Cómo medir los niveles de CO2 en un acuario

Introducción

Unos niveles óptimos de dióxido de carbono, aportados mediante la inyección de dióxido de carbono, permiten que las plantas acuáticas crezcan de 7 a 10 veces más rápido que en acuarios sin inyección. En un acuario sin inyección de CO2, el nivel medio de CO2 es de 2-3 partes por millón (ppm). En un acuario con inyección de CO2, empezarías a notar beneficios con niveles más bajos de saturación de CO2: de 10 a 15ppm permiten cultivar la mayoría de las plantas tapizantes habituales en acuarios y la mayoría de las plantas básicas, mientras que las especies más delicadas y los acuarios más exigentes notarán beneficios con 40+ppm de CO2. Sin embargo, los niveles de saturación más bajos están sujetos a una mayor variabilidad, y algunas especies de plantas más difíciles tienen mayores tasas de éxito con saturaciones de CO2 más altas. El aumento del crecimiento y del vigor de las plantas también las hará más resistentes a las algas.

La mayoría de la fauna tolera bien 30ppm de CO2, siempre que haya suficiente intercambio gaseoso en la superficie del agua para eliminar la acumulación del exceso de CO2. Para saber más sobre por qué el intercambio gaseoso es importante en los acuarios con CO2 inyectado, haz clic aquí.

El Eriocaulon quinquangulare rojo y “Blood vomit” son ejemplos de especies que prefieren niveles altos de CO2. Necesitan niveles de saturación de CO2 altos (40ppm+) para crecer bien a largo plazo y reproducirse con éxito.

La dificultad de medir los niveles de CO2 en un acuario es que los métodos de los que disponen actualmente los acuaristas para analizar el CO2 son o bien engorrosos de aplicar, o bien sencillos pero imprecisos.

1. Preciso pero caro

La industria de la acuicultura y la de equipos de laboratorio disponen de instrumentos que pueden medir con gran precisión los niveles de CO2 disuelto, pero tienen un precio considerable.

En 2Hr Aquarist usamos un analizador de CO2 OxyGuard para medir los niveles de CO2. Mide directamente el CO2 libre disuelto y no le afectan los carbonatos ni otras sustancias disueltas, gracias a una sonda de membrana especial (precisión de 1ppm). Usamos este instrumento para calibrar los demás métodos descritos en esta página.

Esta opción está al alcance de los aficionados que quieran ir un paso más allá, pero cuesta más que el montaje completo de la mayoría de los acuarios con CO2 inyectado.

El analizador de CO2 OxyGuard ofrece lecturas muy precisas del CO2 libre disuelto. La sonda mide directamente el contenido de dióxido de carbono del agua detectando la presión parcial del dióxido de carbono en el agua: sus lecturas no dependen de la medición del pH.

2. Fácil pero impreciso: drop checkers 

El dispositivo, llamado “drop checker” (indicador continuo de CO2), contiene una solución calibrada a 4 dKH junto con un colorante que cambia de color según el pH de la solución. Se coloca en una pared del acuario, con una capa de aire que aísla la solución del agua del acuario que la rodea. Idealmente, el CO2 se difundirá desde el agua del acuario y alcanzará el equilibrio con la solución del colorante, cambiando su pH y el color del colorante. Al principio, la solución del drop checker se volverá azul, lo que indica un nivel bajo de CO2 disuelto en el agua del acuario. A medida que el CO2 satura el agua del acuario y se difunde en la solución del colorante, esta se vuelve verde poco a poco, lo que indica un nivel “óptimo” de CO2. Si se inyecta más CO2 en el acuario, el drop checker se volverá amarillo, lo que indica que el nivel de CO2 es “demasiado alto”.

A muchos acuaristas les gusta usar drop checkers, pero no son un método fiable para determinar los niveles de CO2, en gran parte por los problemas para interpretar el color.

Problemas de interpretación del color y margen de error

Solución de 4dKH con sus valores teóricos de saturación de CO2 calculados con el método de ( Millero, 2002).

