W mojej pasiece

Praktyczna metoda wytopu woszczyny i dezynfekcji ramek

Metody stosowane w pszczelarstwie winny być praktyczne i możliwie proste. Należy opracować metody techniczne łatwiejsze w użyciu. Tyczy się to również otrzymywania wosku i optymalizacji tego procesu.

fot. Pixabay

„Każda rodzina pszczela musi w ciągu roku odbudować co najmniej trzy plastry węzy w korpusie gniazdowym. Pierwszą nadstawkę miodową dajemy w miarę możliwości z woszczyną, ale następne tylko z węzą. Systematyczną odnowę plastrów w korpusie gniazdowym uważam za nieodzowny zabieg higieniczny służący zapobieganiu chorobom pszczół. Tylko w ten sposób możliwe jest skuteczne tępienie zarówno chorób czerwiu, jak i nosemozy”.

brat Adam, Moja gospodarka pasieczna

„Do wymiany powinna iść co roku ⅓–½ część liczby plastrów gniazdowych (…) ze względu na zdrowotność pszczół (stare plastry są siedliskiem różnych zarazków i szkodników)”.

Wanda Ostrowska, Gospodarka pasieczna

„Jednym z pierwszych [instynktów u pszczół robotnic – dop. aut.] jest instynkt budowy plastrów pszczelich. Zarówno bytowanie na starej (ciemnej, czarnej) woszczynie, jak również niemożność budowy nowych plastrów przyczynia się do wzrostu poziomu stresu w rodzinie pszczelej”.

Zbigniew Lipiński, Istota oraz mechanizm porzucania gniazd przez roje pszczół miodnych

Jak wynika z powyższych cytatów, używanie nowych, jasnych plastrów ma duży wpływ na efektywność gospodarki pasiecznej, zdrowotność pszczół i ich harmonijny rozwój. Aktualnie, w dobie wzrastających strat w liczebności rodzin pszczelich, znaczenie zachowania higieny gniazda cały czas wzrasta.

Opracowanie rozwiązania technicznego

Urządzenie do wytopu woszczyny z ramek pszczelich, które powinno posiadać następujące cechy eksploatacyjne:

1. możliwość wytopu na bieżąco,

2. praca bez użycia ognia otwartego,

3. elektryczne zasilanie 230 V, moc pobierana poniżej 2 kW, bezpiecznik 10 A,

4. możliwość wytopu bez wycinania woszczyny z ramek,

5. uniwersalność (jedno urządzenie dla wszystkich typów ramek),

6. wydajność 20 ramek w jednym przebiegu

Analiza zadania

Aby spełnić nałożone warunki, czyni się poniższe założenia:

1. topiarka parowa (gwarantuje pozyskanie wosku 1 gatunku),

2. konstrukcja z blachy (stal kwasoodporna, nierdzewna),

3. zasilanie – elektryczna wytwornica pary (typowa) V = 5 l, P = 1800 W, U = 230 V
Wielkość urządzenia umożliwiająca jednorazowy wytop nie mniej niż 20 sztuk ramek pszczelich Dadant V = 0,2 m³, prostopadłościan 1000 × 500 × 400 mm, powierzchnia ścian A = 2,2 m²

4. Czas wytopu – nie więcej niż 1,5 h; czas podgrzania wody – 0,5h; czas wytopu – 1h

Obliczenia energii dla wsadu 20 ramek typu Dadant z woszczyzną

Stałe fizyczne:

• ciepło właściwe woszczyzny (wosku):
  c_w= 2 kJ/kg ∙ K
• ciepło właściwe powietrza: c_p = 1000 J/kg ∙ K
• ciepło właściwe drewna: c_d = 2,4 kJ/kg ∙ K
• ciepło właściwe stali: c_s = 500 J/kg ∙ K
• ciepło topnienia wosku: q_tw = 170 kJ/kg ∙ K
• współczynnik przejmowania ciepła z powierzchni płyty grzejnej (obudowy topiarki):
• ar = 8 W/m²K (t₃ > 80°C)

Dane:

