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Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia

Diseño y fabricación de un prototipo instrumentado de colmena que
favorezca la manipulación de los apicultores y el confort productivo
de las abejas en el apiario del páramo Pan de Azúcar de la
corporación Tibairá del departamento de Boyacá.

Stefany Puentes Cantor
Bryand David Salamanca Briceño

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.
Facultad Seccional Duitama.
Escuela de Diseño Industrial & Escuela de Ingeniería Electromecánica
Duitama, Colombia
2021

III

Diseño y fabricación de un prototipo instrumentado de colmena que favorezca
la manipulación de los apicultores y el confort productivo de las abejas en el
apiario del páramo Pan de Azúcar de la corporación Tibairá del
departamento de Boyacá.

Stefany Puentes Cantor
Bryand David Salamanca Briceño

Proyecto de grado presentado como requisito parcial para optar por el título:
Diseñadora Industrial
Ingeniero Electromecánico

Directores:
PhD. Edwin Yesid Gómez Pachón
PhD. Yolanda Torres Pérez

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.
Facultad Seccional Duitama.
Escuela de Diseño Industrial & Escuela de Ingeniería Electromecánica
Duitama, Colombia
Septiembre, 2021

Dedicatoria
Este proyecto es dedicado a la Tierra, definida como el planeta que contiene diversidad de
ecosistemas con diferentes individuos, que hacen que se mantenga en estabilidad el sistema de la
Naturaleza. Es dedicado también a todos los seres que hacen parte de esta, donde encontramos que
cada ser que está en este mundo es necesario para la existencia integral del mismo. Así mismo, es
dedicado a los seres humanos que consideran que pertenecen al plano natural y no es ajeno o
superior a este, que no tengan la concepción errónea de entender la naturaleza como algo externo
a la humanidad, sino que, es un todo del cual formamos una pequeña parte. Dedicamos este
proyecto, a las personas que quieren dejar de ver el mundo a través de sus lentes, a esas personas
que quieren dejar de creer que toda evidencia contraria a su cosmovisión es una equivocación,
personas que consideren que el conocimiento que genera la academia como vivencias de siglos
que se obtienen empíricamente, son valiosos, personas que comprendan que la unión de estas dos,
es importante para dar soluciones prácticas en cuanto a la sostenibilidad ambiental.

Este proyecto busca comunicar que la humanidad puede convivir de una manera sostenible
con su medio ambiente.

Agradecimientos
Queremos agradecer especialmente a nuestros padres, Ana Irene Briceño, Alicia Cantor y
Jorge Arturo Puentes, quienes son los principales actores en nuestro proceso universitario, ellos
aceptaron hacer esfuerzos para que nosotros pudiéramos asistir a nuestras clases, desde trabajar
para pagar nuestros gastos, entregar su tiempo libre y posponer sus afanes propios para ayudarnos
a avanzar en nuestro proceso.
Agradecemos a todas esas personas que se nos cruzaron durante el desarrollo de este
proyecto, personas que hicieron parte de una cadena casi infinita de solidaridades y reciprocidades,
y sobre todo de amor, desde brindarnos su compañía, hasta regalarnos bienes para suplir nuestras
necesidades, aunque no lo hicieron notar, nosotros lo sabemos, porque una de las características
más importante del amor es que no reclama nada a cambio, ni siquiera la sensación de bienestar
por haber hecho algo por alguien; sólo lo hicieron y ya.
Agradecemos a la universidad y todos los miembros de esta, quienes nos enseñaron la
capacidad de cuestionar la confianza que tenemos sobre nuestra realidad, donde dejamos de
limitarnos en resaltar desde nuestra experiencia la única forma de ser interpretada una situación,
haciéndonos “un poco menos arrogantes”, tener “conciencia crítica” de nosotros mismos, de
nuestras certidumbres; como lo expresa Gerardo Ardila, en su discurso ante estudiantes que se
graduaban, del que hoy nos estamos alimentando para redactar estos agradecimientos.
Y, por último, agradecemos a los lectores, quienes han dedicado una parte de su tiempo
para conocer más sobre este proyecto, cuya investigación nos tomó varios años y esfuerzo que se
ve reflejado en el desarrollo del mismo.

VII

Resumen
En la actividad apícola, un apicultor debe inspeccionar (destapar) las colmenas Langstroth
cada 15 días para conocer el nivel de producción y de alimentación de las abejas, generando:
esfuerzos ergonómicos debido al levantamiento de pesos superiores a 13 kilogramos, posturas
inadecuadas por la altura y tamaño de los agarres de la colmena, involucrando las articulaciones
del cuello, columna y muñeca, por otro lado, se observó una alteración en el confort térmico
productivo de las abejas; por lo tanto el objetivo es: desarrollar un prototipo instrumentado de
colmena que favorezca la manipulación de los apicultores y el monitoreo del confort productivo
de las abejas en el apiario del páramo Pan de Azúcar de la corporación Tibairá del departamento
de Boyacá. Se identificaron necesidades funcionales de los apicultores a través de entrevistas y
encuestas, encuestando a 56 apicultores en Colombia, donde el 82% de encuestados tienen apiarios
en la región andina; por otro lado, se realizó un análisis ergonómico en visita de campo, tomando
fotografías y haciendo un análisis con el programa Kinovea de los ángulos de las articulaciones
que intervienen en la realización de la actividad de inspección de las colmenas. Se realizó una
instrumentación de la colmena Langstroth, donde se midió temperatura, humedad y masa, donde
se encontró que las abejas intervienen los sensores debido a que los consideran cuerpos extraños.
Por lo anterior, se realizó un diseño hexagonal de colmena que evita levantar secciones de la
colmena para su inspección, esto genera que la ubicación favorezca la medición del peso individual
de las zonas de recolección de miel, a su vez, gracias a los registros generados por los sensores y
el diseño radial de la colmena, se encontró que, mantiene la temperatura promedio interna de 35°C
(temperatura necesaria para las abejas) por más tiempo y, a su vez, permite la medición del
alimento que tienen las abejas al interior de la colmena. El nuevo diseño de la colmena mejora las
posiciones articulares que los apicultores toman durante la inspección, conserva la temperatura de
confort de las abejas y la instrumentación permite un monitoreo de la producción de los productos
apícolas.

Palabras clave: Abejas, Apicultura, Colmena, Ergonomía, Instrumentación.

VIII

Abstract
In beekeeping, a beekeeper must inspect (uncover) Langstroth hives every 15 days to know
the level of production and feeding of the bees, generating: ergonomic efforts due to lifting weights
greater than 13 kilograms, inappropriate postures due to height and size of the hive grips, involving
the neck, spine and wrist joints, on the other hand, an alteration in the productive thermal comfort
of the bees was observed; Therefore, the objective is: to develop an instrumented hive prototype
that favors the handling of beekeepers and the monitoring of the productive comfort of the bees in
the apiary of the "Pan de Azúcar" paramo of the Tibairá corporation in the Boyacá department.
Functional needs of beekeepers were identified through interviews and surveys, surveying 56
beekeepers in Colombia, where 82% of respondents have apiaries in the Andean region; On the
other hand, an ergonomic analysis was carried out during a field visit,taking photographs and
making an analysis with the Kinovea program to the angles of the joints involved in carrying out
the inspection activity of the hives. An instrumentation of the Langstroth hive was carried out,
where temperature, humidity and mass were measured, where it was found that the bees intervene
in the sensors because they consider them foreign bodies. Therefore, a hexagonal design was made
that avoids lifting sections of the hive for inspection, this generates that the location favors the
measurement of the individual weight of the honey collection areas, in turn, thanks to the records
generated by the sensors and the radial design of the hive, it was found that it maintains the average
internal temperature of 35 ° C (temperature necessary for the bees) for a longer time and, in turn,
allows the measurement of the food that the bees have inside. Beehive. The new design of the hive
get better joint positions that beekeepers make during inspection, preserves the comfort
temperature of the bees and the instrumentation allows monitoring of the production of bee
products.

Keywords: Bees, Beekeeping, Beehive, Ergonomics, Instrumentation.