Las soluciones auténticas de 4 dKH de los drop checkers que usan azul de bromotimol como indicador se vuelven verdes con 10.7ppm de CO2, muy lejos de los 30ppm que anuncian las webs comerciales. Cada cambio de 0.1pH hacia abajo supone aproximadamente un 26% más de CO2 respecto al pH anterior. Hay una enorme diferencia en los niveles de CO2 según alcances el color “verde” a pH 6.7 o el color “verde” a pH 7.0: el primero tiene el doble de CO2 que el segundo. Aunque la solución del drop checker se vuelve verde con 10+ppm, este nivel bajo de saturación de CO2 no es óptimo para la mayoría de los acuarios. Usarlo para apuntar a niveles más altos, por ejemplo 30ppm de CO2, es difícil por los tonos casi amarillos asociados a esos niveles.

¿Cuál es el color exacto de los drop checkers de este acuario? A medida que el CO2 se difunde en el drop checker, la capa superior del líquido reacciona primero y la solución entera tarda mucho en adquirir un color uniforme. Aunque las cartas de colores parecen fáciles de leer en una pantalla, en la vida real es difícil determinar el tono exacto.

Retraso en la respuesta: se colocaron drop checkers en este acuario con una saturación de CO2 de 30ppm. Los drop checkers tardaron más de 90 minutos en cambiar por completo a un color estable (amarillo). Si el nivel de CO2 es demasiado alto, es probable que los animales muestren síntomas antes que los drop checkers. Los drop checkers también reaccionan muy lentamente a las bajadas de los niveles de CO2 durante el periodo en que el CO2 está encendido.

Muchas guías colocan el drop checker cerca de la superficie del acuario, que es la peor posición posible para un drop checker, ya que dará un falso positivo al capturar burbujas de CO2 que normalmente escaparían hacia la superficie del agua del acuario.

En caso de usarlos, los drop checkers deben colocarse cerca de la parte central o inferior del acuario. Pueden dar una indicación aproximada de que hay un nivel mínimo de CO2 si la coloración es al menos verde (lo que indica que hay al menos 10+ppm de CO2). Sin embargo, es difícil apuntar a una cifra más alta y precisa, como 30ppm. Para muchos acuaristas con acuarios poco exigentes, algún indicador puede ser mejor que ninguno. También puede ser útil como indicador relativo para quienes tienen buena visión del color: si el acuario funciona bien con un color determinado, los acuaristas pueden usarlo como control visual diario para comprobar si se mantiene el mismo tono.

3. Medir el cambio de pH al inyectar CO2

Cuando el CO2 gaseoso se disuelve en el agua, una pequeña proporción se convierte en ácido carbónico, lo que aumenta la acidez del agua (y hace que baje el pH). Por tanto, los niveles de CO2 pueden medirse comparando el pH del agua del acuario antes de que empiece la inyección y durante la inyección de CO2; durante ese tiempo, el pH bajará de forma constante a medida que aumentan los niveles de CO2 en el agua, hasta alcanzar el equilibrio: cuando tu tasa de inyección de CO2 iguala la tasa de desgasificación del CO2.

La relación entre el pH y el CO2 es logarítmica, de modo que un descenso del pH de 1.0 significa que los niveles de CO2 se han multiplicado por 10 respecto al valor inicial. Es decir, si tu pH inicial es 7.0 y el pH baja a 6.0 sin más cambio que la adición de CO2 al agua, el agua a pH 6.0 tendrá 10 veces la cantidad de CO2 de la muestra inicial a pH 7.0. Esta relación se cumple sea cual sea el KH (dureza de carbonatos) de partida. Haciendo cuentas, un descenso de 0.1 de pH representa aproximadamente un aumento del 26% en el CO2 respecto a la lectura anterior. Esto significa que, si tu pH inicial es 7.0 y el pH baja a 6.9 por la adición de CO2, el agua a pH 6.9 contendrá aproximadamente un 26% más de CO2 que el agua a pH 7.0.

¿Cuál es el nivel base de CO2 en agua en reposo?

