OBTENCION DE FIBRAS DE HOJA DE PIÑA PARA APLICACION EN LA INDUSTRIA TEXTIL

1
ESCUELA INDUSTRIAL PEDRO DOMINGO MURILLO
QUÍMICA INDUSTRIAL
PERFIL DE PROYECTO DE GRADO
OBTENCIÓN DE FIBRA DE LAS HOJAS DE PIÑA PARA
APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA TEXTIL DE FIBRAS
NATURALES
POSTULANTE: YANA CHAMBI MARYSABEL
TUTOR: LIC. HONORIA SILVIA MARTINEZ TAPIA
LA PAZ-BOLIVIA
2
DEDICATORIA
El
trabajo
Emeterio
va
y
fundamental
dedicado
Blacida
durante
a
por
mis
ser
mi
padres
el
pilar
formación
académica, por el ejemplo, apoyo, y el amor
incondicional de padre y madre.
A mis hermanos por su apoyo constante
durante toda mi formación académica.
3
Agradecimiento
A
toda mi familia por brindarme el apoyo fundamental
durante toda mi formación académica.
A los docentes de EISPDM QUIMICA INDUSTRIAL por impartir
conocimiento, por la paciencia académica, la motivación, la
confianza brindada durante el proceso de formación.
A mis amigos por brindarme los consejos para la realización
de este trabajo.
Mis sinceros agradecimientos a todas las personas que
aportaron en la realización de este trabajo.
4
INDICE
EXTRACCIÓN DE LA FIBRA A PARTIR DE LAS HOJAS DE PIÑA DESTINADA A LA
INDUSTRIA TEXTIL .................................................................................................................... 7
1.
DIAGNOSTICO DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................ 7
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................ 8
1.1.1. DETERMINACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA ........................................................ 8
1.1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................... 9
1.1.3. MATRIZ DE CONSISTENCIA ................................................................................... 9
1.2. DELIMITACIÓN DEL TEMA ......................................................................................... 10
1.3. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 10
1.3.1. OBJETIVO GENERAL .............................................................................................. 10
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................... 10
1.4. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................. 11
2. MARCO TEÓRICO................................................................................................................. 13
2.1. CARACTERÍSTICAS BOTÁNICAS ............................................................................... 13
2.2. PLANTA Y FRUTA .......................................................................................................... 13
2.3. PRODUCCIÓN.................................................................................................................. 14
2.4. FIBRA VEGETAL DE PIÑA ............................................................................................ 15
2.4.1. ANTECEDENTES ..................................................................................................... 15
2.4.2. COMPOSICIÓN DE LA HOJA DE PIÑA ................................................................ 15
2.5. EXTRACCIÓN DE LA FIBRA ........................................................................................ 16
2.5.1. DECORTICACIÓN .................................................................................................... 17
2.5.2. LAVADO, SECADO Y SUAVIZADO ..................................................................... 17
2.5.3. DESGOMADO ........................................................................................................... 17
2.6. TIPOS DE EXTRACCIÓN DE LA FIBRA ...................................................................... 17
2.6.1. EXTRACCIÓN POR DESFIBRADO MANUAL ..................................................... 17
2.6.2. EXTRACCIÓN POR ENFRIADO ............................................................................. 18
2.6.3. EXTRACCIÓN POR DESFIBRADO MECÁNICO .................................................. 18
2.6.4. EXTRACCIÓN POR DESCORTEZACIÓN ............................................................. 19
2.6.5. EXTRACCIÓN MEDIANTE EL MÉTODO DE HAGOTÁN .................................. 19
2.6.6. EXTRACCIÓN MEDIANTE EL DESFIBRADO QUÍMICO .................................. 19
2.6.7. LAVADO Y SUAVIZADO DE LA FIBRA .............................................................. 19
2.7. PROPIEDADES DE LA HOJA DE PIÑA ........................................................................ 20
5
2.7.1. PROPIEDADES SENSORIALES .............................................................................. 21
2.7.2. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS ........................................................................ 21
2.7.3. PROPIEDADES MECÁNICAS ................................................................................. 22
2.8. APLICACIÓN DE LA FIBRA EN LA INDUSTRIA TEXTIL ........................................ 22
3.
DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................................... 24
3.1.
VARIABLES ................................................................................................................. 24
3.1.1. CONCEPTUALIZACIÓN DE VARIABLES ............................................................ 24
3.1.2. OPERACIONALIZACION DE VARIABLES .......................................................... 25
3.2. METODOLOGÍA .............................................................................................................. 26
3.2.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN ..................................................................................... 26
4.
MARCO TÉCNICO.............................................................................................................. 28
4.1. METODOLOGÍA TÉCNICA ............................................................................................ 28
4.2. PROCESO DE EXPERIMENTACIÓN ............................................................................ 29
4.2.1. Extracción Manual ...................................................................................................... 29