Tabla de Contenido

Resumen ....................................................................................................................................... VII
Abstract .......................................................................................................................................VIII
Lista de Figuras ............................................................................................................................ XII
Lista de Tablas ............................................................................................................................. XX
Lista de Gráficos ....................................................................................................................... XXII
Lista de Anexos........................................................................................................................ XXIII

Introducción .................................................................................................................................... 1
Capítulo 1 ASPECTOS METODOLÓGICOS DEL PROYECTO ............................................ 4
1.1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ...................................... 4
1.1.1. Planteamiento del problema ...................................................................................... 4
1.1.2. Formulación del problema. ....................................................................................... 6
1.2. Justificación ...................................................................................................................... 6
1.3. Objetivos .......................................................................................................................... 8
1.3.1. Objetivo general. ....................................................................................................... 8
1.3.2. Objetivos específicos ................................................................................................ 8
Capítulo 2 MARCO TEÓRICO.................................................................................................. 9
2.1. APICULTURA................................................................................................................. 9
2.1.1. Abeja ....................................................................................................................... 10
2.1.2. Productos apícolas .................................................................................................. 12
2.1.3. Apicultura en Colombia .......................................................................................... 13
2.2. INSTALACIONES Y EQUIPOS DEL APIARIO......................................................... 15
2.2.1. Abeja ....................................................................................................................... 15
2.2.2. Flora ........................................................................................................................ 16
2.2.3. Apicultor ................................................................................................................. 17
2.2.4. Tecnología............................................................................................................... 18
2.3. PRODUCCIÓN .............................................................................................................. 25
2.3.1. Productos colectados ............................................................................................... 25
2.3.2. Productos secretados ............................................................................................... 30
2.4. INVESTIGACIÓN EN LA APICULTURA .................................................................. 32
Capítulo 3 CÁLCULOS E INSTRUMENTACIÓN COLMENA LANGSTROTH ................ 34

3.1. CÁLCULOS TÉRMICOS COLMENA LANGSTROTH ............................................. 34
3.2. INSTRUMENTACIÓN COLMENA ............................................................................. 41
Capítulo 4 ANÁLISIS SITUACIÓN ACTUAL ...................................................................... 49
4.1. ESTUDIO DE CASO Y ENCUESTA ........................................................................... 49
4.1.1. Entrevista y visita de campo corporación Tibairá. .................................................. 49
4.1.2. Estudio Ergonómico................................................................................................ 50
4.1.3. Encuesta a apicultores de la región y otros departamentos..................................... 55
4.2. ANÁLISIS DE MANUFACTURA DE LA COLMENA LANGSTROTH .................. 59
Capítulo 5 IDENTIFICACIÓN DE LAS NECESIDADES ..................................................... 67
5.1. INTERPRETACIÓN Y JERARQUIZACIÓN .............................................................. 67
5.1.1. Necesidades interpretadas. ...................................................................................... 67
5.1.2. Importancia relativa. ............................................................................................... 72
5.2. DEFINICIÓN “GRUPO OBJETIVO” ........................................................................... 74
Capítulo 6 ESPECIFICACIONES OBJETIVO ....................................................................... 75
6.1. MÉTRICAS .................................................................................................................... 75
6.2. MATRIZ DE NECESIDADES ...................................................................................... 80
6.3. COMPARACIÓN .......................................................................................................... 82
6.4. VALORES MARGINALES E IDEALES ..................................................................... 87
Capítulo 7 CONCEPTO DE LA COLMENA DISEÑADA..................................................... 93
7.1. GENERACIÓN DE CONCEPTOS ............................................................................... 93
7.1.1. Caja negra y caja transparente ................................................................................ 93
7.1.2. Benchmarking ......................................................................................................... 96
7.1.3. Árbol de clasificación ........................................................................................... 101
7.1.4. Propuestas ............................................................................................................. 107
7.2. SELECCIONAR CONCEPTOS .................................................................................. 119
7.2.1. Matrizde selección ............................................................................................... 119
7.2.2. Concepto ............................................................................................................... 120
7.3. PROBAR CONCEPTOS ............................................................................................. 120
7.3.1. Evolución propuesta.............................................................................................. 120
7.3.2. Modelo final .......................................................................................................... 126
7.3.3. Concepto de producto ........................................................................................... 139
Capítulo 8 ESPECIFICACIONES FINALES DE COLMENA DISEÑADA ........................ 141
8.1. SELECCIÓN DE ELEMENTOS DEL SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN ........ 141
8.2. ESPECIFICACIONES MÉTRICAS DE LOS COMPONENTES .............................. 142

8.3. PLANTEAMIENTO DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN ....................................... 143
8.4. PLANTEAMIENTO DE LOS COSTOS DE PRODUCCIÓN ................................... 144
8.4.1. Costos de materiales ............................................................................................. 144
8.4.2. Costos de insumos................................................................................................. 145
8.4.3. Costos de instrumentación .................................................................................... 145
8.4.4. Costos de maquinaria ............................................................................................ 146
8.4.5. Costos de mano de obra ........................................................................................ 147
8.4.6. Costos totales ........................................................................................................ 147
Capítulo 9 CÁLCULOS E INSTRUMENTACIÓN COLMENA DISEÑADA .................... 148
9.1. CÁLCULOS ESTRUCTURALES .............................................................................. 148
9.1.1. Análisis de presión en el soporte de MDF ............................................................ 148
9.1.2. Análisis de la estructura metálica ......................................................................... 149
9.2. CÁLCULOS TÉRMICOS COLMENA DISEÑADA ................................................. 152
9.3. INSTRUMENTACIÓN COLMENA PROTOTIPO .................................................... 158
9.3.1. Sistema de instrumentación .................................................................................. 159
9.3.2. Diagrama de flujo ................................................................................................. 162
9.3.3. Código ................................................................................................................... 164
9.3.4. Montaje ................................................................................................................. 167
Capítulo 10 MANUFACTURA E INSTALACIÓN DEL PROTOTIPO DE LA COLMENA
DISEÑADA 173
10.1. MANUFACTURA DEL PROTOTIPO.................................................................... 173
10.2. INSTALACIÓN DEL PROTOTIPO ........................................................................ 180
10.2.1. Primera instalación ............................................................................................ 180
10.2.2. Segunda instalación ........................................................................................... 182
Capítulo 11 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ....................................................................... 185
11.1. RESULTADOS ........................................................................................................ 185
11.1.1. Biológico ........................................................................................................... 186
11.1.2. Térmicos ............................................................................................................ 188
11.1.3. Ergonómico ....................................................................................................... 190
11.1.4. Instrumentación ................................................................................................. 194
11.2. GRADO DE CUMPLIMIENTO .............................................................................. 196
11.3. DISCUSIÓN ............................................................................................................. 200
Conclusiones ............................................................................................................................... 203
Referencias .................................................................................................................................. 205
Anexos ........................................................................................................................................ 209