• jednorazowa liczba ramek woszczyny: 20 sztuk ramek Dadant lub 40 sztuk Dadant ½
• temperatura początkowa: t₁ = 15°C
• temperatura końcowa: t₂ = 85°C
• temperatura zewnętrzna topiarki: t₃ = 85°C
• masa drewna ramek: m_d = 230 g ∙ 20 = 4600 g
• masa woszczyny: m_W = 300 g ∙ 20 = 6000 g
• masa topionego wosku (ok. 40% masy woszczyny): mtw = 2 400 g
• masa stali (obudowa urządzenia + ruszt): ms = 20 000 g
• masa powietrza we wnętrzu topiarki:
• m_p = 0,2 m³ ∙ 1,29 kg/m³ = 0,26 kg = 260 g

Bilans cieplny urządzenia

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆

Q – energia zużyta na przetop wsadu

Q₁ – energia zużyta na podgrzanie woszczyny od t₁ do t₂

Q₂ – energia zużyta na stopienie wosku

Q₃ – energia zużyta na podgrzanie drewna (ramek) od t₁ do t₂

Q₄ – energia zużyta na podgrzanie powietrza od t₁ do t₂

Q₅ – energia zużyta na podgrzanie stali obudowy od t₁ do t₂

Q₆ – energia strat wytapiarki

Q = m_wc_w ∙ (t₂ – t₁) = 6000 ∙ 2 ∙ (85 - 15) = 840 kJ

Q₁ = m_twq_tw = 2400 ∙ 170 = 408 kJ

Q₂ = m_dc_d ∙ (t₂ – t₁) = 4600 ∙ 2,4 ∙ 70 = 773 kJ

Q₃ = m_pc_p∙ (t₂ – t₁) = 260 ∙ 1 ∙ 70 = 18 kJ

Q₄ = m_sm_s∙ (t₂– t₁) = 20 000 ∙ 500 ∙ 70 = 700 kJ

Q₅ = a_rA ∙ (t₃– t₁) = 8 ∙ 2,2 ∙ 70 = 1232 W = 4435 kJ

Energia niezbędna na wytopienia woszczyny z 20 ramek:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃+ Q₄ + Q₅ + Q₆ = 840 + 408 + 773 + 18 + 700 + 4435 = 7174 kJ

Energia wytworzona przez źródło

Założona sprawność = 0,9

E_z = 0,9 ∙ P ∙ t = 0,9 ∙ 1800 ∙ 3600 = 5832 kJ

(t – czas wytopu 1 h liczony od momentu uzyskania przez wodę w wytwornicy pary o temperaturze 100°C)

Q >> Ez

Wniosek 1

Energia niezbędna do poprawnej pracy urządzenia jest znacznie większa od energii źródła (wnętrze topiarki nie osiągnie niezbędnej temperatury do wytopu wosku).

Wniosek 2

Aby zachować wymagane cechy eksploatacyjne (P < 2 kW), należy zmienić konstrukcję urządzenia, tak aby zmniejszyć energię strat do poziomu gwarantującego poprawną pracę.

Wytop zakończony, z wytapiarki wycieka woda ze śladową ilością wosku. Po zastygnięciu krąg wosku nie przykleja się do ścianek pojemnika.
fot. Alfred Molęda

Obliczenia dla wersji z izolacją termiczną

Założenia:

1. temperatura zewnętrznej obudowy topiarki (z izolacją termiczną) t₄ = 30°C,

2. izolacja termiczna (wełna mineralna 4 cm),

3. obudowa zewnętrzna prostopadłościenna (1100 mm × 600 mm × 500 mm) ze stali nierdzewnej (powierzchnia A₁ = 3 m²).

Współczynnik przejmowania ciepła z powierzchni płyty grzejnej (obudowy topiarki) a = 4,5 W/m² ∙ K (dla t₄ = 30°C).

Bilans cieplny urządzenia

Q_i = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q₇

Q_i – energia zużyta na przetop wsadu – urządzenie z izolacją termiczną

Q₁ – energia zużyta na podgrzanie woszczyny od t₁ do t₂

Q₂ – energia zużyta na stopienie wosku

Q₃ – energia zużyta na podgrzanie drewna (ramek) od t₁ do t₂

Q₄ – energia zużyta na podgrzanie powietrza od t₁ do t₂

Q₅ – energia zużyta na podgrzanie stali (obudowy wewnętrznej) od t₁ do t₂

Q₆ – energia zużyta na podgrzanie stali (obudowy zewnętrznej) od t₁ do t₄

Q₇ – energia strat topiarki ocieplonej (izolacja termiczna + obudowa zewnętrzna)