4.2.2. EXTRACCION POR METODO QUIMICO ............................................................. 30
4.2.3. SUAVIZADO DE LA FIBRA .................................................................................... 35
4.2.4. BLANQUEO DE LA FIBRA ..................................................................................... 35
4.2.5. HILADO DE LA FIBRA ............................................................................................ 36
4.2.6. VALIDACION DE LA FORMULACION DEL PROBLEMA ................................. 36
5.
6.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 38
5.1.
CONCLUSIONES ......................................................................................................... 38
5.2.
RECOMENDACIONES ................................................................................................ 38
REFERENCIAS .................................................................................................................... 40
6.1.
6.2.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................... 40
REFERENCIAS WEBGRAFICAS ............................................................................ 40
6
CAPITULO I
GENERALIDADES
7
OBTENCIÓN DE FIBRA DE LAS HOJAS DE PIÑA PARA APLICACIÓN
EN LA INDUSTRIA TEXTIL DE FIBRAS NATURALES
1. DIAGNOSTICO DE LA INVESTIGACIÓN
En la actualidad Ananás Anam es la empresa que fabrica y vende Piñatex, con sede en el Reino
Unido. Piñatex es un sustituto de cuero para vestimenta innovador hecho de los residuos de las
fibras de hoja de piña que se producen en el proceso de cosecha. Actualmente está en desarrollo
en el Royal Collage of Art de Londres.
Piñatex es un subproducto de la cosecha de la piña (hojas de piña normalmente cosechadas que se
pudren en el suelo), el material no requiere terreno adicional de cultivo. A su vez, un subproducto
del procesamiento de Piñatex es una biomasa que se puede convertir en fertilizante, que
proporciona ingresos adicionales a los agricultores de la piña. (Fuente: Piñatex 2018 – Carmen
Hijosa).
La producción de piña en Bolivia se encuentra principalmente en el Trópico del Departamento de
Cochabamba, en los municipios de Villa Tunari, Shinahota, Chimoré, Puerto Villarroel y Entre
Ríos; también se cultiva piña en el departamento de Santa Cruz, La Paz, Beni y Pando. Las
variedades de piña cultivadas en Bolivia son: Pucallpa, Cayena Lisa, Champaca, y MD2.
(FONADAL)
Figura 1: producción Nacional de piña
Fuente: Instituto Nacional de Estadística (2018)
8
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Las condiciones ambientales como es la humedad, la temperatura específicamente en el trópico
cochambambino hacen que el porcentaje de producción de la piña sea alta.
Figura 2: porcentaje de producción en trópico cochabambino
Superficie
(ha.)
Municipio
Chimoré
Producción
(tm)
Empleos
directos
Empleos
indirectos
109
2180
87
87
Entre Ríos
1711
34220
1368
1368
P. Villarroel
1022
20440
817
818
Shinahota
41
820
33
51
V. Tunari
160
3200
128
200
3043
60860
2433
2524
TOTAL
Fuente: FONADIN 2019 (Fondo Nacional de Desarrollo Integral)
Según el periódico “Los Tiempos” junto con el Instituto Nacional de Estadística (INE), en Bolivia
específicamente en el trópico cochabambino existen desechos de residuos sólidos de piña (hojas)
la cual se incinera para evitar aglomeraciones de basura.
Por otro lado, a medida que los años van pasando el mundo de la moda va cambiando, la industria
textil tienen efectos negativos que se producen al trabajar con tintes, químicos o materiales
contaminantes, y por ello cada vez las empresas, instituciones, van diseñando productos con
materiales 100% naturales.
El proyecto pretende aprovechar los residuos que son las hojas de piña procesándolas para obtener
fibra vegetal cuyo uso es actualmente en la industria textil como complemento del cuero y como
hilo.
1.1.1. DETERMINACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA
Actualmente el cultivo de la piña se da en cantidades altas, por ende también produce desechos
post cosecha como son las hojas, estas deben ser incineradas para evitar acumulo en campo de
cultivo ya que no son destinadas para ningún uso. Con la incineración de las hojas se hace un
aporte negativo en la huella del carbono.
Las hojas de las plantas de piña después de la cosecha se consideran un material de desecho que
permanecen en el campo de cultivo, causando un problema para los agricultores y para el ambiente,
ya que normalmente las hojas se queman, sin embargo, la utilización efectiva de los residuos
agrícolas es una necesidad.
9
Figura 3: árbol de causa y efecto
1.1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Se podrá realizar el hilado con la fibra extraída a partir de las hojas de piña en combinación con
la fibra del algodón y cuál sería la proporción peso/peso más factible para el hilado?
1.1.3. MATRIZ DE CONSISTENCIA
EXTRACCIÓN DE LA FIBRA VEGETAL A PARTIR DE LAS HOJAS
DE PIÑA DESTINADA A LA INDUSTRIA TEXTIL
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuáles son los parámetros de operación para la
extracción de la fibra vegetal a partir de las hojas
de piña?
OBJETIVO GENERAL
Extracción de la fibra vegetal a partir de
las hojas de piña
10
Aplicar como materia prima en la industria textil Emplear como materia prima en la industria
textil (vestimenta en base a fibra de piña)
(vestimenta en base a fibra de piña)
1.2. DELIMITACIÓN DEL TEMA
El alcance del proyecto centrará su investigación científica y diseño experimental a nivel
laboratorio en las instalaciones y equipos de la escuela industrial Pedro Domingo Murillo la cual
permitirá obtener un conocimiento y método nuevo para la extracción y tratamiento para la fibra
vegetal.
Se realizara experimentos en las siguientes etapas del proceso: secado de las hojas, lavado con
soluciones químicas, blanqueado de la fibra, suavizado de la fibra.
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar la temperatura, tiempo, concentración óptimos para la extracción de la fibra
vegetal a partir de las hojas de piña.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Caracterizar la materia prima sujeta a tratamiento para extracción de la fibra.