XII

Lista de Figuras
Figura 1. Tipos de abeja Apis Mellifera. Fuente: Autores (basado en (Manual técnico de
apicultira: Abjea (Apis Mellifera)) ....................................................................................... 10
Figura 2. Partes de la abeja. Fuente: Autores (basado en (Manual técnico de apicultira: Abjea
(Apis Mellifera)) ................................................................................................................... 11
Figura 3. Zona de traslape entre apiarios. Fuente: Autores (basado en (Manual técnico de
apicultira: Abjea (Apis Mellifera)) ....................................................................................... 15
Figura 4. Apicultores con elementos de protección personal. Fuente: Autores ............................ 17
Figura 5. a. Ahumador. b. Ahumador en uso. Fuente: (Guía ambiental apícola) ........................ 19
Figura 6. Palanca en uso a. Retirando propóleo de la colmena. b. Despegando los cuadros.
Fuente: Autores ..................................................................................................................... 19
Figura 7. Cepillo de cerda suave. Fuente: Autores ....................................................................... 20
Figura 8. Cuchillo desoperculador. Fuente: (La tienda del apicultor, s.f.) .................................. 20
Figura 9. Colmena completa. a. Colmena en su entorno. b. Principales partes de la colmena.
Fuente: Autores ..................................................................................................................... 21
Figura 10. Cámara de cría. a. Cámara de cría vista superior que deja ver los cuadros y el
alimentador. b. Cámara de cría en vista superior que deja ver la piquera. c. Despiece cámara
de cría. Fuente: Autores ........................................................................................................ 22
Figura 11. Media alza. a. Media alza en vista superior, deja ver el excluidor de reinas y los
cuadros que se encuentran adentro. b. Media alza en vista superior que deja ver tapa y
contra tapa. c. Despiece de media alza. Fuente: Autores ...................................................... 23
Figura 12. Base. a. Base metálica en su entorno. b. Encaje de la colmena en la base. c. Diagrama
de base. Fuente: Autores ....................................................................................................... 24
Figura 13. Centrífuga para extraer la miel. Fuente: (Lega Italy) ................................................. 25
Figura 14. Panales de abeja. a. Cera estampada que estimula las abejas para construir el panal. b.
Panal construido por las abejas en un cuadro de media alza. Fuente: Autores ..................... 26
Figura 15. Panal saturado de miel y operculado. Fuente: Autores ............................................... 26
Figura16. Desoperculación de los cuadros. Fuente: (La tienda del apicultor) ............................. 27
Figura 17. Cuadros de miel en el proceso de centrifugado. Fuente: Autores ............................... 27

XIII

Figura 18. Abejas transportando polen en sus patas traseras o parte corbícular. Fuente: Autores 28
Figura 19. Trampa de polen utilizada por la Corporación Tibairá. a. Caminos con los que cuenta
la trampa de polen y debe tomar la abeja. b. Contenedor de polen. c. Polen recolectado.
Fuente: Autores ..................................................................................................................... 29
Figura 20. Propóleo puesto en partes que quedan vacías en la colmena. Fuente: Autores ........... 29
Figura 21. Cera prensada. Fuente: (Manual técnico de apicultira: Abjea (Apis Mellifera)) ....... 30
Figura 22. Extracción de jalea real. a. Imagen de cúpula en un listón que se encontraba en la
colmena. b. Succión de la jalea real. Fuente: (Manual técnico de apicultira: Abjea (Apis
Mellifera)) ............................................................................................................................. 31
Figura 23. Termorregulación de la colmena Langstroth con un alza melaria. Fuente: Autores ... 35
Figura 24. Temperatura interna (T1) y Temperatura extrena (T2) de la colmena Langstroth.
Fuente: Autores ..................................................................................................................... 35
Figura 25. Circuito térmico de Colmena Langstroth. Fuente: Autores......................................... 37
Figura 26. Instalación de celdas de carga de la media alza. Fuente: Autores ............................... 43
Figura 27. Colmena Langstroth instrumentada. Fuente: Autores ................................................. 43
Figura 28. Plano circuito electrónico de instrumentación Fuente: Autores .................................. 44
Figura 29. Diseño circuito electrónico PCB. Fuente: Autores...................................................... 45
Figura 30. Modelado electrónico de la instrumentación Fuente: Autores .................................... 45
Figura 31. Circuito electrónico de la instrumentación de la colmena Langstroth. Fuente: Autores
............................................................................................................................................... 46
Figura 32. Circuito electrónico instrumentación. Fuente: Autores ............................................... 46
Figura 33. Galga extensiométrica Fuente: Autores ....................................................................... 47
Figura 34. Sensor DHT11. Fuente: Autores ................................................................................. 47
Figura 35. Instalaciones de apiario. a. Zona 1, donde se encuentra un tejado de aluminio para
cubrir el apiario y una cubierta lateral de lona. b. Zona 2, donde se encuentra un plástico
transparente como cubierta superior y una lona alrededor del apiario. Fuente: Autores ...... 50
Figura 36. Apicultor en inspección de cámara de cría. a. Ángulo de la articulación del cuello. b.
Boceto antropométrico sobre la postura que toma el apicultor para esta actividad. Fuente:
Autores .................................................................................................................................. 51
Figura 37. Altura de la base de la colmena y el primer agarre con respecto al piso. Fuente:
Autores .................................................................................................................................. 52

XIV

Figura 38. Posición del apicultor al levantar la cámara de cría. a. Ángulo de la articulación de la
cadera con respecto a la posición del apicultor. b. Boceto antropométrico de la posición que
toma el apicultor. Fuente: Autores ........................................................................................ 52
Figura 39. Agarre de la media alza. a. Apicultor tomando la media alza. b. Boceto
antropométrico del agarre de la media alza. Fuente: Autores ............................................... 53
Figura 40. Apicultor tomando la media alza. a. Apicultor en posición para tomar la media alza.
b. Boceto antropométrico de la posición del apicultor al tomar la media alza. c. Ángulo de la
articulación de la muñeca en la posición que toma el apicultor. Fuente: Autores ................ 54
Figura 41. Diagrama del comedero de abejas y ubicación dentro de la colmena. Fuente: Autores
............................................................................................................................................... 55
Figura 42. Flujograma de la fabricación de una cámara de cría Langstroth. Fuente: Autores ..... 61
Figura 43. Flujograma de la fabricación de un cuadro Langstroth. Fuente: Autores ................... 62
Figura 44. Flujograma de la fabricación de la piquera Langstroth. Fuente: Autores ................... 63
Figura 45. Flujograma de la fabricación de la tapa Langstroth. Fuente: Autores ......................... 64
Figura 46 . Flujograma de la fabricación de la contratapa Langstroth. Fuente: Autores .............. 65
Figura 47. Etapas de vida de la colmena en relación con los requerimientos planteados. Fuente:
Autores .................................................................................................................................. 75
Figura 48. Arquitectura de la matriz Fuente: Autores .................................................................. 82
Figura 49. Caja negra del funcionamiento de la colmena. Fuente: Autores ................................. 94
Figura 50. Caja transparente del funcionamiento de la colmena. Fuente: Autores ...................... 95
Figura 51. Colmena que en su interior es esférica o sustancialmente ovoide. a. Forma como se
abre la colmena y como se ubican los panales dentro de esta. b. Forma de los panales y su
disposición. Fuente: (Estados Unidos Patente nº 0029603 A1) ............................................ 97
Figura 52. Colmena que permite que el excluidor se mantenga en su posición y evita espacios
entre la pared y el excluidor Fuente: (Estados Unidos Patente nº 0273807 A1) .................. 97
Figura 53. Colmena que permite dispensar el alimento desde el exterior. a. El número 604 hace
referencia al contenedor de alimento y 204 es el puerto del alimentador. b. El número 602
hace referencia a la placa de alimentación. Fuente: (Estados Unidos Patente nº 0273807 A1)
............................................................................................................................................... 98
Figura 54. Colmena que utiliza elemento calefactor para eliminar la varroa, en la imagen se
observa la fuente de poder (23) o batería, el interruptor de encendido/ apagado (47) y el

