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INSTITUTO TECNOLOGICO DE CAMPECHE BIOIMPERMIABILIZANTE Extracción y purificación del mucilago de nopal para desarrollar impermeabilizante

Docente: García Ochoa Ernesto Grupo: MV-8

Integrantes: Coyoc Padilla Fabián de Jesús Heredia Mut Eddy Alpuche López Emmanuel Guadalupe Uc Guerrero José Antonio Sosa Martínez Rubén Omar

INDICE Introducción Antecedentes Planteamiento del problema Objetivos generales y específicos Hipótesis y variables Justificación Impacto y viabilidad de la investigación Marco teórico Metodología Recursos Fuentes consultadas Bibliografía

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INTRODUCCION Un impermeabilizante es una sustancia que permite, que no se realice algún tipo de filtración, se utiliza normalmente para evitar humedades en las casas o edificios. Estos son aplicados a los techos de los edificios. En este caso el principal material utilizado para el impermeabilizante es el nopal, son plantas de tallos muy carnosos formados por una serie de paletas ovales y pencas con espinas que dentro de ellos almacena una gran cantidad de agua en sus tejidos. Es muy importante buscar nuevas soluciones, en este caso intentamos hacer un impermeabilizante a base de nopal, ya que este es más amigable con la naturaleza que los impermeabilizantes de fábrica que tienen químicos que dañan al planeta.

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ANTECEDENTES Desde hace muchos años, el constructor o propietario de un inmueble se enfrenta con un gran problema dentro del hogar: ¡LA HUMEDA! A través de los años, las técnicas y productos han ido evolucionando para crear mejores impermeabilizantes. Hay muchos métodos usados a través de la historia para poder impermeabilizar una casa. - Sistema de jabón y alumbre Este sistema se comenzó a utilizar hace varias décadas, consistía en elaborar una mezcla con jabón de barra y alumbre formando una mezcla caliente que al endurecerse formaba una capa impermeable, sin embargo, este sistema ha sido prácticamente abandonado en su uso por su obsolescencia. - Sistema de asfalto oxidado Este sistema tuvo su utilización hace más de 30 años, el procedimiento consiste en calentar asfalto suministrado en piezas (barras o pedazos de regular tamaño) tendiendo la mezcla caliente sobre la azotea el cual se le agregaba fieltro o algún material que reforzara a este. La desventaja residía en que al paso del tiempo este material se cristalizaba y se fragmentaba en pedazos perdiendo su cohesión. - Sistema de mezclas asfálticas aplicadas en frio Este sistema es muy común en nuestros días, el producto se aplica a base de "untar la superficie de la azotea" con una pasta a base de mezclas y compuestos asfalticos. El producto a su vez debe llevar un material de refuerzo (tela de fibra de vidrio) el cual forma una pequeña membrana, terminándose con un acabado de pintura en color rojo o plateado.

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Lo más actual… Impermeabilizantes acrílicos El impermeabilizante acrílico es un producto seguro, eficaz y fácil de utilizar para evitar las filtraciones en tu techo, ya que está elaborado de diferentes resinas y cuando está seco se convierte en una capa impermeable entre el agua y la superficie que quieras tratar. Sus materiales presentan elasticidad, plasticidad y adherencias notables. También son llamados impermeabilizantes poliméricos o elastoméricos y pueden ser utilizados por cualquier persona, lo que los hace ideales para zonas que no requieren cuidados especiales o no presentan tráfico intenso, como azoteas de casas habitación. Su aplicación no genera vapores dañinos o contaminantes, ni requiere la aplicación de combustible o flama, así que es ecológico. Con este tipo de impermeabilizantes acrílicos se pueden corregir ligeros encharcamientos o filtraciones en tu hogar. Su aplicación es rápida y tienen gran adhesión al concreto y algunos de ellos tienen secado ultrarrápido para la temporada de lluvias.  Son adecuados para aplicar en cualquier clase de clima, es decir, continúa siendo flexible en el frio y no se agrieta ante el calor, además al poder ser aplicado sin requerir gran cantidad de tiempo o conocimientos ni materiales, es muy económico a comparación de otros sistemas. En la rama de la construcción existe un concepto de obra que es inevitable y que en el 100% de las construcciones nuevas se debe utilizar, la impermeabilización.  Para los constructores, la decisión de aplicar algún tipo de impermeabilizante varía dependiendo de la superficie, el costo, la