•
Determinar el método adecuado para la extracción basado en el rendimiento y las
propiedades de la fibra.
•
Determinar el rendimiento de extracción.
•
Realizar el hilado en combinación con fibra de algodón o fibra de oveja.
11
1.4. JUSTIFICACIÓN
El presente proyecto está promoviendo iniciativas de emprendimiento, innovación y nuevos
métodos para la obtención de la fibra vegetal aprovechando de una mejor manera los desechos de
la siembra de las piñas y evitando aglomeraciones de hojas de piña que generan los cultivos post
cosecha.
Contribuirá en la economía del país mediante la apertura de nuevas fuentes de trabajo, la
fabricación de un producto con mayor valor agregado permitirá a nuestro país obtener nuevos
ingresos y evitara importar productos provenientes de otros países los cuales tienen un valor
superior a los que se elaboraría en nuestro país con el fin de consumir nuestros productos.
Aplicación de los conocimientos teóricos prácticos asimilados en el curso de mi formación
profesional en este campo de la química industrial, en cuanto a la generación conocimiento
aplicado
12
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
13
2. MARCO TEÓRICO
2.1. CARACTERÍSTICAS BOTÁNICAS
Según (Jimenez, 2010), la piña (Ananas comusus) pertenece al género ananas y forma parte de la
familia de bromeliáceas, nativa del américa del sur.
Las principales variedades se clasifican en cinco grupos de acuerdo con sus hábitos de
crecimiento, la forma de la fruta, las características de la pulpa y la morfología de las hojas y se
han propagado por todo el mundo en función de su capacidad de adaptación a las condiciones
pedoclimáticas locales son: Cayena, Española, Queen, Pernambuco y Perolera (INFOCOMM,
UNCTAD:2000, Carolina Dawson).
2.2. PLANTA Y FRUTA
La piña es una planta herbácea de 1 a 1,5 metros de extensión, tanto a lo alto como en lo que a su
circunferencia se refiere. Está formada por una roseta de hojas duras, lanceoladas y más o menos
espinosas, organizadas alrededor de un tallo que constituye el eje de la planta. En su prolongación
crece un ápice en cuyo extremo nace la fruta terminada en una corona. La inflorescencia es
racimosa y puede producir más de cien flores. De hecho, la fruta está formada por el conjunto de
flores que crecen alrededor del ápice que, a partir de ahí, constituye el tallo de la fruta del
pedúnculo hasta la corona. Cada flor origina una fruta independiente organizada en espiral
alrededor del tallo. Estas frutas se fusionan durante la fructificación hasta originar la piña.
La temperatura ideal para el crecimiento de la planta de piña es por encima de los 22 , hasta los
30
; las temperaturas menores a 13
inhiben y detienen su crecimiento, mientras que las
temperaturas muy elevadas pueden ocasionar la quema de la planta y que el fruto se parta.
14
Grafico 4: cultivo de piña
Fuente: forest and Kim Starr/CCBY2.0
2.3. PRODUCCIÓN
Según el Instituto Nacional de Estadística (INE - 2018), en Bolivia la producción se encuentra
concentrada en la región tropical del departamento de Cochabamba que ocupa un lugar importante
dentro los cultivos prioritarios por el desarrollo alternativo, generando ingresos económicos y
empleo. La superficie cultivada alcanza alrededor de 1.000 ha., el rendimiento por hectárea es
variable, en función de la densidad y del cultivar; en general varía entre 25 y 30 t/ha. En los últimos
tiempos existe una demanda de piña fresca en el mercado internacional principalmente Argentina,
Chile, Uruguay y Paraguay, en el ámbito nacional por su relevancia socio cultural y el consumo
cotidiano los mayores consumidores son las ciudades de La Paz, Cochabamba y Santa Cruz.
La producción de piña en Bolivia se encuentra principalmente en el Trópico del Departamento de
Cochabamba, en los municipios de Villa Tunari, Shinahota, Chimoré, Puerto Villarroel y Entre
Ríos; también se cultiva piña en el departamento de Santa Cruz, La Paz, Beni y Pando. Las
variedades de piña cultivadas en Bolivia son: Pucallpa, Cayena Lisa, Champaca, y MD2.
(FONADAL).
15
Municipio
Tabla 1: cantidad de producción de piña por municipio
Superficie
Producción Familias
Empleos
directos
(ha.)
(TM)
Empleos
indirectos
Chimore
109
2180
145
87
87
Entre Ríos
1711
34220
1368
1368
1368
Puerto Villarroel
1022
320440
817
817
818
Shinaota
41
820
82
33
51
Villa Tunari
160
3200
213
128
200
Total
3043
60860
2625
2433
2524
Fuente: datos obtenidos de FONADAL 2015
2.4. FIBRA VEGETAL DE PIÑA
2.4.1. ANTECEDENTES
Carmen Hijosa diseñadora española comenzó a investigar alternativas sustentables para la
sustitución del cuero animal. Sus investigaciones fueron intensificadas durante su ida a Filipinas,
donde descubrió que las fibras naturales, en especial las de la piña, podrían ser usadas para la
creación de tejidos. Con el modelo creado, fundo la start up ananas Anam, que hoy en día se dedica
a mejorar y difundir el tejido hecho a partir de las fibras de las hojas de piña.
2.4.2. COMPOSICIÓN DE LA HOJA DE PIÑA
La hoja de piña está compuesta por tres partes: la corteza, parte carnosa y la parte fibrosa.
•
la corteza: está constituida en mayor parte por tejido parenquimatico y en menor cantidad
azucares y resinas. Cumple la función protectora de la hoja y permite el intercambio de los
gases de la hoja, constutiye entre el 10% y el 20% del peso de la hoja seca (Antolinez,
Rueda y Briceño:1991).
•
Parte carnosa: está constituida por hemicelulosas, resinas, colorantes y gomas. Las
hemicelulosas forman parte de las capas que recubren las paredes celulares de los vegetales
y se adhieren a las fibras dándoles resistencia. El colorante presente es la clorofila, la
xantofila y carotina son importantes para la fotosíntesis y son los que dan color verde a las
hojas y las fibras. Las resinas y gomas se pueden formar naturalmente y por heridas en las
hojas ya que tienen una acción antiséptica, así como impermeabilizantes. Además de estas
16
sustancias se encuentra pectinas en muy poca cantidad, enzimas como bromelia y aceites
escenciales (Antolinez, Rueda y Briceño:1991).
•
Parte fibrosa: el material fibroso posee mayor parte de la celulosa acompañada por lignina