cuadro modificado para ubicar en este el elemento calefactor y el sensor de temperatura (32)
Fuente: (Estados Unidos Patente nº 8,272,921 B2) .............................................................. 99
Figura 55. Cuadro donde se dispone el elemento calefactor (36) y el espacio para proporcionar
elementos electrónicos (29) donde estará el sensor de temperatura (42) Fuente: (Estados
Unidos Patente nº 8,272,921 B2) ........................................................................................ 100
Figura 56. Aplicación de teléfono inteligente que informa acontecimientos de la colmena.
Fuente: (Life is for sharing) ................................................................................................ 100
Figura 57. Panal que permite “quebrar” sus celdas para la recolección de la miel. Fuente: (Rusia
Patente nº 2.594.526 C2)..................................................................................................... 101
Figura 58. Árbol de clasificación de la forma de albergar a las abejas.Fuente: Autores ........... 102
Figura 59. Árbol de clasificación de la forma del contenedor del alimentador. ......................... 102
Figura 60. Árbol de clasificación de forma de exponer el alimento a las abejas. Fuente: Autores
............................................................................................................................................. 103
Figura 61. Árbol de clasificación de la forma de alimentar a las abejas. Fuente: Autores ......... 103
Figura 62. Árbol de clasificación de la forma de extender la zona de producción. Fuente: Autores
............................................................................................................................................. 104
Figura 63. Árbol de clasificación del tipo de energía que recibirá la colmena. Fuente: Autores 104
Figura 64. Árbol de clasificación de la forma de almacenar o aceptar energía. Fuente: Autores
............................................................................................................................................. 105
Figura 65. Árbol de clasificación de la forma de convertir energía. Fuente: Autores ................ 105
Figura 66. Árbol de clasificación del medio de información de acontecimientos. Fuente: Autores
............................................................................................................................................. 106
Figura 67. Árbol de clasificación de la forma de recolectar los alimentos. Fuente: Autores ..... 106
Figura 68. Colmena con forma prisma hexagonal vertical. Fuente: Autores ............................. 107
Figura 69. Encaje de cuadros en cámara de cría. Fuente: Autores ............................................. 108
Figura 70. Alimentador de la colmena prisma hexagonal vertical. a. Alimentador en la parte
superior. b. canales para alimentar a las abejas. Fuente: Autores ....................................... 109
Figura 71. Forma de ensamble de la colmena prisma hexagonal vertical. a. Unión tipo cola de
milano. b. Unión por riel Fuente: Autores .......................................................................... 110

XVI

Figura 72. Comportamiento de la temperatura en el diseño de las medias alzas. a. Media alza con
espacio en la parte superior para dejar salir el aire caliente y disminuir la temperatura. b.
Media alza con material cerámico en la parte inferior. Fuente: Autores ............................ 111
Figura 73. Posicionamiento de la colmena prisma hexagonal vertical. Fuente: Autores ........... 111
Figura 74. Tipo de agarre de las medias alzas. a. Agarre de la media alza. b. Relación usuario con
la media alza. Fuente: Autores ............................................................................................ 112
Figura 75. Colmena prisma hexagonal horizontal. a. Secuencia apertura de la cámara de cría. b.
Cámara de cría y media alza apilada. Fuente: Autores ....................................................... 113
Figura 76. Forma de agarre de media alza colmena prisma hexagonal horizontal. Fuente: Autores
............................................................................................................................................. 114
Figura 77. Posicionamiento de cuadros para la colmena prisma hexagonal horizontal. Fuente:
Autores ................................................................................................................................ 114
Figura 78. Forma de agarre de los cuadros. a. Cierre de la colmena y posicionamiento de los
cuadros. b. Agarre desmontable de los cuadros. Fuente: Autores ...................................... 115
Figura 79. Boceto del alimentador de la colmena prisma hexagonal horizontal. Fuente: Autores
............................................................................................................................................. 116
Figura 80. Colmena de forma cilíndrica. Fuente: Autores.......................................................... 116
Figura 81. Forma de dispensar alimento y forma de los cuadros de la colmena cilíndrica. Fuente:
Autores ................................................................................................................................ 117
Figura 82. Forma base de la colmena de forma natural. Fuente: Autores .................................. 117
Figura 83. Colmena de forma natural. Fuente: Autores .............................................................. 118
Figura 84. Forma de recolección de miel. Fuente: Autores ........................................................ 118
Figura 85. Cámara de cría de la evolución de la propuesta. a. Se muestra la forma hexagonal, el
ingreso de alimento desde el exterior y el paso de las abejas hacia la sección de producción
o alza melaria. b. Caras donde se ubica las secciones de producción. Fuente: Autores ..... 121
Figura 86. Alza melaria con forma hexagonal. a. Capacidad de la alza melaria y forma de entrada
de las abejas a la sección. b. Inclinación de la parte superior de la media alza. Fuente:
Autores ................................................................................................................................ 122
Figura 87. Propuesta ubicación de las alzas melarias y base. a. Base de cerámica que permite el
encaje de cada alza melaria. b. Ubicación de las alzas melarias de manera radial. Fuente:
Autores ................................................................................................................................ 123

XVII

Figura 88. Tapas laterales. a. Forma como se ubica la tapa lateral. b. Agarres de la alza melaria y
base cerámica. Fuente: Autores .......................................................................................... 124
Figura 89. Forma interior de la cámara de cría. Fuente: Autores ............................................... 125
Figura 90. Propuesta final de la colmena. Fuente: Autores ........................................................ 126
Figura 91. Base de la Colmena. Fuente: Autores........................................................................ 127
Figura 92. Ubicación de las alzas melarias de manera radial. Fuente: Autores .......................... 128
Figura 93. Agarre de la Colmena Fuente: Autores ..................................................................... 129
Figura 94. Tapas laterales y base para el riel de la manija. Fuente: Autores .............................. 130
Figura 95. Geometría de la Cámara de cría y especificaciones. Fuente: Autores ...................... 131
Figura 96. Ubicación del excluidor de reina y los canales que permiten la ubicación del alza
melaria y el tipo de unión entre los laterales. Fuente: Autores ........................................... 132
Figura 97. Alimentador de la Colmena. Fuente: Autores ........................................................... 133
Figura 98. Ubicación de flotador y potenciometro en el alimentador ........................................ 134
Figura 99. Geometría de alza melaria y accesorios Fuente: Autores .......................................... 135
Figura 100. Forma de ubicar los cuadros en la cámara de cría y alza melaria Fuente: Autores . 136
Figura 101. Forma de ubicar los cuadros en la cámara de cría y alza melaria Fuente: Autores . 137
Figura 102. Forma de las piezas de los cuadros Fuente: Autores ............................................... 138
Figura 103. Apertura de la colmena Fuente: Autores ................................................................. 139
Figura 104. Diagrama de cuerpo libre colmena prototipo Fuente: Autores ............................... 149
Figura 105. Desplazamiento en Y de la base de la Colmena. Fuente: Autores .......................... 150
Figura 106. Desplazamiento en Z de la base la Colmena. Fuente: Autores ............................... 150
Figura 107. Coeficientede seguridad de la base de la Colmena. Fuente: Autores ..................... 151
Figura 108. Tensión de Von Mises. Fuente: Autores ................................................................. 151
Figura 109. Temperatura interna (T1) y Temperatura extrena (T2) de la Colmena diseñada.
Fuente: Autores ................................................................................................................... 152
Figura 110. Circuito térmico de Colmena Langstroth. Fuente: Autores ..................................... 154
Figura 111. Distribución de calor Colmena prototipo. a. vista ortogonal de la colmena diseñada
con tres alzas melarias. b. Vista superior de la Colmena diseñada con tres alzas melarias.
Fuente: Autores ................................................................................................................... 158
Figura 112. Coeficiente de seguridad de la base de la Colmena. Fuente: Autores .................... 161
Figura 113. Funcionamiento sensor de nivel. Fuente: Autores .................................................. 162