Q₁ = m_wc_w∙ (t₂ – t₁) = 6000 ∙ 2 ∙ (85 - 15) = 840 kJ

Q₂ = m_twq_tw = 2400 ∙ 170 = 408 kJ

Q₃ = m_dc_d ∙ (t₂ - t₁) = 4600 ∙ 2,4 ∙ 70 = 773 kJ

Q₄ = m_pc_p ∙ (t₂ - t₁) = 260 ∙ 1 ∙ 70 = 18 kJ

Q₅ = m_sc_s ∙ (t₂ - t₁) = 20 000 ∙ 500 ∙ 70 = 700 kJ

Q₆ = m_sc_s ∙ (t₄ - t₁) = 20 000 ∙ 500 ∙ 15 = 150 kJ

Q₇ = a_rA₁ ∙ (t₄ - t₁) = 4,5 ∙ 3 ∙ 15 = 202 W = 729 kJ

Energia niezbędna na przetop wsadu:

Qi = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ = 840 + 408 + 773 + 18 + 700 + 150 + 729 = 3618 kJ

Energia wytworzona przez źródło:

Ez = 0,9 ∙ P ∙ t = 0,9 ∙ 1800 ∙ 3600 = 5832 kJ

(t – czas wytopu 1h liczony od momentu uzyskania przez wodę w wytwornicy pary o temperaturze 100°C)

Qi < Ez

Wniosek 3

Energia niezbędna do poprawnej pracy urządzenia jest mniejsza od energii źródła (wnętrze topiarki osiągnie niezbędną temperaturę do wytopu wosku).

Wniosek 4

Konstrukcja urządzenia do wytopu woszczyny z ramek pszczelich w wersji z izolacją termiczną spełnia wymagane cechy eksploatacyjne (P < 2 kW).

Wykonanie i badanie prototypu i wersji produkcyjnej

Jako model i jednocześnie prototyp urządzenia do badań wykorzystano korpus nierdzewnej, ocieplanej, dużej słonecznej topiarki do wosku produkcji Przedsiębiorstwa Pszczelarskiego Tomasz Łysoń (urządzenie zostało wycofane z oferty handlowej w 2012 r.). Dodatkowo wykonano pokrywę z blachy kwasoodpornej z izolacją cieplną (zastosowano tymczasowo arkusz pianki polietylenowej).

Wytapiarkę ustawiono na stojaku z niewielkim pochyleniem w kierunku wypływu wosku. W pokrywie zabudowano dławicę do wprowadzenia przewodu pary z wytwornicy pary. Wejście usytuowano w pośrodku tylnej części, czyli przeciwnej do rury spustu wosku. Jako źródło czynnika grzewczego (pary) zastosowano typową wytwornicę pary o parametrach znamionowych moc P = 1800 W, napięcie znamionowe U = 230 V. Wyżej wymienione wytwornice są typowe, dostępne na rynku.

Przebieg badań

Wykonano kilka wytopów próbnych. W każdym cyklu załadowano po 20 sztuk ramek Dadant lub 40 sztuk ramek Dadant ½ z woszczyną w rożnym stanie (jasne, ciemne, bardzo ciemne, z pierzgą, z larwami motylicy woskowej, również ramki częściowo pokryte pleśnią). Wynik każdego przetopu uznaje się za jednoznacznie pozytywny.

Wytopiony wosk spływał do pojemników polipropylenowych, w których zastygał. Był czysty, jasnożółty, bez śladów osadu z kitu pszczelego, pierzgi czy wosku zemulgowanego.

Przeciętny czas wytopu wynosił 60–70 min.

Ramki po wytopie

Po jasnej woszczynie są czyste, a druty nieuszkodzone – nadają się do wtopienia węzy, nie wymagają praktycznie żadnego oczyszczania. Pozostałe ramki należny otrząsnąć z resztek oprzędów po wytopionej woszczynie, oczyścić listewki i druty z resztek kitu. Po naprężeniu drutu (karbownicą) nadają się one do wtopienia węzy.

Czynność oczyszczenia dobrze jest wykonać bezpośrednio po zakończonym wytopie (gorące jeszcze ramki czyści się lekko i szybko). Podczas pracy należy koniecznie nosić ubranie robocze i rękawice ochronne (ze względu na wysoką temperaturę ramek).