y pectina en pequeñas cantidades, al igual que gomas y materiales colorantes; la lignina y
la celulosa están unidas íntimamente, y representan aproximadamente el 3% del peso de la
hoja verde. Las fibras son células alargadas con paredes muy gruesas que tienen en su
interior cavidades proporcionalmente muy pequeñas, estas células se entrelazan unas con
otras formando así una estructura muy resistente. La función que cumple es dar resistencia
y rigidez a las hojas y servir de soporte a vasos conectores de savia (Antolinez, Rueda y
Briceño:1991
Tabla 2: propiedades químicas de la fibra de piña
COMPONENTE
%
cenizas
1.06
solubilidad en alcohol
1.02
solubilidad en agua caliente
3.04
lignina
4.5
celulosa
70
humedad
9
pentosanos
8.32
TOTAL
100
Fuente: Antolinez, Ruedas y Briceño
2.5. EXTRACCIÓN DE LA FIBRA
Las fibras vegetales han sido de suma importancia para la humanidad debido a que son
amigables con el medio ambiente, gracias a ellas se han podido elaborar productos útiles para
los seres humanos como la vestimenta, productos para el hogar tales como sábanas, cortinas,
alfombras, etc. Las formas de obtener estas fibras han evolucionado con las necesidades del
hombre. En tiempos ancestrales se limitaba a trabajos manuales, hoy conocidos como métodos
ancestrales o rústicos. Luego aparecieron el enriado y el descortezado mecánico, procesos con
los que se aceleró la producción e industrialización de este tipo de fibras.
17
Los factores que inciden en la extracción de las fibras son los espesores de las hojas a ser
desfibradas, la cantidad de líquido que poseen, la flexibilidad, y la resistencia. A continuación,
se muestra el proceso de obtención de fibras vegetales.
2.5.1. DECORTICACIÓN
Las fibras son obtenidas de las hojas sin la necesidad de utilizar alguna máquina o equipo. Esta
actividad es netamente manual y se pueden utilizar herramientas requeridas, una de ellas es la
aplicación de golpes a las hojas mediante piedras, pero esta conlleva daños a las mismas por
lo que ya no es muy utilizado, otro de los procesos existentes es a través el uso de navajas o
cuchillas con las cuales se procede a raspar la corteza de las hojas.
2.5.2. LAVADO, SECADO Y SUAVIZADO
La fibra extraída entra en proceso de lavado y luego pasa por un proceso de secado, se verifica
que la fibra se encuentre limpia y seca, de lo contrario pasará de nuevo al proceso de
decorticación o extracción de la fibra de piña.
2.5.3. DESGOMADO
Este es un método para desgomar la fibra vegetal decorticada, consiste en lavar con una
solución de lavado que contiene un agente tensoactivo para penetrar en la fibra vegetal y
eliminar el material soluble en agua y otros residuos que se adhieren a esta, luego se enjuaga
la fibra vegetal de la planta lavada.
Esta se trata con una solución de tratamiento acuosa ácida de pectinasa fúngica durante un
período de tiempo de entre 10 y 30 minutos para eliminar la pectina de la fibra de la planta.
2.6. TIPOS DE EXTRACCIÓN DE LA FIBRA
Las experimentaciones en laboratorio que se realiza en la Universidad Distrital Francisco José
de caldas en la sección ingeniería del proyecto en Bogotá – Colombia determinan procesos
para la extracción de la fibra de piña, las que se los citara a continuación.
2.6.1. EXTRACCIÓN POR DESFIBRADO MANUAL
Las fibras son obtenidas de las hojas sin la necesidad de utilizar alguna máquina o equipo. Esta
actividad es netamente manual y se pueden utilizar herramientas requeridas, una de ellas es la
aplicación de golpes a las hojas mediante piedras, pero esta conlleva daños a las mismas por
lo que ya no es muy utilizado, otro de los procesos existentes es a través el uso de navajas o
cuchillas con las cuales se procede a raspar la corteza de las hojas.
18
Gráfico 5: extracción manual de las fibra de piña
Fuente: Universidad Técnica del Norte, 2018.
2.6.2. EXTRACCIÓN POR ENFRIADO
Este proceso se realiza comúnmente para hojas delgadas y flexibles como la hoja de lino,
también es frecuente su uso para obtención de las fibras de tallos como el ramio y el cáñamo.
El sistema más antiguo de enriado consiste en depositar las hojas o tallos en unas cajas
sumergidas en el río, aprovechando los días más calurosos para una rápida fermentación y fácil
secado.
Este sistema no es recomendable, puesto que en la fermentación se desprende amoníaco y gas
sulfhídrico que, arrastrados por la corriente del río, llegan a matar a los peces. El enriado puede
ser también realizado en agua estancada o bien dejando las hojas o los tallos al aire libre, sobre
la hierba permitiendo que el clima intervenga ya que el rocío y el sol favorecen la acción
enzimática de hongos y bacterias. Este tipo de enriado sobre tierra puede durar de tres a doce
16 semanas. Actualmente se enría por procesos biológicos y/o químicos. Los microorganismos
que actúan en la maceración son del tipo Bacilo amilobácter.
2.6.3. EXTRACCIÓN POR DESFIBRADO MECÁNICO
Este tipo de desfibrado es utilizado especialmente para fibras duras como las de la cabuya y
para grandes producciones de fibras que son obtenidas a partir de una máquina llamada
desfibradora; consiste en hacer pasar las hojas por la máquina que puede constar de cuchillas,
rodillos dentados o con rugosidad o púas semejantes a las de una carda.
19
2.6.4. EXTRACCIÓN POR DESCORTEZACIÓN
Este método se emplea normalmente para extraer fibras duras. Para ello, se separan la corteza
de los tejidos vegetales que contienen las fibras a mano, o industrialmente con el uso de
maquinaria. Posteriormente se secan al sol para luego proceder a extraer las fibras mediante
un proceso químico. Para ello se someten las fibras a ciertos químicos como la sosa caustica,
fosfatos u otros químicos para eliminar las gomas y pectinas que contienen los tejidos de la
propia fibra, finalmente estas, se sacan del agua, se lavan y se las dejar secar en el sol.
2.6.5. EXTRACCIÓN MEDIANTE EL MÉTODO DE HAGOTÁN
Este método es utilizado para la obtención de fibras provenientes de pseudotallos como el
plátano y el abacá ya que poseen la característica de ser flexibles. Consiste en cortar los
pseudotallos en tiras pequeñas de no más de 5 cm de ancho, luego estas se enrollan la mitad