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durabilidad, la aplicación y la garantía, ello hace que muchas veces esta misma los lleve a tomar una decisión imprecisa si no se tiene la información adecuada antes de tomar la decisión.   Antiguamente la forma de impermeabilizar los techos de las construcciones no contemplaba ningún tipo de material industrializado y se tenía que utilizar material natural tomado del lugar.  Los techos de las antiguas haciendas, iglesias, conventos, casonas, etc., utilizaban el sistema de terrados que consistía en un entrepiso formado por viguería de madera, loseta de barro tipo cuarterón hecho a mano y una capa de tierra limpia compactada que lograba un peralte aproximado de 40 a 80 cm dependiendo del área de cada techo, finalmente se aplicaba una capa de ladrillo rojo recocido hecho a mano en forma de petatillo y finalmente se aplicaba una solución de alumbre que permitía lograr una superficie impermeable. Es importante señalar que este sistema de protección para las azoteas fue utilizado durante muchos años, más de 300 para ser precisos y que gracias a la revolución industrial y con el descubrimiento del petróleo se empiezan a inventar materiales hechos a base de petróleo y que van a revolucionar el mercado. Con la llegada de la industria petrolera en los años 20 y el descubrimiento de nuevos materiales petrolizados se utiliza una mezcla de petróleo crudo y amoniaco mejor conocido como chapopote, el cual empezó a ser utilizado como capa protectora sobre los nuevos techos de hormigón armado debido a lo liso de la superficie y la posibilidad de generar una capa de hule que al enfriarse se convierte en un hule flexible. Durante mucho tiempo el chapopote fue utilizado de forma directa tanto en azoteas como en cimentaciones hasta que aparece en el mercado la lámina de cartón asfáltico, es decir una lámina de cartón muy grueso bañada con chapopote que hacia la función de una membrana protectora e impermeable antes del enladrillado tradicional.

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Sin embargo, con el tiempo los constructores descubren que esta lamina después de cierto tiempo se deteriora, lo cual provocaba que se levantara el enladrillado cada vez que aparecía una gotera o humedad provocando con ello que la reparación se convirtiera en una verdadera obra de construcción sobre la azotea del inmueble.   Por los años sesenta y gracias a la investigación que realizó la NASA en la carrera espacial se descubren un sinnúmero de materiales nuevos que van a forzar la transformación de la industria del plástico, logrando con ello el descubrimiento de la fibra de vidrio, material reciclado que permite aplicaciones en diferentes campos y especialmente en el área de los impermeabilizantes, obteniendo una malla o tela de fibra de vidrio muy fina y de pequeño espesor, que logrará ser el principio de los impermeabilizantes de membrana prefabricada, mejor llamada como, membrana de refuerzo de fibra de vidrio. Este sistema de impermeabilización logra un éxito rotundo en los años setenta y ochenta eliminado prácticamente la utilización del famoso chapopote y cartón asfáltico, sin embargo y debido al crecimiento de las ciudades, la contaminación ambiental y la lluvia ácida, se descubre que el sistema de membrana con malla de refuerzo sé intemperita muy rápido obligando al cliente a renovar esta membrana en promedio cada 3 años, lo que en cuestión de costos no logra amortizar la inversión realizada, además de las consabidas molestias al tener que retirar el material viejo. En esta última década, el desarrollo e investigación de nuevos materiales está permitiendo lograr un avance significativo por lo que actualmente existe una membrana de refuerzo de caucho que logra una mayor resistencia a la lluvia ácida y una mayor elongación en los cambios bruscos de temperatura logrando un recubrimiento liso y uniforme.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Actualmente el uso de impermeabilizantes es común en la sociedad, pero tienen un gran problema ambiental debido a las sustancias tóxicas que contiene. Otro problema es el alto costo del impermeabilizante, y este no siempre no es efectivo. Además, su aplicación requiere un procedimiento más complicado y el manejo de este necesita mayor tiempo. Un impermeabilizante casero a base de materiales naturales (baba de nopal) es una alternativa para emplearlo de una manera sencilla, de fácil elaboración y como un medio para evitar filtraciones de agua, plagas y hongos. Así como un recubrimiento y pintura para exteriores.

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OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS Objetivos Objetivo general. - Elaborar un impermeabilizante ecológico a base de mucílago de nopal y otros aditivos naturales, e implementar su uso principalmente en losas, evitando así la filtración de agua en las viviendas. Objetivos generales. - Usar materiales naturales y evitar así la contaminación del medio ambiente. - Implementar ensayos de laboratorio para la extracción del mucílago de nopal. - Conocer las propiedades del mucílago de nopal para determinar su uso en el impermeabilizante.