XVIII

Figura 114. Diagrama de flujo código. Fuente: Autores ............................................................ 163
Figura 115. Código colmena Librerías y Sensor DHT11 Fuente: Autores................................. 164
Figura 116. Código colmena Módulo de reloj y lectura de humedad y temperatura Fuente:
Autores ................................................................................................................................ 165
Figura 117. Código colmena Escritura datos memoria SD Fuente: Autores .............................. 166
Figura 118. Código colmena Módulo SIM y Alarma. Fuente: Autores ..................................... 167
Figura 119. Ubicación de las galgas en la colmena prototipo. Fuente: Autores ......................... 168
Figura 120. Sensor DHT11 libre en una colmena. Fuente: Autores ........................................... 168
Figura 121. Circuito electrónico instrumentación colmena prototipo. Fuente: Autores ............. 170
Figura 122. Ubicación de sensores térmicos colmena diseñada Fuente: Autores ...................... 171
Figura 123. Sensor de humedad SHT31 Fuente: (YOROBOTICS, 2021) ................................. 172
Figura 124. Isométrico explosionado de Colmena diseñada. Fuente: Autores ........................... 173
Figura 125. Fabricación alzas y cámara de cría. Fuente: Autores .............................................. 174
Figura 126. Alza melaría sin acabados. Fuente: Autores ............................................................ 174
Figura 127. Colmena preensamblada. Fuente: Autores .............................................................. 175
Figura 128. Colmena ensamblada sin cuadros. Fuente: Autores ................................................ 175
Figura 129. Cámara de cría con excluidor de reina y guía para el posicionamiento de rieles.
Fuente: Autores ................................................................................................................... 176
Figura 130. Conexión circuito electrónico instrumentación. Fuente: Autores ........................... 177
Figura 131. Colmena ensamblada con cuadros. Fuente: Autores ............................................... 177
Figura 132. Resistencia eléctrica para Calentar el filamento de los cuadros. Fuente: Autores .. 178
Figura 133. Posicionamiento cera estampada. a. Cuadros de colmena diseñada. b. Medición de
cera estampada. Fuente: Autores ........................................................................................ 178
Figura 134. Corte de cera estampada Fuente: Autores ............................................................... 179
Figura 135. Cera estampada en cuadro. Fuente: Autores ........................................................... 179
Figura 136. Alimentación de abejas en colmena prototipo. Fuente: Autores ............................. 180
Figura 137. Abejas alimentándose en colmena prototipo. Fuente: Autores ............................... 181
Figura 138. Colmena instalada en apiario cerrado de la Corporación Tibairá Fuente: Autores . 181
Figura 139. Colmena sellada. Fuente: Autores ........................................................................... 182
Figura 140. Colmena armada. Fuente: Autores .......................................................................... 183
Figura 141. Estimulo con miel a colmena. Fuente: Autores ....................................................... 183

XIX

Figura 142. Instalación de un panal de abejas en la colmena. Fuente: Autores ......................... 184
Figura 143. Ventajas de la Colmena Fuente: Autores ................................................................ 186
Figura 144. Piquera colmena fabricada. Fuente: Autores ........................................................... 187
Figura 145. Cuadro colmena fabricada. Fuente: Autores ........................................................... 187
Figura 146. Cuadro central colmena fabricada. Fuente: Autores ............................................... 188
Figura 147. Cuadro colmena poblado. Fuente: Autores ............................................................. 188
Figura 148. Apicultor en inspección de cámara de cría colmena prototipo. a. Ángulo de la
articulación del cuello. b. Boceto antropométrico sobre la postura que toma el apicultor para
esta actividad. Fuente: Autores ........................................................................................... 191
Figura 149. Apicultor en inspección de cámara de cría colmena prototipo. a. Ángulo de la
articulación de la columna. b. Boceto antropométrico sobre la postura que toma el apicultor
para esta actividad. Fuente: Autores ................................................................................... 192
Figura 150. Apicultor en inspección levantando alza melaria. a. Ángulo de la articulación de la
muñeca. b. Boceto antropométrico sobre la postura que toma el apicultor para esta
actividad. Fuente: Autores .................................................................................................. 192
Figura 151. Sujeción de asa del alza melaria. a. Fotografía de la sujeción del alza melaria. b.
Boceto antropométrico sobre la postura que toma el apicultor para esta actividad. Fuente:
Autores ................................................................................................................................ 193
Figura 152. Vista superior de la sujeción de un alza melaria. a. Fotografía de la sujeción de un
alza melaria. b. Boceto antropométrico sobre la postura que toma el apicultor para esta
actividad. Fuente: Autores .................................................................................................. 193

Lista de Tablas
Tabla 1. Estándares para el levantamiento de cargas comparado con la situación actual de los
apicultores. .............................................................................................................................. 7
Tabla 2. Evolución de la apicultura en Colombia. ........................................................................ 14
Tabla 3 Especies reportadas en climas frío - páramo. .................................................................. 16
Tabla 4. Constante de conductividad térmica de la madera. ......................................................... 37
Tabla 5. Coeficiente de transferencia de calor por convección .................................................... 38
Tabla 6. Cantidad de apiarios por regiones, departamentos. ........................................................ 56
Tabla 7. Partes de la colmena Langstroth y sus medidas. ............................................................. 59
Tabla 8. Tiempo total que se gasta para la fabricación de una colmena Langstroth. ...................66
Tabla 9. Necesidades interpretadas (¿Qué necesita en la colmena?). ........................................... 68
Tabla 10. Necesidades interpretadas (¿Qué LE GUSTA y qué NO LE GUSTA de la colmena
actual?) .................................................................................................................................. 68
Tabla 11. Necesidades interpretadas (¿Qué mejoraría?) ............................................................... 69
Tabla 12. Principales características que debe tener la colmena. ................................................. 70
Tabla 13. Jerarquización de las necesidades fase Producción. ..................................................... 71
Tabla 14. Jerarquización de las necesidades fase Uso. ................................................................. 71
Tabla 15. Jerarquización de necesidades fase Desecho. ............................................................... 72
Tabla 16. Importancia relativa de las necesidades. ....................................................................... 73
Tabla 17. Necesidades y métricas de tipo Técnico-productivo. ................................................... 76
Tabla 18. Necesidades y métricas de tipo Funcional. ................................................................... 76
Tabla 19. Necesidades y métricas de tipo Estructural. ................................................................. 78
Tabla 20. Necesidades y métricas de tipo Uso. ............................................................................ 78
Tabla 21. Necesidades y métricas de tipo Sostenibilidad ambiental. ........................................... 79
Tabla 22. Relación de la necesidad "la colmena opera normalmente en invierno o verano" con las
métricas. ................................................................................................................................ 80
Tabla 23. Necesidades de tipo técnico - productivo con su unidad de medida y el rendimiento de
la colmena Langstroth. .......................................................................................................... 82
Tabla 24. Necesidades de tipo funcional con su unidad de medida y el rendimiento de la colmena
Langstroth. ............................................................................................................................ 83

XXI

Tabla 25. Necesidades de tipo estructural con su unidad de medida y el rendimiento de la
colmena Langstroth. .............................................................................................................. 85
Tabla 26. Necesidades de tipo uso con su unidad de medida y el rendimiento de la colmena
Langstroth. ............................................................................................................................ 86
Tabla 27. Necesidades de tipo sostenibilidad ambiental con su unidad de medida y el
rendimiento de la colmena Langstroth. ................................................................................. 87
Tabla 28. Dimensiones y percentiles que se tuvieron en cuenta para las dimensiones bases que
debería tener la colmena a diseñar. ....................................................................................... 88
Tabla 29. Valores de las métricas mostrando la situación actual, los valores marginales e ideales.
............................................................................................................................................... 90
Tabla 30. Funciones que debe cumplir la colmena. ...................................................................... 96
Tabla 31. Valoración de las propuestas planteadas con respecto a las funciones establecidas .. 119
Tabla 32. Materiales para la construcción de la Colmena. ......................................................... 142
Tabla 33. Accesorios para el ensamble de la colmena................................................................ 143
Tabla 34. Tiempo total que se gasta para la fabricación de una colmena Langstroth. ............... 144
Tabla 35. Lista de materiales a utilizar con sus respectivas especificaciones ............................ 145
Tabla 36. Lista de insumos para ensamble con sus respectivas especificaciones. ..................... 145
Tabla 37. Lista de insumos para la instrumentación con sus respectivas especificaciones. ....... 145
Tabla 38. Lista de maquinaria necesaria para la producción de la colmena y su depreciación .. 146
Tabla 39. Tiempo de producción de cada una de las secciones de la colmena y su costo .......... 147
Tabla 40. Costo total de la colmena. ........................................................................................... 147
Tabla 41. Resultados de ensayos a la tensión de metales. .......................................................... 152
Tabla 42. Elementos para la instrumentación de la colmena ...................................................... 160
Tabla 43. Temperaturas tomadas en sitio. .................................................................................. 194
Tabla 44. Grado de cumplimiento .............................................................................................. 196