del largo de las tiras en un rodillo conectado a una rueda de inercia mediante un embrague y
la otra mitad se las colocan en medio de dos cuchillas cerradas mediante un resorte. Al realizar
un suave tirón a la parte enrollada, el rodillo ejerce una fuerza de tracción a las fibras
desprendiendo mediante la cuchilla todo el material ligante de las fibras logrando así un
desfibrado limpio y rápido. Lo mismo sucede con la otra mitad de las tiras.
2.6.6. EXTRACCIÓN MEDIANTE EL DESFIBRADO QUÍMICO
Consiste en la utilización de sustancias químicas como pueden ser la sosa cáustica, sulfito de
sodio, peróxido de hidrógeno, etc. Dependiendo de la reacción que tengan cada uno de los
compuestos para con las fibras, ya que estas soluciones serán las que van a suavizar los tejidos
adheridos a la fibra para así lograr un desfibrado parcial al cual se les añadirá un machacado o
raspado final a las fibras.
Proceso en donde se extraerá la fibra vegetal, esto se realizará a través de la máquina
decorticadora, que además generará biomasa que será usado como fertilizante natural para
beneficio de los agricultores.
2.6.7. LAVADO Y SUAVIZADO DE LA FIBRA
20
La fibra extraída entra en proceso de lavado y luego pasará por un proceso de secado, se
verificará que la fibra se encuentre limpia y seca, de lo contrario pasará de nuevo al proceso
de decorticación. (Universidad Técnica del Norte, 2018).
Gráfico 6: fibras de piña en su estado natural
Fuente: Universidad Técnica del Norte, 2018.
2.7. PROPIEDADES DE LA HOJA DE PIÑA
Tabla 3: propiedades físicas de la fibra de la hoja piña
Propiedad
Valor
Densidad (g/cm3)
1.526
Punto de ablandamiento (°C)
104
Resistencia a la tracción (MPa)
170
Módulo de elasticidad (MPa)
6260
21
Rigidez especifica (MPa)
4070
Elongación de ruptura (%)
3
Recuperación de humedad (%)
12
Fuente: Universidad Distrital Francisco José de Caldas (Gestión de Proyectos de Ingeniería).
2.7.1. PROPIEDADES SENSORIALES
Son aquellas propiedades que percibimos a través de los sentidos. Podemos destacar:
•
Color y brillo: Cada material tiene un color y un brillo característicos, por ejemplo,
los metales se distinguen a simple vista de otros materiales por su color y su brillo.
•
Textura: Todos los materiales tienen textura. Si tocamos una piedra, un cristal o
una esponja, experimentamos sensaciones diferentes al tacto, por ello hablamos de
texturas suaves, rasposas, lisa entre otros.
2.7.2. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS
Son las que están relacionadas con el comportamiento del material frente a acciones externas.
•
Transparencia: Según el comportamiento de los materiales frente a la luz se
clasifican en transparentes, translúcidos y opacos.
•
Oxidación: Hace referencia al comportamiento de un material cuando es atacado
por el oxígeno al estar sometido a la acción de agentes atmosféricos o químicos.
•
Conductividad térmica: Un material tiene alta conductividad térmica cuando deja
pasar el calor por él. Es decir, si calentamos una pieza de un material determinado
por uno de sus extremos y el calor se transmite a toda la pieza, dicho material tiene
una alta conductividad eléctrica.
•
Conductividad eléctrica: Un material tiene alta conductividad eléctrica cuando deja
pasar la corriente eléctrica por él. Entonces decimos que es conductor. En caso
contrario hablamos de materiales aislantes. Como materiales conductores se
distinguen los metales, y como materiales aislantes los plásticos.
•
Dilatación térmica: Es la propiedad por la cual los materiales aumentan de tamaño
al aumentar su temperatura.
22
•
Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen de un material. Esta magnitud
de la materia es una medida del grado de compactación de un material o sustancia.
2.7.3. PROPIEDADES MECÁNICAS
Relacionadas con el comportamiento del material cuando se somete a esfuerzos.
•
Dureza: Es la resistencia de un material a ser rayado. Es decir, un material es duro
o blando dependiendo de si otros materiales pueden rayarlo.
•
Tenacidad - fragilidad: Un material es tenaz si aguanta los golpes sin romperse. Un
material es frágil si cuando le damos un golpe se rompe.
•
Elasticidad – Plasticidad: Un material es elástico cuando, al aplicarle una fuerza se
estira, y al retirarla vuelve a la posición inicial. Un material es plástico cuando al
retirarle la fuerza continúa deformado.
•
Resistencia mecánica: Es la propiedad que permite a un material soportar esfuerzos
sin romperse evaluando el punto de quiebre
2.8. APLICACIÓN DE LA FIBRA EN LA INDUSTRIA TEXTIL
La fibra vegetal tiene amplio uso en la industria textil.
•
Puede ser un sustituto del cuero animal así como se lo aplica actualmente en España es
piñatex por Carmen hijosa.
•
También puede ser usada para la elaboración de prendas de vestir utilizando con una
mezcla de la fibra de algodón y la fibra de piña.
•
Se lo puede emplear de la misma forma para la hilatura posterior tejido de las diferentes
prendas de vestir.
23
CAPITULO III
MARCO
METODOLÓGICO
24
3. DISEÑO METODOLÓGICO
3.1.VARIABLES
INDEPENDIENTES
DEPENDIENTES
Hojas de piña
Peso de la fibra
Tiempo de inmersión de las hojas en la
solución química
Concentración de hidróxido de sodio
Rendimiento de extracción
Temperatura de extracción
Rendimiento de extracción
Concentración de la solución del peróxido de
hidrogeno
Concentración del suavizante
Grado de blanqueamiento
Hilado
Combinación de la fibra obtenida con la fibra
del algodón
Rendimiento de extracción
Grado de suavidad de la fibra
3.1.1. CONCEPTUALIZACIÓN DE VARIABLES
•
Hojas de piña: es una de las variables muy importantes ya que el producto obtenido
al final del tratamiento depende en gran parte de materia prima de la cual proviene,
esta variable depende de las características ambientales en las que produce.
•
Temperatura: Se refiere a la cantidad de calor necesario para que la solución
química actúa sobre la materia vegetal para liberar a la fibra de los componentes
ajenos a la fibra. La temperatura también es necesario para el secado de la material
vegetal antes de ser tratada químicamente.
•
Tiempo: tiempo en la cual se realiza la deslingnificacion de la fibra, también se
