¿Debo aislar mis colmenas en invierno? ¿Cuándo, cómo, por qué?

En invierno, las abejas consumen sus recursos almacenados para alimentarse y generar calor. Dependiendo de la latitud, el invierno puede ser más o menos suave y las colonias pueden atravesar una gran variedad de situaciones. ¿En qué casos se debe considerar el aislamiento de la colmena?

El mes de enero de 2021 fue particularmente frío en el suroeste de Francia. Días con temperaturas máximas de 2 o 3°C eran habituales. Temía que mis abejas se estresaran bajo esas condiciones. Ya habían tenido que superar la temporada de avispones en otoño y ahora se enfrentaban a días inesperadamente fríos.

Para poner esta situación en perspectiva, durante los últimos años no había tenido ninguna preocupación con el paso del invierno, pero este mes de enero hay dos cosas que me hacen pensar que deberían tomarse algunas decisiones.

La primera son las alertas de baja temperatura que recibí varios días seguidos. ¡4°C o menos dentro de la colmena, eso es frío!

La segunda, que definitivamente me motivó a actuar, son las observaciones después de una nevada. Noté una diferencia interesante en los techos de las colmenas entre la R6, que está vacía, y las otras habitadas por abejas, que podía escuchar claramente “vibrando”.

La nieve cubre completamente el techo de la colmena R6, mientras que se ha derretido alrededor de la piedra central de las otras colmenas. ¿No es esto una evidencia de que las abejas están calentando el interior de la colmena y que parte de ese calor se disipa hacia arriba?

Basándome en esta observación, me pregunté cuál era la pérdida de calor a través del techo. Claramente, si hay un lado por donde las pérdidas son importantes, es por el techo.

Hacía mucho tiempo que no sacaba mis viejas ecuaciones de transferencia de calor. Las utilicé durante muchos años para el dimensionamiento de turbinas de helicópteros. Esta es la oportunidad perfecta para desempolvarlas y aplicarlas a la apicultura.

Planteamiento del problema y supuestos

Para formular el problema, partimos de algunos principios:

Sabemos que las abejas se agrupan en un racimo. La temperatura mínima externa de este racimo es de 7°C. Por debajo de ese umbral, las abejas colapsan:

El racimo se forma tan pronto como la temperatura exterior cae por debajo de los 15°C; está completo —es decir, todas las abejas de la colonia se han unido— a 7°C; el individuo colapsa rápidamente a temperaturas más bajas. Generalmente tiene forma de esfera o elipsoide, a veces aplanado en un lado cuando está, por ejemplo, justo debajo de la cubierta del marco. por Janine KIEVITS, Abeilles & Cie n°131 4-2019

Podemos concluir, por tanto, que el racimo puede modelarse como una esfera y que la temperatura de esta frontera es de 7°C en el peor de los casos. Esta esfera, al estar en un entorno más frío, pierde calor por convección hacia el techo. ¡El aire caliente siempre asciende, incluso dentro de una colmena!

Luego está el techo. En mi caso, el alimentador y el techo están hechos de madera. Los espesores son de unos 1,5 cm. La bandeja está hecha de contrachapado de 5 mm. El aire caliente que asciende del racimo calienta el techo y se transmite por conducción/convección a través de éste.

Existen ecuaciones clásicas para calcular este tipo de configuraciones de transferencia de calor. Requiere algo de tiempo, pero es bastante sencillo. Puedes encontrar las fórmulas aquí o aquí, por ejemplo.

La red térmica equivalente se muestra en el siguiente diagrama. En este modelo se asume que el 100% del calor se pierde por la parte superior. Esto puede parecer una suposición fuerte, pero (en nuestras latitudes) los cuadros de cera evitan bastante bien las pérdidas transversales, y como se mencionó antes, el calor siempre asciende. Más adelante verificaremos si esta hipótesis se mantiene (¡y sí, se mantiene muy bien!).

La resolución del sistema de ecuaciones proporciona el flujo de calor disipado (en vatios), que varía entre 0,04 y 2 W según la temperatura exterior (+7 a -20°C). Ahora tenemos una idea del orden de magnitud: la colonia disipa permanentemente 1/5 de una bombilla de bajo consumo.

Ahora queremos aislar las colmenas. ¿Cuál sería el efecto de tal acción?

Aislar las colmenas con poliestireno de 4 cm

Consideremos añadir un bloque de poliestireno extruido de 4 cm bajo el techo de la colmena (cuenta con una inversión de 3,95 € por placa para 3 colmenas en tu tienda habitual). Añadimos esta restricción a nuestro modelo térmico y recalculamos las potencias disipadas.