XXII

Lista de Gráficos
Gráfico 1. Relación de costos, ingresos y utilidad bruta de miel en algunos departamentos de
Colombia Fuente: (Agenda prospectiva de investigación y desarrollo tecnológico para la
cadena productiva de las abejas y la apicultura en Colombia con énfasis en miel de abejas,
2010) ....................................................................................................................................... 1
Gráfico 2. Variación de Q con respecto a los posibles valores de h. Fuente: Autores ................. 40
Gráfico 3. Variación de T2 con respecto a los posibles valores de h. Fuente: Autores ................ 40
Gráfico 4. Variación de temperatura en el páramo, el apiario y la colmena Langstroth. Fuente:
Autores. ................................................................................................................................. 48
Gráfico 5. Colmena más usada ..................................................................................................... 57
Gráfico 6. Cada cuento inspecciona la colmena ........................................................................... 58
Gráfico 7. Cada cuanto cosecha miel ............................................................................................ 58
Gráfico 8. Variación de Q con respecto a los posibles valores de h en la colmena Diseñada.
Fuente: Autores ................................................................................................................... 156
Gráfico 9. Variación de T2 con respecto a los posibles valores de h en la colmena Diseñada
Fuente: Autores ................................................................................................................... 157
Gráfico 10. Temperaturas colmena Diseñada. Fuente: Autores ................................................. 171
Gráfico 11. Cantidad de Masa de la Colmena. Fuente: Autores ................................................. 172
Gráfico 12. Comparación de T2 en las dos colmenas con variación en h cada 0,1 Fuente: Autores
............................................................................................................................................. 189
Gráfico 13. Comparación de T2 en las dos colmenas con variación en h cada 0,1 Fuente: Autores
............................................................................................................................................. 190
Gráfico 14. Comparación de la variación de temperatura al interior de las colmenas Langstroth y
la Colmena Diseñada Fuente: Autores ................................................................................ 195

XXIIILista de Anexos
Anexo 1. Sondeo de manipulación y producción de las colmenas actuales
Anexo 2. Código de programación Langstroth
Anexo 3. Matriz de necesidades
Anexo 4. Planos Colmena diseñada
Anexo 5. Planteamiento del proceso de producción Colmena diseñada
Anexo 6. Código de programación Colmena diseñada
Anexo 7. Manual de usuario Colmena diseñada
Anexo 8. Datos comparación colmena con sensores

Introducción
La apicultura colombiana es una actividad económica que se está fortaleciendo, se
caracteriza por tener un gran número de apicultores produciendo miel, propóleo, polen, jalea real,
entre otros; además generan un gran aporte al sector agrícola por la polinización que las abejas
generan.
La apicultura boyacense aporta el 12% de las colmenas en el país, concentradas en un 97%
bajo la denominación de unidades productivas campesinas (Asoapiboy, 2018), siendo este aspecto
de especial relevancia debido a que esto genera que muchas de sus colmenas sean rusticas
(colmenas artesanales, uso de insecticidas, extracción manual, entre otros), lo que genera baja
producción con respecto a apiarios más tecnificados y problemas físicos por la manipulación de
estas colmenas.
Para el año 2008 la producción de miel en relación con su costo beneficio en Boyacá, se
veía muy baja con respecto a los otros departamentos del país, Telmo Martínez en su documento
“Informe final sobre diagnóstico de la situación actual de la apicultura colombiana y bases para su
desarrollo” (2006), atribuye este rendimiento a los procesos artesanales que aún se desarrollan en
el departamento, en la siguiente gráfica se muestra su relación de costos, ingresos y utilidad bruta
en los departamentos con mayor producción de miel del país.

Gráfico 1. Relación de costos, ingresos y utilidad bruta de miel en algunos departamentos de
Colombia
Fuente: (Agenda prospectiva de investigación y desarrollo tecnológico para la cadena
productiva de las abejas y la apicultura en Colombia con énfasis en miel de abejas, 2010)

Es así como se muestra que el departamento de Boyacá a pesar de ser uno de los principales
productores de miel en el país, es de los departamentos con menos rentabilidad en cuanto a estos
productos.
Sin embargo, en el año 2016 el departamento produjo 462.321 litros de miel y en el año
2017 hubo una producción cercana a las 42 toneladas de polen, demostrando que es un campo
productivo creciente en la región (Asoapiboy, 2018).
Por lo anterior, la Asociación de Apicultura en Boyacá (Asoapiboy) está comprometida
con el desarrollo de proyectos relacionados a la producción de herramientas que contribuyan al
mejoramiento de la actividad apícola; debido a que se encuentran tareas que pueden afectar la
salud de los apicultores y también se encuentran condiciones climáticas que pueden afectar la
producción de las colmenas.
Se ha encontrado que los apicultores pueden tener afectaciones en articulaciones del cuello,
columna y muñeca; esto se debe a posicionamiento incómodo, levantamiento de objetos pesados,
movimientos repetitivos, fuerza excesiva, uso de herramientas manuales y temperaturas
ambientales frías o calientes, uso de pesticidas y picaduras de insectos; en la investigación
“Ergonomics in apiculture: A case study based on inspecting movable frame hives for healthy bee
activities” (2019), se encontraron impactos negativos relacionados con las actividades que
desarrollan los apicultores en una jornada laboral, entre ellas se encuentran: deshidratación debido
a las altas temperaturas dentro de la ropa, dolor en la muñeca, hombro, espalda y cuello por
manipulación manual de herramientas para la recolección de miel y dolor en la muñeca y la parte
superior del brazo por el levantamiento de la colmena. (Fels, Blackler, Cook, & Foth, 2019)
Por otro lado, se considera que si hay un monitoreo en la colmena dónde se pueda verificar
consumo de alimentos, condiciones del enjambre, temperatura, peso de la colmena, humedad,
pérdida de colonias, entre otras, se podría prever incidentes en la colonia, ya que estas no son
monitoreadas y solo cuando hay un incidente se interviene en la colmena. En los estudios de caso
tomados en la investigación “Precision apiculture: Development of a wireless sensor network for
honeybee hives” (2019), se implementó por 30 días en tres colmenas una red inalámbrica de
sensores para tener una supervisión continua de la colmena, en dónde los resultados obtenidos no
mostraron efectos a corto plazo, pero, se considera una solución para la inspección de la colmena,
ya que no es necesario destaparla para verificar producción y temperatura. (Evan, Viacheslav,
Trevo, Cristopher, & Nathaniel, 2019)

Por lo anterior, se buscó diseñar una colmena que pueda abarcar los problemas
ergonómicos y productivos, se toman estos dos enfoques para el desarrollo de un producto que
pueda contrarrestar las dos problemáticas, sin dejar de un lado la otra, debido a que muchas de las
investigaciones relacionadas a la apicultura se centran en el confort de las abejas y no se relacionan
al confort del apicultor. (Fels, Blackler, Cook, & Foth, 2019)

Capítulo 1
ASPECTOS METODOLÓGICOS DEL PROYECTO
En este capítulo se describe el planteamiento del problema, su formulación, la justificación del
proyecto y objetivos planteadas para el desarrollo del proyecto.

1.1.PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.1.1. Planteamiento del problema

Las abejas representan un eslabón importante en la naturaleza como agentes polinizadores,
permiten la reproducción de un gran número de especies vegetales y el aumento del volumen de
producción y calidad de algunos frutos; son valiosas para recuperar, estabilizar y conservar los
ecosistemas.
En Colombia, el sector apícola ha contribuido al desarrollo de esta cadena productiva
gracias a los diferentes pisos térmicos que hay en el país. (Laverde Rodríguez, Egea Hernández,
Rodríguez Zárate, & Peña Sáenz, 2010). El desarrollo de la cadena apícola en el departamento de
Boyacá ha tenido un retraso en cuanto a su productividad, esto se debe a las falencias funcionales
de los métodos e instrumentos utilizados en la recolección de los productos derivados de las abejas;
la Corporación Tibairá del departamento de Boyacá es una de las micro empresas que se dedican
a la apicultura, cuenta con 8 apiarios, 7 de ellos en ecosistema páramo, en donde cada apiario
cuenta con por lo menos 10 colmenas, estas son de tipo Langstroth, hechas a partir de madera de
pino ciprés.
Consultando con apicultores y en la literatura, en la cadena apícola se han encontrado
principalmente 3 problemas que afectan la producción de los derivados de las abejas (miel, polen,
propóleo, jalea real y cera) relacionados directamente con las colmenas, que son: el uso de madera
para su construcción, problemas ergonómicos, problemas de monitoreo al interior de las colmenas.
Las colmenas hechas a partir de madera se tienen que cambiar aproximadamente cada 5
años, provocando esto un gasto adicional al apicultor, además, los integrantes de la corporación
manifiestan incomodidad en la manipulación de la colmena debido a su elevado peso, y también