puede decir que es el tiempo de inmersión en las soluciones químicas.
Por otra parte la variable también será sujeta a estudio en el proceso de secado de
las hojas la piña antes de realizar la extracción química de la fibra.
25
3.1.2. OPERACIONALIZACION DE VARIABLES
TIPO DE
VARIABLE
INDEPENDIENTE
VARIABLES
DEFINICIÓN
DIMENSIÓN INDICADOR OBS.
CONCEPTUALIZACIÓN
(ITEM)
Grado
de
Concentración Cantidad necesaria para el g/L
separación de la
del hidróxido proceso de
deslignificación de las
lignina de la
de sodio
hojas.
fibra
Temperatura
Cantidad
de
calor necesario
para que la solución
química actúe
sobre la materia vegetal.
Ablandamiento Presenta
dos
de
niveles
materia vegetal de
estudio
Tiempo
El tiempo de inmersión del min
baño de deslignificación (
eliminación de la lignina de
la materia vegetal)
Fibra libre de Presenta
material
no
d
fibrosa
os
niveles
de
estudio
Porcentaje de
extracción.
Cantidad de materia
Peso de
la fibra fibrosa.
extraída.
DEPENDIENTE
g.
Blanqueo de
la fibra
El grado de blancura
adquirido por la fibra en
comparación
con
el
algodón.
Concentración
de la solución
de peróxido de
hidrogeno.
Suavizado de
la fibra
El grado de suavidad
adquirido por la fibra en
comparación
con
el
algodón.
concentración
del suavizante
utilizado.
rendimiento
Es la relación de masas %
entre la fibra y muestra de
hojas de piña seca.
La eficiencia
de
la
extracción
26
3.2. METODOLOGÍA
3.2.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN
En cuanto al tipo de investigación se tipifica como una investigación de carácter
experimental, descriptivo y cuantitativo ya que el objetivo es analizar y cuantificar las
variables relacionadas al proceso de extracción de la fibra vegetal.
27
CAPITULO IV
MARCO TÉCNICO
28
4. MARCO TÉCNICO
4.1. METODOLOGÍA TÉCNICA
29
4.2. PROCESO DE EXPERIMENTACIÓN
4.2.1. Extracción Manual
En la etapa de la extracción manual el objetivo es determinar el porcentaje de fibra extraída
respecto a la masa de las hojas, para lo cual se tomara tres muestras de materia prima.
La extracción se realizara por método de enriado en agua estancada la cual consiste en colorar las
hojas completamente sumergidas en agua al aire libre dejando que las bacterias y hongos
intervengan en el proceso, dando lugar a la separación de las fibras del resto de la materia orgánica.
Grafico 7: enriado en agua estancada
Fuente: elaboración propia
El tiempo del enriado depende del medio en donde se lleve la investigación por ende tendrá
dependencia íntima con la temperatura. Se conoce que el enriado a llegado a su término, cuando
cogiendo varios tallos y ejerciendo presión con los dedos se despedacen fácilmente las fibras y
entonces se retiran del agua, luego se seguirá con los procedimiento.
Grafico 7: 5 semanas después del enriado
30
Finalmente para la investigación se tomó un tiempo de 5 semanas de enriado en agua estancada,
recolectando datos para la investigación en la tabla 4.
Tabla 4: porcentaje de fibra extraída por enriado en agua estancada
Muestras
M-1
M-2
M-3
Procedimiento
aplicado
Masa de las
hojas
Extracción
35.7753 g
manual (Enriado en
67.5809 g
agua)
82.5715 g
Masa de la fibra
% de fibra
extraída
1.06 g
2.96
2.13 g
3.15
2.81 g
3.4
Fuente: Elaboración propia, datos experimentales
4.2.2. EXTRACCION POR METODO QUIMICO
Para la determinación de los parámetros a utilizar en concentración, tiempo de inmersión y
temperatura para el proceso de deslignificación por el método químico la investigación se basó en
el trabajo de Omar Bonilla (Extracción y Caracterización de la fibra de la hoja de la Lengua de
Suegra - hoja de formio). Con la finalidad de poder determinar nuestros parámetros de obtención
de fibra de hoja de piña se recurre a un diseño y análisis de experimentos, un diseño determinando
niveles altos y bajos de los factores determinados, con 2 réplicas y 8 muestras.
Tabla 5: niveles de experimentación
31
NIVELES
PARAMETRO
DESCRIPCION
A
CONCENTRACION DE NaOH (g/L)
B
TIEMPO DE INMERSION (MIN)
C
TEMPERATURA (℃)
BAJO
ALTO
25
30
60
50
120
90
Fuente: propia
Continuamente se realizaron ensayos en distintas condiciones con 8 muestras, con la inclusión de
un proceso de machacado de las hojas previas a la inmersión en el baño de deslignificación el cual
se realizó para remover parte del material no fibroso y de esa manera se puede facilitar el ingreso
del reactivo al interior de la estructura de la hoja. Teniendo en cuenta que el tiempo de reacción es
proporcional a la temperatura se llevó a cabo los tiempos de inmersión en los parámetros citados
a temperaturas variadas
Grafico 8: proceso de extracción por enriado químico
Fuente: propia
32
A continuación, en la tabla, se muestran los datos obtenidos de la experimentación, el cual
determina el porcentaje en masa de extracción de fibra de hoja de piña en las 2 réplicas.
Tabla 6: porcentaje de la fibra extraída por el método químico replica 1
MUESTRA
M-1
M-2
M-3
M-4
M-5
M-6
M-7
M-8
PROCESO DE
EXTRACCION
QUIMICO
HIDROXIDO DE SODIO
MASA DE
PARAMETROS LA HOJA
g/L : MIN : ℃
g
25:30:60
30
50:30:60
55.1
25:90:60
65.5
50:90:60
28
25:30:90
60.4
50:30:90
60.5
25:90:90
35.6
50:90:90
48.4
MASA
DE LA
FIBRA
g
0.98
1.81
2.20
0.82
2.01
2.11
1.10
1.57
PORCENTAJE DE MASA
% (masa hoja/masa fibra)*100
3.27
3.29
3.35
2.94
3.33
3.48
3.09
3.24
Fuente: elaboración propia datos experimentales
Tabla 7: porcentaje de la fibra extraída por el método químico replica 2
MUESTRA
M-9
M-10
M-11
M-12
M-13
M-14
M-15
M-16
PROCESO DE
EXTRACCION
QUIMICO
HIDROXIDO DE SODIO
MASA DE
PARAMETROS LA HOJA
g/L : MIN : ℃
g
25:30:60
33.1
50:30:60
57.8
25:90:60
68.2
50:90:60
29.9
25:30:90
57.9
50:30:90
60.2
25:90:90
30.4
50:90:90
45.1
MASA
DE LA
FIBRA
g
0.89
1.80
2.01
0.80
2.18
2.21
1.13
1.56
PORCENTAJE DE MASA
% (masa hoja/masa fibra)*100
2.98
3.25
3.07
2.81
3.64
3.68
3.23
3.32
Fuente: elaboración propia datos experimentales
Después de cada inmersión se procedió al lavado y neutralización de las hojas, el cual se realizó
agregando ácido acético al 3% para proseguir con el proceso de lavado y cardado de fibra extraída,
para luego secarlas al medio ambiente por 3 horas
33
Gráfico 9: lavado de la fibra
Fuente: elaboración propia
4.2.2.1. PARAMETROS OPTIMOS PARA LA EXTRACCION