El nivel base de CO2 en agua en reposo es de solo 0.6ppm según la cantidad de CO2 presente en la atmósfera y la ley de Henry. Sin embargo, la mayoría de los acuarios plantados sin inyección de CO2 registran niveles más altos debido a la respiración (peces, plantas, microbios) y a otras variables ambientales: los acuarios sin inyección de CO2 tienen de media unos 2-3ppm de CO2. Este nivel se usa como nivel base de CO2 en la mayoría de las pruebas de caída de pH por CO2. Una caída de 1 pH respecto al nivel base en la mayoría de los acuarios con un KH de 1 a 10 dará 30ppm de CO2.

Tabla CO2-pH-KH

Algunos aficionados con acceso a equipos de medición precisos han elaborado la tabla CO2-pH/KH como guía, pero los acuaristas a menudo la usan mal.

Problemas con la tabla pH/KH/CO2

La tabla se basa en la suposición de que los únicos factores que afectan al pH son el CO2 y la alcalinidad. Sin embargo, en realidad la mayoría de los acuarios contienen una gran variedad de otras sustancias que afectan al pH además del KH base. Entre ellas están los ácidos húmicos de sustratos con efecto tampón, como el sustrato nutritivo (soil) o la turba, y los ácidos orgánicos procedentes de la materia orgánica. Los aditivos, como el fertilizante líquido, también alterarán el pH. Por lo tanto, en la mayoría de los acuarios plantados, la tabla no dará una lectura precisa la mayor parte del tiempo. Peor aún, los acuaristas no tienen forma de saber si la tabla funcionará o no en su acuario, porque no pueden tener en cuenta los distintos factores que pueden afectar al pH de su acuario.

Muchos acuaristas miden el KH y el pH de su acuario, comparan los valores con la tabla y concluyen que el número indica el nivel de CO2 de su acuario. Esto lleva a conclusiones absurdas, como que acuarios sin inyección de CO2 tienen niveles de CO2 altísimos o, en el caso de los acuarios con CO2 inyectado, que tienen 100+ ppm de CO2 por una lectura de pH baja. Todas estas lecturas falsas se deben a que el pH del acuario baja de forma natural por factores ajenos al CO2.

Así pues, aunque la tabla es útil como referencia de cómo funciona la relación pH/KH, en realidad ningún acuarista tendrá suficientes datos químicos precisos sobre lo que hay en su columna de agua para usarla de forma significativa. En casi todos los casos en que se usa la tabla, sirve como fuente de sesgo de confirmación en el caso fortuito de que las lecturas del acuarista coincidan con los valores de la tabla.

Cómo usar el método de la caída de pH

El método de la caída de pH es razonablemente fiable cuando se contrasta con las lecturas de un analizador de CO2. Da resultados mucho más fiables que el método del drop checker o que las extrapolaciones incorrectas que hacen los acuaristas con la tabla CO2-pH-KH.

Necesitas dos valores: el pH antes de la inyección de CO2 y el pH cuando el CO2 ha alcanzado el punto de saturación. Llegar a este punto puede llevar desde 1 hasta más de 4 horas de inyección de CO2, según la tasa de inyección y el mecanismo de intercambio gaseoso de cada acuario.

También puedes hacerlo a la inversa: compara la lectura de pH del acuario cuando el CO2 está saturado y, después, toma una muestra y desgasifica el CO2 removiendo/agitando la muestra al aire. Este es el método que recomendamos.

Complicaciones del método de la caída de pH

La dificultad del método de la caída de pH es obtener una muestra del agua del acuario correctamente desgasificada, es decir, que haya liberado al aire el gas disuelto.

Muchos acuarios no eliminan por completo el CO2 durante el periodo en que el CO2 está apagado. Esto significa que, incluso después de apagar el CO2, los acuarios suelen seguir teniendo niveles elevados de CO2 (normalmente 5-8ppm) durante muchas horas, a menudo hasta el día siguiente. Para obtener una muestra desgasificada, te recomendamos tomar una muestra del agua del acuario y remover/agitar la mezcla durante unos minutos.