han comentado que actualmente es deficiente la forma en que se alimentan a las abejas en
temporadas de invierno, dónde las bajas temperaturas de la mañana llegan hasta los - 6 °C y luego
en el trascurso del día alcanza los 24 °C, quemando la mayoría de la vegetación que se encuentra
alrededor del apiario y por lo tanto las abejas se quedan sin alimentación en el exterior.
El apicultor en una jornada de trabajo tiene que extraer de la colmena recuadros para
verificar cómo va la producción de la miel al interior, a su vez, revisa la cantidad de huevos que
se están gestando para comprobar que la abeja reina está en confort y por lo tanto es productiva en
la colmena.En el momento de extraer los recuadros, el apicultor utiliza una palanca que le permite
levantar cada cuadro, cabe resaltar que el operario tiene que utilizar guantes debido al riesgo de
picadura de las abejas, esto provoca que el área de contacto con cada uno de los agarres de la
colmena se disminuya.
Con el diseño de la nueva colmena se espera dar solución a los problemas ergonómicos en
cuanto al levantamiento de peso y la forma de los agares que se encuentran, puesto que las
investigaciones se han centrado en inquirir sobre la salud de las abejas y las colmenas, sin tener en
cuenta las condiciones ergonómicas de los apicultores (Fels, Blackler, Cook, & Foth, 2019).
En cuanto al confort térmico de las abejas, se pudo constatar después de haber realizado
una visita a uno de los apiarios de la Corporación Tibairá en el páramo Pan de Azúcar (3400 msnm
aproximadamente) ubicado en Duitama, que las colmenas tienen un sistema interno de
alimentación para las abejas, dónde se hace necesario levantar el alza melaria para poder ingresar
alimento a la cámara de cría, esto genera una pérdida de hasta 5 kg de miel en la cosecha (Evan,
Viacheslav, Trevo, Cristopher, & Nathaniel, 2019), debido a la muerte de hasta el 10% de la
población de la colmena en el momento de volver a cerrar la cámara de cría; también esta pérdida
de producto se debe al confort que pueden perder las abejas, debido a que ellas deben tener una
temperatura en la colmena de 35 °C en promedio (Rodríguez, 2011).
Por lo tanto, cuando se abre la colmena para inspeccionar la cámara de cría y cuando el
clima exterior afecta la temperatura interna de la colmena por bajas o altas temperaturas, el confort
térmico de las abejas se afecta haciendo que estas bajen la producción, abandonen la colmena o en
el peor de los casos se mueran. En cualquiera de los casos es un efecto negativo para las abejas y
para los apicultores. Por ello, en el nuevo diseño se pretende medir la temperatura promedio interna
de la colmena, para poder predecir variaciones internas que afecten el confort de la colmena, al
igual que su productividad y así poder tomar medidas a tiempo.

Las colmenas usadas por la Corporación Tibairá presentan diseños que han afectado la
producción apícola en cuanto a su manipulación, a la alimentación de las abejas, al confort interno
de la colmena, las condiciones de reproducción, la producción de miel y entre otras; por lo tanto,
se pretende desarrollar un nuevo tipo de colmena que incluya un modelo de cámaras de cría, alzas
melarias y recuadros de miel, que disminuya el peso que debe soportar el apicultor y a su vez,
cuente con agarres que le den firmeza en el momento de sostener un alza melaria, un sistema de
alimentación que no implique la exposición de la cámara de cría con el clima exterior, un sistema
de medición, registro, monitoreo y visualización del estado térmico de la colmena.
1.1.2. Formulación del problema.
¿Cómo optimizar el diseño de las colmenas de la Corporación Tibairá para reducir los
movimientos y esfuerzos físicos del trabajador y mejorar la inspección al interior de ellas?

1.2.Justificación
El sector apícola en Colombia ha contribuido al desarrollo de esta cadena productiva
debido su alta calidad y al reconocimiento de las múltiples propiedades de los productos derivados
de las abejas, lo cual se debe en gran medida a los diferentes pisos térmicos con los que cuenta el
país; esto posee gran relevancia debido a que el clima y la vegetación de cada zona que otorga
múltiples propiedades a los productos tales como: miel, polen, propóleo, jalea real y cera.
En la actualidad, la apicultura boyacense aporta el 12% de las colmenas en el país, esta
actividad se concentra en la región centro del departamento (Asoapiboy, 2018). Es reconocida a
nivel nacional por la alta calidad de sus productos (miel y polen), de alta pureza y concentración
en sus componentes, lo cual le otorgan a esta actividad un valor diferenciador en el entorno
nacional. Lo anterior es atribuido a las características climáticas de vegetación y flora. El clima
predominante del centro del departamento de Boyacá es de bosque seco de alta montaña, el cual
se ubica entre los 2.600, 2.800 hasta de páramo superando los 3000 msnm (Laverde Rodríguez,
Egea Hernández, Rodríguez Zárate, & Peña Sáenz, 2010).
Gracias a la diversidad de flora que existe en la región, como el papel agrícola que el
departamento asume en el país debido a la producción de tubérculos, vegetales, legumbres y la
flora nativa que se encuentra en este, permiten que las abejas hallen gran diversidad de vegetación
para su alimento, esto a su vez contribuye a que estos alimentos se terminen de gestar, debido a la
función ecológica polinizadora de las abejas que permite garantizar la producción de alimentos y

especies vegetales. Así que, siendo Boyacá un departamento que cuenta con un excelente campo
productivo apícola, se considera que podría crecer aún más su producción, si la tecnología
implementada en los apiarios contaran con condiciones de confort en la manipulación para los
apicultores y con confort térmico para las abejas, ya que estudios científicos como la investigación
realizada por Peroné (2014), afirman que por cada vez que se abre una colmena se pierden cinco
kilogramos de miel de la cosecha y se muere hasta el 10% de la población.
Dado que actualmente, el monitoreo del proceso productivo de las abejas se realiza
solamente por inspección visual y con una predicción subjetiva que genera perdida de miel y
muerte de abejas, se considera que por un lado es necesario el diseño instrumentado de una nueva
colmena, que cuente con elementos que ayuden a determinar reducción de producción y de
población, bajas o altas temperaturas en el ambiente exterior e interior, falta de alimento, cantidad
de miel producida (para evitar inspección física de la colmena), entre otros factores, que
solucionarían problemas de monitoreo, cosecha y producción de los derivados de las abejas, así
como la disminución de la muerte de ellas.
Por otro lado, dado que los apicultores día a día deben manipular (levantar) sin adecuados
sistemas de agarre los diferentes cajones de la colmena y transportar las colmenas completas
hechas de madera con miel, es así como, están obligados a exceder los límites de peso que están
permitidos cargar por una persona según la Resolución 2400 de 1979 (25 kg para hombres y 12,5
kg para mujeres) (Ministerio de trabajo y seguridad social, 1979); esto dificulta la tarea de
inspección y cosecha, pero sobre todo genera problemas de salud en los apicultores, que en algunos
casos termina en enfermedades lumbares o articulares, hernias, entre otras.
En la Tabla 1, se muestran los estándares para el levantamiento de cargas comparado con
el escenario actual de los apicultores; esta situación, hace referencia al levantamiento de un alza
melaria o cámara de cría.
Tabla 1. Estándares para el levantamiento de cargas comparado con la situación actual de los
apicultores.
Ítem Permitido
Situación actual
Sin miel (o menos del 30%
de la producción)
Con miel
Carga máxima a levantar
Hombres 25 kg 12, 5 kg

Hasta 27 kg

Mujeres 12,5 kg 12,5 kg

Hasta 27 kg

Desplazamiento con el
máximo peso a levantar
Hasta 20 cm + 20 cm

-20 cm

Giros No deben haber Si hay

Si hay

Duración con intervalos Hasta 2 horas 1 a 2 horas

+ de 3 horas

Fuente: Autores (Basado en (Resolución 2400 de 1979)

1.3.Objetivos
1.3.1. Objetivo general.
Diseñar y fabricar un prototipo instrumentado de colmena que favorezca la manipulación
de los apicultores y el monitoreo del confort productivo de las abejas en el apiario del páramo Pan
de Azúcar de la corporación Tibairá del departamento de Boyacá.

