, recolectando el material, para posteriormente realizar la extracción de cera.
28
Las raíces de los tallos de candelilla son frágiles y fácilmente se arranca la planta del
suelo, aun procurando no hacerlo (Figura 11), sin embargo con un poco de práctica se
logró dominar la técnica y conservar la planta en su sitio. Ésta se cubrió con una malla
de alambre metálico para evitar que sufriera daños externos (Figura 12) y se revisó su
estado después de un mes para observar si lograba sobrevivir y producir aún más cera.
Figura 11. La raíz es frágil y los tallos son arrancados fácilmente aún procurando mantenerlos en su sitio.
Figura 12. Planta de candelilla cubierta con una malla metálica para su protección después del raspado de sus tallos.
29
6.2 Secado acelerado de planta de candelilla y extracción de cera en laboratorio.
Antes de comenzar se consiguieron atados de planta de candelilla ya cortada por los
candelilleros de la región. Se comenzó por formar atados de 500 gramos de planta
registrando el peso para después introducir el atado en una estufa de secado (Figura
13) y someterlos a este tratamiento durante periodos de 8, 16, 24 y 48 horas a 40oC
que son las condiciones que se desean probar ya que son fácilmente reproducibles a
una mayor escala y en condiciones de campo, así mismo se dejo un atado como un
blanco sin secar para tener un punto de comparación.
Figura 13. Planta (500 gramos) dentro de la estufa para secado.
Después de que la planta cumplió su periodo de tiempo en la estufa, se registró el peso
y se analizaron sus características físicas a simple vista registrándolas en una tabla.
Después de esto se procedió a emular la técnica de extracción como se hace en las
pailas en campo:
En una lata metálica se colocó la planta seca, se agregaron 3.5 L de agua y se puso a
hervir sobre una placa de calentamiento, se puede utilizar una probeta o un objeto
pesado sujeto con un soporte universal para mantener la planta presionada al igual que
lo hacen con las rejas de las pailas como se muestra en la Figura 14, después se
30
agregaron 5mL de ácido sulfúrico concentrado y se continúa con el hervor hasta que la
cera contenida en la planta comienza a flotar en forma de espuma, esta espuma es
recolectada en un vaso de precipitados de capacidad suficiente y posteriormente
calentada de nuevo para formar el cerote.
Figura 14. Extracción de la cera de candelilla en laboratorio emulando la técnica tradicional utilizada por los candelilleros.
El experimento se repitió sometiendo la planta ahora a 50oC de temperatura a los
mismos tiempos de secado y mismas condiciones de extracción siendo la única
variación que la planta utilizada correspondía a un lote más fresco que el anterior ya
que las limitaciones de infraestructura y material de laboratorio no permitieron correr las
pruebas simultáneamente para poder utilizar el mismo lote de planta de candelilla. El
cerote obtenido de estas extracciones se pesó antes de someterlo a calentamiento para
retirar la humedad y filtrarlo a través de una malla de 200 micras obteniendo así la cera
filtrada simulando el proceso industrial y registrando todos los datos obtenidos. Se
realizaron los cálculos de rendimientos de cerote y cera y se compilaron los datos para
su análisis posterior.
31
VII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
7.1 Resultados y discusión del raspado de los tallos de candelilla.
Después de realizar en laboratorio la extracción del cerote, emulando la técnica real de
los candelilleros como se describió en la metodología y de filtrar este cerote para
obtener cera, se pesaron los materiales obtenidos y se calculó del rendimiento de cera
obtenido de los 44.88 gramos de material recabados del raspado de los tallos de
candelilla y dichos resultados se muestran a continuación en la Tabla 3.
Tabla 3. Resultado obtenidos de la extracción de cera del material recabado del raspado de los tallos de candelilla
El rendimiento de cerote obtenido es de 4.26%, lo cual es mayor a los reportados con la
técnica tradicional de extracción que generalmente oscila alrededor del 3%. Sin
embargo el rendimiento de cera filtrada obtenida fue de 0.28% es decir casi 10 veces
más bajo que los rendimientos normales cuyos valores son aproximadamente del 2.7 %
(Multiceras, 2011).
Peso Corteza 44.88 g
Peso Cerote 1.91 g
Peso Cera 0.125 g
Rendimiento cerote 4.26%
Rendimiento cera 0.28%
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Transcurrido un mes, se regresó al lugar donde se encontraban las plantas de candelilla
que fueron raspadas para verificar su estado (Figura 15). Las tres plantas utilizadas se
encontraron visiblemente secas del área que fue raspada y no se había regenerado
absolutamente nada de la corteza o la cera que fueron retiradas de la planta.
Figura 15. El estado de las plantas después de un mes era visiblemente afectado por la sequedad en los tallos que habían sido raspados, la corteza y la cera no se regeneraron
en absoluto.