Algunas personas intentan aplicar el método de la caída de 1pH comparando simplemente el pH cuando el CO2 lleva muchas horas apagado con el pH cuando el CO2 está encendido y se ha dejado saturar durante unas horas. Sin embargo, como la mayoría de los acuarios retienen bastante CO2 en el agua durante largos periodos, esto puede dar lecturas muy distorsionadas. Por ejemplo, si el acuario retiene solo 5ppm de CO2 (2ppm por encima del valor base medio), una caída de 1pH significa que el acuario retiene 50ppm de CO2. Recuerda, por los cálculos anteriores, que una caída de 1pH requiere 10 veces la cantidad de CO2 en comparación con la lectura base. Quienes usan un valor base elevado verán que sus peces empiezan a boquear en la superficie aunque no hayan alcanzado la caída completa de 1 pH.

Si dejas un vaso de agua sobre la mesa durante 24 horas, ¿se desgasifica por completo y da una lectura base utilizable? No siempre. En el ejemplo anterior, el agua del acuario se dejó sobre la mesa durante 24 horas y aún medía 5ppm de CO2.

Desgasificar el CO2 de una muestra y ver cómo sube el pH

En lugar de esperar a que el pH baje como resultado de la inyección de CO2, también podemos comparar la subida del pH al desgasificar una muestra de agua. En el laboratorio usamos un agitador magnético para desgasificar una muestra del agua del acuario. Lo equivalente para un acuarista es tomar una muestra de agua del acuario y removerla/agitarla durante unos minutos, dejando que se airee. Incluso removiéndolas/agitándolas con fuerza, la mayoría de las muestras desgasificadas que medimos siguen teniendo un nivel residual de CO2 de unos 2-3ppm. Este es el resultado medio en el que los acuaristas pueden basar sus cálculos.

En general, un buen rango al que apuntar es un cambio de pH de 1 punto entero. Por ejemplo, si tu acuario tiene un pH de 5.5, tras desgasificar cabría esperar que el pH suba 1 punto entero, hasta 6.5. Partiendo de un nivel desgasificado de 3ppm de CO2, esto te daría unos 30ppm de CO2.

Busca una caída de pH de 1 punto de diferencia entre una muestra desgasificada y la inyección de CO2 en el punto de saturación y estarás en una buena zona.

 Quienes busquen un rango de CO2 más alto (40ppm o más) pueden apuntar a una caída de pH de 1.2 a 1.4. Aunque este método tiene cierto margen de error, en pruebas prácticas contrastadas con las lecturas del analizador de CO2, una caída de 1pH con el método de desgasificación descrito arriba queda muy cerca de los 30ppm de CO2 medidos.

Una muestra realmente desgasificada, removida durante mucho tiempo (horas) en un lugar bien ventilado o quizá hervida, alcanzará el verdadero nivel base de CO2 disuelto según los valores atmosféricos y la ley de Henry: 0.6ppm de CO2. A este nivel, el pH debe bajar 1.7 puntos para corresponder a un aumento de CO2 de 0.6ppm a 30ppm. La mayoría de los acuarios no se ajustarán a los cálculos teóricos debido a diversas variables que interfieren. 

Si te apasiona el CO2, puedes leer más sobre los problemas de medir el CO2 en artículos científicos como Millero 2002. 

4. Evaluar los niveles de CO2 con un test de CO2

De los tests de CO2 que hemos probado, el test de CO2 Hanna HI3818 da lecturas muy precisas en comparación con el analizador de CO2 OxyGuard (+-5ppm). El kit de CO2 Hanna cuesta solo 40+ USD, lo que lo hace muy asequible para lo que ofrece. Su principal inconveniente es que requiere una titulación y algunos cálculos sencillos.

Por ahora seguimos probándolo para ver si otros tampones de pH presentes en la columna de agua afectan significativamente a sus lecturas.

5. Evaluar los niveles de CO2 observando la forma de crecimiento de las plantas

En los acuarios plantados, en general deberíamos intentar inyectar tanto CO2 como necesite la planta más sensible al CO2 que estemos cultivando en ese momento. La forma de crecimiento de las plantas es muy variable en las especies que necesitan niveles altos de CO2 para crecer bien. Por eso, observar la forma de crecimiento de las plantas es, de hecho, la información más precisa que tenemos sobre si nuestro acuario recibe suficiente CO2 o no. El inconveniente evidente de este método es que interpretar la forma de crecimiento requiere una experiencia que los acuaristas principiantes no tendrán. Además, la mayoría no sabrá distinguir si los cambios en el crecimiento se deben al CO2 o a otra cosa.