1.3.2. Objetivos específicos

o Caracterizar las condiciones ambientales actuales del apiariocaso de estudio, condiciones
técnicas y de manipulación de la colmena, con el fin de describir y tener un punto de
referencia sobre el espacio y el estado actual de las colmenas usadas por los apicultores de
la Corporación Tibairá.
o Diseñar un modelo de colmena teniendo en cuenta las condiciones ergonómicas ideales
para la manipulación de la colmena en el momento de la inspección y alimentación de
abejas, con el fin de, definir los componentes, características técnicas, tecnológicas,
funcionales y formales necesarias.
o Seleccionar e instrumentar un sistema de medición y monitoreo de las condiciones térmicas
y técnicas de la colmena en el proceso productivo de las abejas, con el propósito de
establecer parámetros de inspección que permitan mantener informado al apicultor sobre
las condiciones internas y externas de la colmena.
o Construir el prototipo instrumentado de colmena, para validar el funcionamiento de la
colmena en condiciones reales de clima, tiempo y espacio en el apiario del páramo Pan de
azúcar de la Corporación Tibairá.

Capítulo 2
MARCO TEÓRICO
En este capítulo se dará contexto a todo lo que concierne en la actividad apícola. Se
empezará con una introducción sobre la apicultura, las abejas que son utilizadas en esta actividad,
los productos que se comercializan a partir de una colmena y como ha sido el desarrollo de la
apicultura en Colombia; seguido a esto se encuentran los principales factores que afectan la
actividad apícola, los cuales son la abeja, la flora, el apicultor y la tecnología con la que se cuenta,
donde se expone un análisis de la colmena Langstroth siendo esta la más utilizada en esta actividad;
continuando se definirán los procesos de recolección de cada uno de los productos de la colmena,
para entender las actividades que se deben realizar a la hora de recolectar los productos apícolas.

2.1.APICULTURA

La palabra apicultura viene del latín: apis (abeja) y cultura (cultivo), es decir, la apicultura
es una actividad que se dedica al cultivo de abejas o cría de abejas. En esta actividad se conserva
la vida de las abejas gracias a que cuentan con un hogar para establecerse y así producir productos
como miel, polen, propóleo y entre otros. Cuando se habla de apicultura, no solo se habla de la
conservación de las abejas, sino también, de la extracción de los productos apícolas; esto nace en
1851 por el sacerdote Lorenzo Lorraine Langstroth, quien se encargó de evaluar el comportamiento
de las abejas y estandarizar una colmena para poder extraer los productos de allí, por esta razón la
colmena normalizada Langstroth lleva su nombre.
En la actualidad existen dos maneras de hacer apicultura, la primera es la apicultura fija o
permanente, en este tipo de actividad apícola se mantienen las colmenas fijas en un lugar y su
propósito principal es la extracción de los productos de la colmena; el segundo tipo de apicultura
es la trashumante o migrante, se le llama así porque las colmenas son transportadas alrededor de
un cultivo dependiendo los requerimientos de polinización que este tenga, por lo tanto, la
recolección de los productos de la colmena no es su prioridad, sino la polinización dirigida del
cultivo.

2.1.1. Abeja
La abeja pertenece al reino animal, dentro de los que tienen miembros articulados y
pertenece a la clase insectos (cuerpo dividido en cabeza, tórax y abdomen). La especie de abeja
más utilizada en la producción apícola es la Apis Mellifera, entre esta familia se encuentran otras
abejas como la Scutellata (africana), Mellifera (alemana), Ligustica (Italiana), Caucásica
(Caucasiana) y Cárnica (Carniola), en la Figura 1 se pueden ver estas abejas.

Figura 1. Tipos de abeja Apis Mellifera.
Fuente: Autores (basado en (Manual técnico de apicultira: Abjea (Apis Mellifera))

La abeja más utilizada actualmente en Colombia es el híbrido africanizado, este híbrido fue
formado por el cruce de abejas Apis mellifera scutellata y abejas europeas (mellifera mellifera y
mellifera ligustica) que ya se encontraban en el continente debido a la importación de diferentes
especies de animales en la conquista.
Biología de la abeja. El cuerpo de la abeja se divide en tres principales partes, la cabeza, el
tórax y el abdomen, en la Figura 2 se muestra las partes de la abeja.

Figura 2. Partes de la abeja.
Fuente: Autores (basado en (Manual técnico de apicultira: Abjea (Apis Mellifera))

En la cabeza ellas tienen la mandíbula con la cual se encargan de alimentarse, alimentar a
las larvas y hacer labores de aseo como arrastrar a las abejas muertas fuera de la colmena; en el
tórax se encuentran las alas que se encargan de transportarlas y también las patas que además de
permitir el desplazamiento en tierra se ocupan de sostener el polen y el propóleo en el tercer par
de patas o corbícula1 para transportarlo a la colmena. El abdomen es el encargado de contener los
órganos reproductivos de la abeja reina y los zánganos, es por ello que cuando el zángano fecunda
a la reina este muere porque sus órganos reproductores se desmiembran junto con el abdomen; el
abdomen en las abejas obreras está directamente conectado con el aguijón, por consiguiente
cuando ellas pican algo como sistema de defensa se mueren, puesto que el abdomen se desmiembra
con el aguijón.
Organización de la colmena. La colmena se compone por tres individuos, la abeja reina,
las abejas obreras y los zánganos. La abeja reina tiene un abdomen más largo con respecto a las
otras dos castas, dentro de sus funciones se encuentra poner huevos y controlar a los integrantes
de la colonia mediante la hormona mandibular, ella es la que organiza lo que deben hacer las
abejas, ella también se encarga de decidir qué tipo de casta desea, si es abeja reina, obrera o
zángano según la necesidad de la colmena, la abeja reina tiene un rango de vida entre 3 a 5 años.
Las abejas obreras son las de menor tamaño y de mayor población en la colmena, estas abejas son

1 Último par de patas de las abejas (allí transportan polen y propóleo).

infértiles, ellas se encargan de actividades como pecoreo2, abanican para tener temperatura
promedio de 35°C en la colmena, alimentan las larvas, hacen la limpieza en la colmena, defienden
la colonia, construyen los panales y proveen el néctar, polen, agua y propóleos necesarios; ellas
tienen un rango de vida entre 35 a 40 días. Los zánganos tienen los ojos más grandes y el abdomen
más ancho con respecto a las otras dos castas, la función principal del zángano es fecundar a la
abeja reina, una vez la fecunda este muere.
La comunicación de las abejas se basa en danzas, sonidos y feromonas, ellas comunican
por estos medios actividades al interior y exterior de la colmena, toman como referencia el sol, la
colmena y fuentes de alimento.

2.1.2. Productos apícolas

Los productos apícolas son aquellos productos que se pueden obtener de una colmena de
abejas, estos productos son recolectados y transformados por las abejas para la construcción de sus
panales, para la alimentación y para el control de enfermedades dentro de la colmena. Los
productos apícolas que más se destacan a nivel comercial son la miel, el polen, el propóleo y la
cera de abejas, otros productos que se pueden obtener de la colmena es la jalea real y la apitoxina,
a su vez, también se pueden obtener productos vivos siendo estos: abejas obreras, abejas reinas y
semen.
Miel. La miel es una sustancia dulce producida a partir del néctar de las flores o de
secreciones extraflorales que las abejas colectan, transforman y combinan con sustancias
específicas como enzimas (invertasa, diastasa y glucoxidasa), minerales y otras que son guardadas
en los alvéolos3 de los cuadros donde maduran hasta completar su formación (opercular4). Sus
características organolépticas se evalúan de acuerdo con su aspecto,