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HIPOTESIS Y VARIABLES La estructura del mucílago está constituida principalmente por azúcares neutros y un azúcar ácido. El pH del medio en el que se encuentra es 4.7. Una hidrólisis parcial sugiere la presencia de ramosa y ácido galacturónico en la capa externa principal del mucílago. Las pectinas son hetero polisacáridos vegetales cuya estructura está formada por moléculas de ácido D-galacturónico, unidas por enlaces glucosídicos tipo α-D (1,4), en los cuales algunos de los carboxilos pueden estar esterificados con metilos o en forma de sal. Las pectinas se encuentran asociadas con otros hidratos de carbono en las paredes celulares de los vegetales. Por definición las pectinas son ácidos pectínicos con diferente grado de esterificación y neutralización que pueden tener desde 200 a 1000 unidades de ácido galacturónico. Las pectinas pueden considerarse como gomas, por ello tienen sus cualidades, por ejemplo: la gelificación, la capacidad de incrementar la viscosidad, la estabilización de suspensiones, la capacidad de formar emulsiones y de retener agua. Dicho lo anterior, sabemos que el mucílago o más bien, “baba de nopal” como comúnmente lo conocemos, tiene una composición muy similar a la de una goma, entonces esto indica que al tener la propiedad de retener el agua está pueda usarse como un impermeabilizante.

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JUSTIFICACION México es considerado el primer productor a nivel mundial de nopal con aproximadamente 600 mil toneladas al año, en el Distrito Federal se encuentra la delegación Tláhuac y milpa alta registradas como las mayores cultivadoras de nopal produciendo 280 mil toneladas al año. Se busca aprovechar los recursos naturales al realizar de baba de nopal el impermeabilizante, con las mismas características de los impermeabilizantes comunes, ya que en México existe una gran cantidad de estos nopales. Comúnmente los nopales que ya están “añejos” son inservibles, para el impermeabilizante de nopal mientras más añejo es el nopal más rendimiento de mucílago tiene. Al tener el mucílago de nopal propiedades que retienen el agua se considera como la materia prima para el impermeabilizante y está a su vez mezclado con otros aditivos podemos obtener un mejor impermeabilizante.

IMPACTO Y VIABILIDAD DE LA INVESTIGACION Se cuenta con la información de la secretaria de medio ambiente necesaria para poder llevar a cabo el análisis acerca de su elaboración. Los materiales: nopal, cemento, cal son de fácil obtención ya que en el estado de Campeche se cuenta con la mayoría de ellos. 11

La elaboración del impermeabilizante es de manera práctica y sencilla, para dicha elaboración se utilizaron enotecnias de uso práctico para poder así obtener los resultados esperados. Motivo por el que se ha elaborado este documento que pon a su consideración, esperando permita el desarrollo de técnicas favorables al medio ambiente, a través de una sencilla explicación de prácticas ambientales básicas.

MARCO TEORICO Clasificación Taxonómica del Nopal Reino:

Vegetal

Subreino:

Embryophyta

División:

Angioserma

Clase:

Dicotiledoneae

Subclase:

Dialipetalas

Orden:

Opuntiales

Familia:

Cactaceae

Tribu:

Opuntiae

Subfamilia:

Opuntioideae

Género :

Opuntia

Subgénero:

Platyopuntia

Especie:

Varios nombres

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¿Cuál es la importancia ecológica y económica del Nopal en México? Desde el punto de vista ecológico, las especies de nopal son elementos dominantes de la flora mexicana natural, especialmente en los desiertos de Chihuahua y Sonora. México tiene la mayor diversidad de especies de Opuntia y las poblaciones de nopal cubren una superficie de millones de hectáreas. Además, los nopales son el grupo de plantas más importante para mantener el equilibrio ecológico en grandes extensiones del territorio mexicano. Se reconocen 111 especies de Opuntia. Contribuyen a la regeneración y estabilidad del suelo y son la principal defensa para que el campo no se convierta en un desierto. Por último, son un alimento básico para muchas especies de mamíferos (venados, roedores, jabalíes y coyotes, entre otros), y sirven de hogar y refugio a muchos insectos y aves. No perdamos de vista que estas consecuencias podrían ser muy graves para nosotros. Desde el punto de vista económico, las especies de nopal en México son un recurso agrícola muy importante en forma de producto alimenticio. Muchos miles de empleos son generados por el cultivo de especies de Opuntia. La producción de nopal como verdura se lleva a cabo en la mayoría de los estados del país y ocupa miles de hectáreas de cultivo y a miles productores; la producción de fruta con variedades de Opuntia se encuentra en otros estados del país y utiliza miles de hectáreas de cultivo y miles de productores. El 13