Dezynfekcja ramek

Ramki w trakcie wytopu uzyskują temperaturę powyżej 90°C i przebywają w niej przez co najmniej 30 min.

Biorąc powyższe pod uwagę, można uznać, że w trakcie przetopu beleczki ramek przechodzą jednocześnie proces dezynfekcji (następuje m.in. zniszczenie przetrwalników sporowców powodujących nosemozy typu A i C). Jest to bardzo cenna zaleta tej topiarki.

Podsumowanie

1. Urządzenie do wytopu woszczyny z ramek pszczelich w wersji bez izolacji termicznej nie nadaje się do użytku, ponieważ nie uzyskamy niezbędnej wymaganej temperatury wnętrza topiarki.

2. Omawiane urządzenie w wersji z izolacją termiczną spełnia wszystkie wymogi i nadaje się do pracy. Ma korzystne cechy użytkowe i wysoką sprawność energetyczną. Jest bardzo praktyczne w eksploatacji.

3. Uzyskano potwierdzenie wyników obliczeń i słuszności założeń.

Szczególne cechy eksploatacyjne urządzenia

1. Niskie zużycie energii: ok. 0,8 kWh/kg wosku, koszt wytopu to tylko ok. 40 g/kg wosku,

2. wysoka sprawność energetyczna (80%),

3. prosta budowa, łatwa, lekka eksploatacja, wysoka trwałość i niezawodność urządzenia,

4. wytop bez wycinania woszczyny i niszczenia drutów, które nadają się do ponownego użytku,

5. bezpieczeństwo pracy (praca bez użycia ognia otwartego),

6. wytop woszczyny z jednoczesną dezynfekcją ramek (likwidacja przetrwalników sporowców wywołujących nosemozy),

7. wydajność 2–2,5 kg czystego wosku pierwszej klasy w ciągu godziny,

8. jedno urządzenie dla wszystkich typów ramek,

9. dyspozycyjność (możliwość użycia na bieżąco według potrzeb),

10. praca bez potrzeby ciągłego nadzoru.

Szczególne cechy produkcyjne wyrobu

Proste w budowie urządzenie do wytopu woszczyny z ramek pszczelich w wersji z izolacją termiczną przeszło próby terenowe w pasiece z wynikiem bardzo dobrym i jest od kilku sezonów niezawodnie eksploatowane z doskonałym skutkiem.

Na co dzień stanowi rezerwę ramek przeznaczonych do wytopu. Po zapełnieniu wnętrza podłączam wytwornicę pary, nastawiam zegar sterujący, a po zakończeniu pracy wyjmuję ramki i oczyszczam, póki są gorące. Urządzenie jest przydatne dla pasiek małych, średnich, dużych – wydajność praktyczna to ok. 160 ramek Dadant lub 320 ramek Dadant 1/2 na dzień pracy.

Zalecenia eksploatacyjne

1. Topiarkę oczyścić z pozostałości po każdym przetopie (dopóki wnętrze jest ciepłe), zboiny spalić lub zakopać (bez zbędnej zwłoki),

2. ramki czyścić na gorąco (bezpośrednio po otwarciu czyszczą się szybko i bez wysiłku). Jest to bardzo cenna zaleta tej topiarki, ponieważ po wystudzeniu ramki czyści się trudniej i gorzej,

3. w okresach bezpożytkowych wytopy wykonywać pod wieczór (zapach gorącego wosku przyciąga pszczoły),

4. ramki uszkodzone, stare po wytopie przeznaczyć od razu do spalenia (nie czyścić),

5. dla oczyszczenia 20 sztuk ramek na bieżąco dobrze jest pracować w dwie osoby,

6. wosku z ramek z rodzin podejrzanych o chorowanie na zgnilca amerykańskiego nie topić, lecz bezzwłocznie spalić całe ramki.

W pasiekach małych i średnich najlepiej sprawdzą się urządzenia o pojemności do 12 ramek. Małe gabaryty sprawią, że jedna osoba będzie w stanie oczyścić ramki na bieżąco.

Opracowana metoda wytopu woszczyny, a także czyszczenia i dezynfekcji ramek okazała się bardzo praktyczna i wręcz zachęcająca do systematycznej troski o jakość plastrów pszczelich.

Alfred Molęda

Zamów prenumeratę czasopisma "Pasieka"