Agitación superficial e intercambio gaseoso en tanques inyectados con CO2

El valor del intercambio gaseoso

El intercambio gaseoso restablece los niveles de gases disueltos de un acuario a los niveles atmosféricos de acuerdo con la física de la presión de los gases. Para los acuaristas, esto significa reponer los niveles de oxígeno agotados en el tanque, así como eliminar el CO2 del agua del tanque si está en niveles elevados en comparación con el equilibrio. El intercambio gaseoso entre el agua del acuario y la atmósfera viene determinado por:

Consumo de oxígeno

Tanto la actividad animal como la bacteriana consumen oxígeno, y a menudo es uno de los componentes que más se pasan por alto en un acuario plantado: la gente asume que las plantas oxigenarán el agua. Esto es cierto hasta cierto punto. Las plantas oxigenan el agua, pero sólo durante las horas de luz en las que se produce la fotosíntesis y cuando tienen acceso a suficiente CO2 (se necesita una molécula de CO2 por cada molécula de O2 producida), mientras que el consumo de oxígeno se produce a lo largo de las 24 horas del día.

Dos acuarios con el mismo volumen de agua: el tanque más alto tiene menos superficie expuesta al aire, lo que provoca un intercambio de gases deficiente. A la derecha: La circulación del agua superficial con capas más profundas de agua es importante. Tener muchas turbulencias en las profundidades del tanque pero ninguna circulación entre las capas superior e inferior es contraproducente. Tener un patrón de flujo circular, como se muestra en el diagrama, es una de las formas más eficaces de conseguir un mejor intercambio de gases. Este patrón de flujo también empuja hacia abajo el sustrato, llevando CO2 a las plantas de la alfombra.

Un enfoque contraintuitivo

¿El aumento de la emisión de gases no "desperdiciaría" CO2?

Intuitivamente, la expulsión de gases de CO2 de un depósito con inyección de CO2 no tiene mucho sentido. Pero es una parte importante de un sistema de CO2 eficaz. Consideremos un depósito sellado hipotético sin mecanismo de intercambio de gases, lo que significa que el 100% del CO2 inyectado va a parar al agua. Independientemente de la velocidad de inyección, sólo sería cuestión de tiempo que el CO2 alcanzara niveles letales para el ganado en una instalación de este tipo, incluso si se inyectara a una velocidad muy baja.

Una tasa de inyección más alta significa que alcanzará ese nivel más rápidamente; una tasa de inyección baja en un tanque sin desgasificación de CO2 también acumulará CO2 en línea recta - alcanzar niveles letales es sólo cuestión de tiempo.

El enigma clave

¿Cómo conseguir niveles de CO2 altos pero no excesivos?

En un acuario real, siempre hay intercambio de gases, así como consumo por parte de las plantas acuáticas. Incluso en un acuario con un mecanismo de intercambio de gases deficiente, los niveles de CO2 aumentarán de forma gradual. A medida que aumentan los niveles de CO2, cuanto mayor sea la diferencia entre los niveles atmosféricos y la cantidad de CO2 disuelto en el acuario, más CO2 se desgasificará. Así, cuando inyectamos CO2 en un acuario plantado, los niveles de CO2 aumentan en una curva que refleja rendimientos decrecientes; cada unidad adicional de CO2 inyectada en el acuario contribuye menos a los niveles de CO2 en el acuario hasta que la tasa de inyección iguala la tasa de desgasificación. En este punto, el CO2 alcanza el equilibrio.

Todo el CO2 que se inyecta tiene que ir a alguna parte; o bien se contiene dentro del tanque o se desgasifica. Cuando se dice que un acuario plantado debe tener 35 ó 15 ppm de CO2, se hace referencia al nivel de equilibrio de CO2 disuelto en el agua. El gráfico anterior ilustra el problema de un intercambio de gases deficiente: o bien se tarda mucho tiempo en alcanzar los niveles óptimos, o bien se supera el umbral letal con demasiada facilidad. Los niveles de CO2 también tardan mucho tiempo en acumularse en los acuarios, por lo que también es importante el momento en que se miden.

En tanques con tasas de inyección bajas, el suministro se agota rápidamente cuando se encienden las luces: los niveles de CO2 descienden inicialmente debido al consumo de las plantas, antes de aumentar a lo largo del día (las plantas consumen más CO2 en las primeras horas).

Esto es contraproducente; hay un flujo significativo, pero los niveles de CO2 no están en el punto óptimo cuando más se necesita, al principio del día. Sin embargo, este escenario puede dar lugar a una situación en la que los niveles de CO2 sean muy altos al final del día, con los peces boqueando en la superficie. Los aficionados se preguntan cómo es posible que los peces estén jadeando y, sin embargo, sus plantas no reciban suficiente CO2.

Lamentablemente, se trata de una situación muy común en el mundo de los acuarios plantados cuando se utilizan tasas de inyección bajas junto con un intercambio gaseoso deficiente.

El escenario perfecto

En un escenario perfecto, el gráfico de acumulación de CO2 se parecería al siguiente, en el que la tasa de inyección alcanza rápidamente el nivel óptimo, pero luego se mantiene mágicamente en ese nivel y no más.

La cuestión es cómo conseguir una curva de acumulación de CO2 más pronunciada y que disminuya de forma más pronunciada.