El rendimiento de cera obtenida del material raspado de los tallos resultó muy por
debajo del obtenido con la extracción de la planta completa y no se logró que la planta
sobreviviera y regenerara la corteza de sus tallos o la cera retirada.
33
7.2 Resultados y discusión del secado acelerado de la planta de candelilla y la
extracción de cera en laboratorio.
Las características físicas de la planta después del secado fueron evaluadas
visualmente y registradas en la Tabla 4.
Tabla 4.Caracteristicas físicas de la planta después del secado
De las pruebas realizadas en laboratorio con planta seca, registrando los pesos de la
planta después del secado y calculando los rendimientos en base a las cantidades de
cerote y cera filtrada extraídos, se obtuvieron los siguientes resultados (Tablas 5 y 6).
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Tabla 5. Resultados de las pruebas de secado a 40oC
Tabla 6. Resultados de las pruebas de secado a 50oC
En donde se registran las condiciones a las que se llevaron a cabo los experimentos,
los pesos iniciales y finales de la planta que fue secada, las cantidades de agua y ácido
sulfúrico que se utilizaron. Los valores en la parte inferior de ambas tablas muestran la
variación de los pesos de cera y cerote obtenidos así como de los rendimientos en
función del tiempo de secado de la planta a una temperatura constante. La
representación visual de estas Tablas se muestra en las Figuras 16 y 17
respectivamente.
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Figura 16. Gráfica de tiempo de secado vs Rendimiento de cerote y cera extraídos de planta seca a 40oC.
La relación entre rendimiento de cerote y rendimiento de cera no es proporcional,
debido a que el cerote puede contener mayor cantidad de impurezas y humedad a
causa de variables en el proceso de extracción que no son del estudio de este trabajo.
En cuanto al rendimiento de cera filtrada el cual es en el que se concentra
principalmente este estudio, se observa una relación directamente proporcional entre el
rendimiento y el tiempo de secado con un aumento en los rendimientos del 2.759% en
planta sin secar (muestra cero) al 3.928% en planta seca a 48 horas (muestra 4), lo que
quiere decir que se logró producir un 33.54% más de cera entre la planta que fue
secada durante 48 horas y la que no se sometió al secado
36
Figura 17. Gráfica de tiempo de secado vs Rendimiento de cerote y cera extraídos de planta seca a 50oC.
Nuevamente, al graficar Rendimiento de cera contra Tiempo de secado se observa un
aumento en el rendimiento final de cera filtrada al llegar del 2.430% en planta sin secar
al 2.764 en planta seca durante 48 horas. Lo que indica que el tratamiento de secado
aplicado dio resultado, teniendo un 12.08% más de cera en comparación con la planta
no secada.
Comparando el aumento en el rendimiento en las pruebas a ambas temperaturas de
secado se tiene que; el rendimiento obtenido a 50oC (12.08%) es menor que el
obtenido a 40oC (33.54%) esto debido a que la planta utilizada era más joven y fresca,
por lo que su contenido en cera es menor. Aunque por cuestiones de tiempo, las
pruebas no pudieron repetirse un número de veces suficiente para realizar un análisis
estadístico de estos resultados, los investigadores de Multiceras que han analizado
estos datos afirman que los aumentos en los rendimientos son significativos en
comparación con los rendimientos que se tienen sin tratamientos de secado.
37
VIII. CONCLUSIONES
Del experimento de raspado de los tallos de candelilla en las tres repeticiones que se
realizaron, se determina que este no es un método efectivo para obtener cera de
candelilla ya que implica una mayor dificultad y tiempo de operación, reportando
menores rendimientos de cera obtenida, además de que tampoco se logró mitigar el
impacto ambiental que genera la explotación de este recurso, ya que la planta si bien
no es arrancada del suelo completamente, si es desposeída totalmente de la protección
que le brinda la cera lo que provoca que se seque y eventualmente muera.
En cuanto a las pruebas de secado acelerado de la planta, se comprobó la hipótesis de
que la planta continua generando cera aún después de cortada, si se somete a
tratamientos de secado, y esto se traduce en un aumento del rendimiento en la
extracción de cera. Si bien este aumento no pareciera ser muy grande, es significativo
ya que esta actividad económica a pesar de contar con rendimientos bajos, tiene alta
producción y rentabilidad debido a lo valioso del producto. Esto podría significar
además de un incremento en los ingresos de todas las personas que se benefician de
esta actividad económica, un decremento en la cantidad de planta devastada, siempre y
cuando, utilizando la información generada en este trabajo, se logre diseñar un sistema
de secado de la planta que aproveche fuentes renovables de energía, que pueda
funcionar sustentablemente y a bajos costos de operación y mantenimiento.
38
IX. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
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