valor de la producción y las exportaciones asciende a millones de dólares anuales. Como forraje, hay millones de hectáreas silvestres y miles de hectáreas bajo cultivo regular. Aunque ya en mucha menor medida que en tiempos históricos, México aún aprovecha el colorante de la grana cochinilla. Diversas especies de Opuntia se utilizan como alimento para ganado y son material energético en forma de leña y para fabricar jabón, fertilizantes y adhesivos. En México es uno de los países más ricos, en la producción de nopales y es considerado como el mejor nopal verdura de México, gracias a las características de la geografía en la que está ubicada la delegación Milpa Alta. El nopal es un producto que debido a sus amplias características nutricionales es recomendado por los nutriólogos para su consumo. También es utilizado para diversos productos como son: Jugo concentrado de nopal. Es elaborado con la variedad Opuntia Ficus Indica, es comercializado pasteurizado o esterilizado con calor aunque necesita de refrigeración una vez abierto, o se utiliza el extracto de semillas de toronja como conservador, este concentrado se puede combinar con jugos de diferentes frutas. • Polvo de nopal. Esta elaborado con los mejores nopales en cuanto a peso y tamaño, que puede ser de 50 centímetros o más y hasta 2 kilos a fin de obtener el mayor contenido de nutrientes, fibras y minerales en el producto. En cuanto al proceso de la obtención del polvo es necesario deshidratar el nopal, ya sea extendiendo los nopales sobre una superficie y dejar que se sequen o exponer el nopal directamente al sol.

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• Pectina de nopal. Es utilizada como agente hidrocoloide (goma) gelificante. • Jabón de tocador. Se utiliza la fibra de nopal por lo que adquiere propiedades benéficas, como controlar el cutis graso pues tiene un pH neutro, también sirve para exfoliar la piel eliminando células muertas, y tiene un importante bajo impacto ambiental por ser biodegradable. • Shampoo líquido para manos. Se adiciona el mucílago (baba) del nopal, adquiriendo propiedades astringentes ayudando a tener las manos limpias con una pequeña porción. • Yogurt. Es elaborado con yogurt natural para después adicionarle el nopal, a fin de obtener un producto natural, libre de colorantes artificiales ni conservadores industriales, para ayudar al control y mejor funcionamiento del aparato digestivo. • Mermelada. Se creó principalmente para personas diabéticas puesto que se les brinda la opción de ingerir lo dulce de una mermelada. • Pan de nopal. Hecho con harina de nopal, lo que brinda una cantidad representativa de fibra. • Harina de nopal. Se utiliza el nopal deshidratado. • Capsulas para adelgazar. Sirven como auxiliar para el control de peso, elaboradas con nopal deshidratado. • Gel reductivo. Hecho con el mucílago del nopal. • Crema humectante. Se elabora con mucílago de nopal, brindando una capa humectante en la piel. 15

• Tortilla de nopal. Elaborada con harina de nopal, con la finalidad de auxiliar el sobrepeso y aumentar el valor nutricional en la dieta de los mexicanos • Nopales en salmuera. Se procesa el nopal fresco realizando una salmuera. • Nopales en escabeche. Elaborados con nopales fresco, cebolla, zanahoria y vinagre. • Pasta dental. Es elaborada con la fibra de nopal. • Tamales. Se hacen con nopalitos cocidos y queso. • Dulce cristalizado. El nopal fresco se somete a un proceso de cristalización • Miel. Se elabora con nopal y azúcar en el fuego hasta obtener la consistencia deseada. • Pay. El relleno es de mermelada de nopal. • Panqué. Se utiliza harina de nopal para su elaboración y para darle mayor sabor se le unta mermelada de nopal. • Empanadas. Rellenas de mermelada de nopal • Atole. Se elabora con nopales cocidos licuados incorporados a la leche. • Buñuelos. Hechos con harina de nopal en lugar de utilizar harina de trigo. • Nieve. Elaborada con nopal crudo. • Pulque. Es elaborado con nopal crudo. • Guisados. Elaborados con nopal cocido o crudo según el gusto o la receta. • Enjuagues. Se utiliza la baba de nopal. • Mascarillas. Utilizan el mucílago del nopal. 16

• Comprimidos. Se elaboran con nopal deshidratado.