Aun así, saber interpretar algunas plantas comunes es una habilidad útil.

Una planta común que sirve como buena prueba de los niveles de CO2 es la HC (“dwarf baby tears”). Es una planta de bajos requerimientos siempre que tenga acceso a niveles altos de CO2: esto nos permite aislar fácilmente los cambios en los niveles de CO2 como la causa principal de la velocidad y la forma de su crecimiento. En la página de la planta hay comparaciones de HC cultivada con distintos niveles de CO2. Otras plantas exigentes que necesitan buenos niveles de CO2 para crecer son “Blood Vomit” y el Eriocaulon quinquangulare rojo.

El CO2 afecta a la salud general, la velocidad de crecimiento y el vigor de las plantas acuáticas, ya que el carbono constituye aproximadamente el 50% de la masa seca de la planta.

Su carencia se manifiesta de muchas formas:

• Tallos y hojas finos, aunque la fertilización/luz sea adecuada.

• Tallos inferiores desnudos y hojas viejas que se deterioran rápidamente, de modo que solo quedan sanas las hojas superiores; esto suele ir acompañado de problemas de algas.

• Crecimiento vertical en las plantas tapizantes, en lugar de rastrero horizontal.

• Alargamiento excesivo del tallo combinado con la parte inferior sin hojas; suele ser señal de poco CO2 y poco O2 a la vez.

• Crecimiento nuevo enroscado y atrofiado.

• Hojas nuevas cada vez más pequeñas: es una de las señales más claras de carencia de CO2.

HC Cuba

La HC es una de las mejores plantas indicadoras de los niveles de CO2. Con niveles por debajo del óptimo, la planta crece delgada y en vertical, con hojas pequeñas. Con buenos niveles de CO2, tendrá una forma rastrera vigorosa con hojas de buen tamaño.

Rotala rotundifolia

La foto de la izquierda muestra varios signos típicos de problemas de CO2 en Rotala rotundifolia.

Entrenudos alargados, patrón de crecimiento irregular y hojas cada vez más pequeñas en los brotes nuevos. Los entrenudos alargados suelen indicar una combinación de carencias de CO2 y de O2; encontrarás más información en la sección de intercambio gaseoso. La foto de la derecha muestra la misma especie en mejores condiciones.

Ludwigia sp. Red

Fíjate en el adelgazamiento del tallo y en las hojas cada vez más pequeñas en la foto de la izquierda de Ludwigia sp. Red. La forma general de la hoja también es más pequeña.

En la foto de la izquierda, el crecimiento más antiguo se ve claramente más rojo y mejor formado. Esto sugiere que las condiciones actuales son problemáticas, mientras que en el pasado la planta crecía mejor.

Musgos / Riccardia

La mayoría de los musgos toleran niveles bajos de CO2 y son adecuados para acuarios sin inyección de CO2. Aquí, la Riccardia/Mini pelia de la derecha muestra una forma de crecimiento más densa y compacta en un entorno con mucho CO2. Además, al tacto es más rígida.

Consulta esta sección para ver guías detalladas sobre HC, Monte Carlo, “AR” y otras plantas.

Desgasificación / intercambio gaseoso 

La desgasificación o intercambio gaseoso se produce siempre que hay tiempo de contacto entre la superficie del agua y el aire. Acerca los niveles de O2 y CO2 del acuario a las concentraciones atmosféricas. En nuestros acuarios plantados necesitamos cierta cantidad de este intercambio. Puede parecer contradictorio al principio, pero hace que sea mucho más fácil aumentar los niveles de CO2. Cuando tu inyección de CO2 alcanza el punto de saturación (porque el acuario es un sistema cerrado), tu tasa de inyección acabará igualando la velocidad a la que escapa el CO2. Si quieres inyectar a una tasa más alta, debe haber un mecanismo de desgasificación suficiente para evitar una acumulación letal. Irónicamente, para tener en el acuario un nivel de saturación de CO2 alto pero no letal, necesitamos combinar un buen mecanismo de desgasificación con tasas de inyección de CO2 altas.

Para profundizar en la física que explica por qué ocurre esto, visita esta sección.