Concentración de solución química basado en el rendimiento de la extracción.
Para la determinación de los parámetros óptimos se realiza el tratamiento de datos en Microsoft
Excel, determinando resultados en la siguiente gráfica.
Gráfico 10: datos experimentales de la concentración óptima.
3,6
3,48
3,5
3,35
3,4
3,3
3,27
3,33
3,29
3,24
3,2
3,09
3,1
3
Series1
2,94
2,9
2,8
2,7
2,6
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
Series1 3,27
3,29
3,35
2,94
3,33
3,48
3,09
3,24
Fuente: propia
34

Temperatura de extracción basada en el rendimiento.
Para la determinación de la temperatura óptima en la extracción de la fibra vegetal a partir de las
hojas de piña se realiza el tratamiento de datos experimentales en Microsoft Excel, determinando
resultados se muestran en la siguiente gráfica.
Gráfica 11: datos experimentales de temperatura optima en la extracción.
3,6
3,5
3,4
3,3
3,2
3,1
3
2,9
2,8
2,7
2,6
3,48
3,27
3,29
3,35
3,33
3,24
3,09
Series1
2,94
Fuente: propia

Tiempo basado en el rendimiento de la extracción.
Para la determinación del tiempo óptimo en la extracción de la fibra vegetal a partir de las hojas
de piña se realiza el tratamiento de datos experimentales en Microsoft Excel, determinando
resultados se muestran en la siguiente gráfica.
Gráfica12: datos experimentales para la temperatura optima en el proceso de extracción.
3,6
%
d
e
e
x
t
r
a
c
c
i
o
n
3,48
3,5
3,4
3,3
3,27
3,29
3,35
3,33
3,24
3,2
3,09
3,1
3
2,9
2,8
2,7
2,6
2,94
35
4.2.3. SUAVIZADO DE LA FIBRA
Durante el proceso de experimentación específicamente para el proceso de suavizado se utilizó
suavizantes industriales para el lavado de ropa, en el cual se destaca el SUAVISIL SR, suavizante
industrial Los pasos que se siguieron una vez obtenida la fibra de piña, fue la inmersión de las
fibras previamente lavadas y secadas, al suavizante industrial (SUAVISIL SR). Este proceso se
realizó durante 30 minutos, en una solución de 80 g/l de suavizante a una temperatura de 50 ºC.
El suavizante utilizado no es muy óptimo ya que causa daños en la fibra, haciendo que la fibra se
vuelva más frágil después de su aplicación por lo cual se optó por un suavizante natural así como
es el ALOE VERA , la cual se aplicó en una concentración de 1:4 partes con agua.
4.2.4. BLANQUEO DE LA FIBRA
El proceso se realizó con peróxido de hidrogeno, a una concentración del 5 % 𝐻2 𝑂2, el tiempo
necesario fue de 2 días de inmersión ya que en los primeras horas no se logra el blanqueamiento
requerido.
Gráfico13: blanqueamiento de la fibra experimental
Fuente: propia
36
4.2.5. HILADO DE LA FIBRA
Una vez teniendo las fibras ya tratadas ya están listas para el hilado correspondiente y también
para el tejido así formar un manto, en el proceso del hilado es necesario peinar las fibras para que
el hilado tenga un acabado liso, tomando en cuenta que todo el proceso se lo realiza de forma
manual.
Gráfica 14: hilado manual de las fibras
Fuente: propia
Tabla 8: datos experimentales, combinación de fibras para el hilado
Muestra
M-1
M-2
M-3
% fibra vegetal de piña
30%
50%
100%
% fibra de algodón
70%
50%
0%
consistencia del hilo
Suave, duro consistente, estético
Consistente, menos suave
Áspero muy frágil
Fuente: propia
4.2.6. VALIDACION DE LA FORMULACION DEL PROBLEMA
Mediante el método de experimentación optado para llevar a cabo la investigación se logra realizar
el hilado con la fibra vegetal extraída de las hojas de piña en combinación con la fibra del algodón,
esto con el fin de obtener un hilo con mayor rigidez y consistencia.
La combinación más factible para el hilado es una proporción del 30% de fibra vegetal extraída a
partir de las hojas de piña y 70% de la fibra de algodón ya que con dicha combinación de logra
obtener un hilo con más dureza y mayor resistencia a rotura, a la vez se tiene un hilo más estético
y con mucha mayor suavidad.
37
CAPITULO V
CONCLUSIONES
Y
RECOEMDACIONES
38
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1.