Con la colmena aislada, las potencias disipadas son mucho menores: de 0,02 a 0,86 W para las mismas temperaturas exteriores. El aislamiento del techo, a estas temperaturas, ¡tiene por tanto un impacto significativo!

Cantidad de miel consumida por las abejas

Como se dijo antes, más calor significa más miel consumida. Por tanto, podemos llevar este ejercicio un poco más lejos, calculando la cantidad de miel consumida con y sin aislamiento de la colmena. ¡Cuidado! Aquí solo consideramos la miel consumida con fines de calefacción, no de alimentación. En otras palabras, el consumo real de miel por parte de las abejas debe ser mayor que los valores que encontraremos.

La miel contiene una energía de 13 kJ/g. Es esta energía la que las abejas disipan en el centro del racimo para calentar a todas sus compañeras. Es mediante el movimiento de sus músculos que producen este calor, y dado que todo ejercicio es una fuente de fatiga, se establece una rotación entre las abejas del borde del racimo y las del núcleo. Se van turnando para que las del centro descansen y las de la periferia trabajen y se calienten también un poco.

Convirtiendo las necesidades de potencia en necesidades de miel, esto es lo que encontramos:

El efecto del aislamiento de la colmena tiene un impacto muy notable en el consumo de miel (para calefacción), que disminuye considerablemente. A una temperatura exterior de 0°C, el consumo disminuye de 3 g/día a 1,5 g/día. ¡El ahorro es del 50%!

A la vista de estos resultados, cerré el ordenador y me fui directo a la tienda. Y aquí está el trabajo, recortado según el patrón e instalado en un abrir y cerrar de ojos 😃

Algunas comprobaciones rutinarias

Para llevar este enfoque científico hasta el final, una vez construido el modelo, es buena idea validarlo con mediciones reales. Como cada colmena está equipada con un sensor de temperatura y la temperatura exterior también es medida por la balanza, recuperé algunas mediciones durante un período de unos 10 días.

El gráfico siguiente muestra la correlación entre las temperaturas internas y externas. Los puntos azules representan las mediciones y las líneas corresponden a los modelos descritos anteriormente con y sin aislamiento.

Se puede observar que el modelo sin aislamiento (rojo) se correlaciona bastante bien con las mediciones. ¡Admito que encaja mucho mejor de lo esperado!

También existe un límite intrínseco del modelo para temperaturas ambiente superiores a 7°C. Esto puede explicarse por la hipótesis de temperatura superficial constante del racimo presentada al principio. En pocas palabras, en cuanto hace más calor, el racimo tiene el “lujo” de calentarse por encima de ese límite de 7°C. A partir de estos niveles, las ecuaciones deberían replantearse de forma diferente, pero también sabemos que este caso es menos restrictivo para las abejas.

En conclusión: ¿cuándo aislar tus colmenas?

He aquí un bonito modelo que permite evaluar el efecto del aislamiento sobre la dinámica de la colonia de abejas.
Hemos aprendido y verificado que:

1. el techo de la colmena es la principal fuente de disipación de calor.
2. la zona de riesgo para las abejas comienza con temperaturas ambiente inferiores a 5°C.
3. el aislamiento mediante un simple panel de poliestireno aporta una mejora del 50%.

Por lo tanto, en zonas climáticas donde las temperaturas ambiente bajan de 5°C, es claramente útil aislar tus colmenas. Para las zonas más templadas, el interés es menor, pero ciertamente no despreciable. Esto aportaría más confort a la colonia, aunque podría favorecer una cría temprana de reinas y el inicio del varroa. Lo que significa que hay que hacer una elección.

Ten cuidado al comprobar la resistencia térmica de tu material (R = espesor / conductividad). Aquí tienes dos ejemplos:

• Apifoam de 20 mm : R = 0,020m / 0,038W/m/K = 0,52
• Poliestireno extruido de 40 mm: R = 0,040m / 0,033W/m/K = 1,20

El poliestireno, que es el doble de grueso, tiene más del doble de resistencia térmica porque también tiene una conductividad ligeramente menor.

Ahora que el aislamiento está en su lugar, espero que las abejas puedan superar mejor este período invernal. Esta noche hay -3°C...

Nota adicional (invierno 2023): Desde que instalé este aislamiento en enero de 2021, ha permanecido en su lugar todo el año. Claramente mejora el confort de la colmena y ahora puedo sentir lo caliente que está el lado interior del poliestireno en cada inspección.