La forma óptima de obtener altos niveles de CO2 disuelto

Buenos niveles de intercambio gaseoso: Un mejor intercambio gaseoso permite utilizar una mayor tasa de inyección.

Curva A: A medida que aumenta la saturación de CO2, el CO2 se libera a un ritmo cada vez mayor, evitando una acumulación excesiva de CO2. Esto permite una acumulación más rápida de CO2 y un control más fácil de los niveles elevados de CO2 sin alcanzar niveles perjudiciales.

Existe un equilibrio entre tener un buen intercambio de gases y tener un intercambio de gases demasiado agresivo que impida que los niveles de CO2 se acumulen de forma significativa.

Esto puede compararse con el uso de una baja tasa de inyección de CO2, pero permitiendo que el CO2 se acumule lentamente durante muchas horas. (Curva B) Como se ha explicado anteriormente, esto tiene muchos inconvenientes.

El buen intercambio de gases significa que los niveles de CO2 disminuyen de forma más pronunciada a medida que aumenta la saturación de CO2. Esto nos permite utilizar tasas de inyección más altas sin sobrepasar el umbral letal.

4 ventajas de un mayor intercambio gaseoso

Facilita el ajuste del CO2 a un nivel superior

En comparación con los tanques con bajo intercambio de gases, ya que proporciona una retroalimentación más rápida sobre los niveles de CO2 (se ve el punto de equilibrio final en un tiempo más corto). Los tanques con bajo intercambio gaseoso son muy sensibles a cualquier incremento de inyección de CO2 y el punto de equilibrio final es más difícil de adivinar.

Permite un mayor margen de error al ajustar el CO2

Esto se debe a que, a medida que los niveles de CO2 alcanzan puntos de saturación más altos, el mecanismo de alto intercambio de gases impide que sigan aumentando. Recuerde el ejemplo de la caja sellada: para los tanques con mecanismos de intercambio de gases deficientes, incluso pequeñas tasas de inyección pueden acumularse fácilmente hasta niveles letales.

Los niveles de CO2 son más estables

Un tiempo de acumulación corto significa menos variabilidad, ya que el nivel óptimo se alcanza en la misma franja horaria cada día. El consumo de la planta es más insignificante cuando el CO2 se inyecta a una tasa más alta.

El oxígeno se mantiene a un nivel elevado

Esto es beneficioso para los animales y es más favorable a niveles más altos de CO2. Los niveles de oxígeno y CO2 son independientes en un tanque, idealmente queremos alto O2 y buen CO2 en nuestros tanques plantados.

3 herramientas para mejorar el intercambio gaseoso

Para muchos acuarios plantados, especialmente los más pequeños que no son demasiado altos/estrechos, se puede conseguir un intercambio gaseoso razonablemente bueno simplemente si el patrón de flujo en el acuario intercambia la capa superficial de agua con capas más profundas - esto normalmente también proporciona cierta agitación superficial.

Tener una gran cantidad de flujo en el entorno del tanque, pero ninguna circulación entre la capa superficial de agua y las capas más profundas de agua en el tanque, no ayuda mucho al intercambio gaseoso, ya que el intercambio gaseoso tiene lugar en la capa en contacto con el aire.

La inyección de CO2 es complicada en grandes acuarios públicos plantados como éste del Acuario Sumida (Tokio, Japón). Observe los tubos de salida (arriba a la izquierda del tanque) cerca de la superficie que hacen circular el agua superficial con las capas más profundas del tanque. Un diseñador de acuarios menos avispado habría intentado ocultar las salidas cerca de la parte trasera o detrás del paisaje (dada la inclinación de los japoneses por la estética y el diseño limpio); el patrón de flujo es lo bastante importante como para tener prioridad aquí.

3 Herramientas que ayudan a crear un patrón de flujo que circula uniformemente el volumen superior de agua (especialmente la capa superficial) en un tanque con las zonas más profundas:

Tubos Lily y barras pulverizadoras

El uso de salidas de filtro Lily Pipe o Spray Bar que dirigen la salida del flujo cerca de la superficie en un patrón que hace circular la capa superior de agua (que está en contacto con el aire) con las capas más profundas del tanque mejora enormemente el intercambio de gases.

La X azul en el siguiente diagrama muestra la ubicación ideal para el difusor de CO2; debe colocarse en el lado opuesto de la salida desde donde la corriente descendente empujará las burbujas hacia el sustrato. Deberías ver la niebla de CO2 viajar a través del tanque hacia el lado donde se encuentra la salida del filtro. Si la niebla de CO2 no llega hasta el otro lado, significa que el flujo es débil o que el difusor de CO2 no está produciendo una niebla lo suficientemente fina.

Skimmer de superficie

El uso de espumaderas superficiales, que mantienen la superficie del agua libre de películas superficiales y aspiran la capa superficial de agua rica en oxígeno, también es un buen método. Otro consiste en hacer circular la capa superficial de agua (que está en contacto con el aire) con agua más profunda.

Nunca hacemos funcionar los tanques sin ellos; además, se ocultan fácilmente tras las plantas de tallo alto.

Desbordamiento

El otro método consiste en utilizar sistemas de rebose y sumideros, que también proporcionan un gran intercambio gaseoso.