- ¿Qué se necesita y cómo se cultiva el nopal? Se necesita como toda planta tierras fértiles, clima templado, un abono orgánico o composta y se fumigue cada determinado tiempo este no se riega sino con la lluvia que cae, solo se hidrata. Para sembrar una planta de nopal, cortas el nopal más grueso, el de hasta arriba de otra planta que tengas y lo dejas secar un mes para que se deshidrate para cuando lo siembres jale más agua del suelo y saque más raíz. El nopal es muy sensible de hecho con una piedrita que venga en la tierra con lo que lo sembraras lo raspe o lo piquen se seca el nopal. - ¿Cuándo es la época más alta del nopal? Desde febrero hasta junio. Y en febrero se comienza a cortar. En semana santa se escasea por tanta producción. De agosto a septiembre se engruesa el nopal y vemos los que nos van a servir para plantar más nopales y lo que no. Morelos también ahora es otro estado con mayor producción de nopal, pero a diferencia del de Milpa Alta es que el nuestro dura una 17

semana “jugoso” y el de Morelos a los 3 días se “exprime”. En Monterrey intentaron sembrar, pero no se les dio pues nada más se les engruesa ya que su tierra no es buena para este tipo de planta

- ¿Qué hacen con los nopales que se les echan a perder o se les pasaron de maduros? -No tiramos nada. Ni se los damos a nuestros animales de comer pues por ejemplo la mayoría de aquí tenemos puercos, pero si les damos de comer nopales o alguna verdura no engordan. Tenemos unas picadoras que valga la redundancia, pica el nopal, el gabazo como se le llama ya al nopal picado y eso se lo echamos como abono a los nopales que si sirven.

METODOLOGIA Se sabe que las cactáceas al sufrir un daño mecánico comienzan a exudar un compuesto “mucilaginoso” para sellar y posteriormente reparar este daño. Actualmente, existen estudios referentes a su composición fisicoquímica, los cuales indican que éstos tienen propiedades similares a los exudados gomosos de otras plantas. Se ha reportado que la producción de mucílago es una característica de la familia de las cactáceas.

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De acuerdo con lo reportado en la literatura, “mucílago” es una designación que se usa para definir ciertas sustancias gelatinosas que se encuentran en algunas plantas naturales. Los polisacáridos que componen estas gomas son sustancias hidrofílicas que se caracterizan por disolverse en agua fría. Además, contienen sales neutras de polisacáridos ácidos, unidas de diferentes formas dentro de la misma molécula, las cuales se distinguen por contener ácido D-glucurónico. Los tejidos son muy ricos en cristales de oxalato de calcio, sustancia que aumenta con la edad de la planta y alcanza hasta el 85% de las cenizas de ésta. El agua puede representar entre el 50 y el 95% del peso total de la planta y este peso disminuye considerablemente en periodos de sequía, al grado que las pencas se reducen hasta la octava parte de su espesor, según la intensidad y duración de la sequía y que éstas estén más o menos tiernas. El mucilago es un polisacárido ácido (pH=4.5 a 5.7) que posee una estructura ramificada. Las unidades de azúcares del mucílago forman un polisacárido ramificado de ácido galacturónico y ramosa como unidades centrales. Las cadenas laterales tienen a su vez un esqueleto formado de β-galactosa, el cual se encuentra unido a ramosas en el eje central, y ramificaciones laterales con unidades de arabinosa, xilosa y galactosa. La estructura del mucílago está constituida principalmente por azúcares neutros y un azúcar ácido. El pH del medio en el que se encuentra es 4.7. Una hidrólisis parcial sugiere la presencia de ramosa y ácido galacturónico en la capa externa principal del mucílago.

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RECURSOS En este caso los recursos utilizados para la elaboración del impermeabilizante de nopal no serán muchos ni muy difíciles de conseguir como por ejemplo tenemos: Nopales (pencas), en este caso lo que utilizaremos será la baba del nopal, mortero adhesivo (pegazulejo) y cal, o en otros casos se pueden utilizar diferentes recursos para llegar a diferentes tipos de impermeabilizantes.

FUENTES CONSULTADAS En este caso las fuentes consultadas fueron muchos documentos acerca de cómo realizar un impermeabilizante natural. Se investigaron muchos ensayos y proyectos para así poder determinar cual podría ser mas factible para nosotros

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BIBLIOGRAFIA https://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria22/feria155_01 _impermeabilizante_verde.pdf https://www.academia.edu/8812421/Impermeabilizante_baba_de_nopa l https://www.clubensayos.com/Temas-Variados/Impermeabilizante-ABase-De-Baba-De-Nopal/753487.html programaviva.org academia.edu ecoosfera.com Bio impermeabilizante Impermeabilizantentural.com

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