CONCLUSIONES
En cuanto al objetivo general planteado para el presente trabajo de investigación se
concluye que los parámetros óptimos para la extracción de la fibra vegetal a partir de las
hojas de piña son los siguientes: la concentración optima de la solución química de
hidróxido de sodio es de 50 g/L, la temperatura óptima para la extracción es de 90℃ y el
tiempo de extracción optima es de 30 min.

El método adecuado para el proceso de extracción de las fibras es el método por enriado
con agua estancada ya que proporciona fibras mucho más largas que las que se obtuvieron
con el método por enriado químico con hidróxido de sodio, pero en cuanto al tiempo el
más adecuado es la extracción por enriado químico a temperatura elevada ya que el proceso
en promedio tarda 30 minutos, en cambio por el método de enriado con agua es en
promedio 5 semanas.

En el país específicamente en el trópico cochabambino existe suficiente materia prima
para abastecer la extracción de las fibras de hoja de piña por lo que se generaría nuevas
fuentes de trabajo siendo que según FONADIN (Fondo Nacional de Desarrollo Integral) la
producción aproximada de la piña se encuentra alrededor de 60 mil toneladas métricas
anualmente.

Para el hilado con el 100% de las fibras de la hoja de piña resulta muy áspero y tiene mayor
tendencia a rotura por lo resulta más factible realizar el hilado con una combinación de la
fibra de algodón. La combinación más óptima resulta de una mezcla de % de la fibra
vegetal de piña y % de la fibra de algodón.
5.2.

RECOMENDACIONES
Se recomienda para posteriores investigaciones, partir del cultivo de la planta de piña, de
esta forma se podrá estudiar el comportamiento, producción, densidad de siembra,
39
fertilizaciones que aportan a la calidad de las hojas y por consecuencia a la fibra de hoja de
piña, de esta forma mejorar la experimentación.

En el campo experimental se recomienda no trabajar con concentraciones elevadas a 50 g/l
de NaOH para el proceso de extracción química, debido a que la fibra de piña se torna débil
y tiende a quebrarse.

Es recomendable los parámetros utilizados para la extracción química en concentración de
NaOH (50 g/l), tiempo de inmersión (30 minutos) y temperatura (90 ºC).

Se recomienda realizar trabajos de investigación con la fibra de piña ya que la fibra textil
extraída presenta distintas aplicaciones y caracterizaciones
40
6. REFERENCIAS
6.1.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

ANTOLINEZ, Julio cesar, RUEDA Gabriel, BRICEÑO Carlos. Obtención y
caracterización de fibras aptas para textiles a partir de la hoja de fibra de piña
Bucaramanga: Universidad Industrial Santander, 1991.

Carmen HIJOSA, piñatex

Carolina DAWSON. UNCTAD, 2000

GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE SANTA CRUZ DIRECCIÓN DE PRODUCTIVIDAD Y COMPETITIVIDAD, cultivo de piña.

REPOSITORIO DIGITAL - Universidad Técnica del Norte
6.2. REFERENCIAS WEBGRAFICAS

https://ecoinventos.com/pinatex-cuero-vegetal-hecho-de-fibra-de-pina/

https://www.researchgate.net/publication/332738730_Fibra_de_la_hoja_de_pina_
obtencion_y_aplicaciones_Pineapple_leaf_fiber_obtaining_and_applications

https://www.ine.gob.bo/index.php/entre-rios-principal-productor-de-pinaenbolivia/#:~:text=%2D%20Con%20una%20superficie%20de%201.907,el%20Institut
o%20Nacional%20de%20Estad%C3%ADstica. - http://www.fao.org/home/es/

https://lostiemposdigital.atavist.com/untitled-project-s2v89

https://es.wikipedia.org/wiki/Manufactura_textil
41