Conseguir un buen intercambio gaseoso no es tan difícil. En primer lugar, necesitas un buen movimiento superficial y una superficie del agua limpia (skimmers de superficie, sumps). En segundo lugar, procura que haya un buen intercambio entre la capa superior del agua y la capa más profunda del acuario (normalmente, esto significa tener la salida del filtro o la bomba cerca de la superficie del agua).

Circulación del agua

Además de conseguir los niveles de CO2 adecuados, lograr que el CO2 se distribuya de forma uniforme por todo el acuario es el siguiente factor más influyente en un acuario plantado con CO2 inyectado.

Si se usa un difusor de CO2 estándar, debe colocarse en la corriente descendente de la pared opuesta a la salida del filtro (la D roja de abajo). La corriente debe arrastrar la niebla de CO2 hacia abajo hasta que llegue a la X amarilla de la imagen.

Si no se consigue, significa que o bien el caudal del filtro es demasiado bajo para el tamaño del acuario, o bien el difusor de CO2 no produce una niebla lo bastante fina (de nuevo, algo habitual en los difusores de CO2 baratos o de mala calidad).

En el acuario de arriba, el lily pipe cumple bien dos funciones: en primer lugar, crea un intercambio de agua entre la capa superficial y las capas más profundas del acuario (mecanismo de desgasificación). En segundo lugar, empuja la niebla de CO2 hacia abajo, hacia las plantas, donde puede aprovecharse.

Conclusiones

Los niveles de saturación de CO2 son un factor significativo en los resultados del acuario, sobre todo para quienes cultivan las especies más difíciles. Para los acuaristas que solo cultivan plantas fáciles, en las que la precisión del CO2 no es importante, un drop checker puede ser útil como indicador de que se ha alcanzado un nivel mínimo de saturación de CO2.

Para quienes buscan un nivel más alto de saturación de CO2, el método de la caída de 1 pH o el uso de un test de CO2 son mejores métodos que confiar en los drop checkers.

Sea cual sea el método elegido, la mejor defensa contra unos niveles de CO2 demasiado elevados es un buen intercambio gaseoso; los acuaristas deben procurar tener una superficie del agua limpia y un patrón de circulación que intercambie el agua de la capa superficial con las capas de agua más profundas del acuario. 

En cuanto a la tolerancia de la fauna a los niveles de saturación de CO2, varía de una especie a otra. Muchas especies procedentes de masas de agua menos oxigenadas tienen una tolerancia bastante alta a los niveles de CO2: mis tetras cardenal se alimentan y se comportan con normalidad incluso con 70ppm de CO2 (ver abajo). Otras especies conocidas por ser sensibles al CO2 son los discos, a los que no les gustan los niveles de saturación de CO2 superiores a 40ppm. 

El ajuste del CO2 debe hacerse de forma gradual, vigilando si la fauna muestra reacciones adversas. Tener un buen intercambio gaseoso y buenos niveles de oxígeno da bastante margen en la inyección de CO2.

Los niveles de saturación de CO2 son un factor importante en los resultados del acuario, especialmente para quienes cultivan las especies más difíciles. Para los acuaristas que solo cultivan plantas sencillas, en las que la precisión del CO2 no es importante, un drop checker puede ser útil como indicador de que se ha alcanzado un nivel mínimo de saturación de CO2.

Para quienes aspiran a un nivel más alto de saturación de CO2, el método de la caída de 1 pH o el uso de un test de CO2 son mejores métodos que confiar en los drop checkers.

Sea cual sea el método elegido, la mejor defensa contra unos niveles excesivos de CO2 es un buen intercambio gaseoso; los acuaristas deben procurar una superficie del agua limpia y un patrón de circulación que intercambie el agua superficial con las capas de agua más profundas del acuario.

La tolerancia de los animales a los niveles de saturación de CO2 varía de una especie a otra. Muchas especies procedentes de aguas menos oxigenadas tienen una tolerancia bastante alta a los niveles de CO2: mis tetras cardenal se alimentan y se comportan con normalidad incluso con 70ppm de CO2 (ver abajo). Otras especies conocidas por ser sensibles al CO2 son los discos, a los que no les gustan los niveles de saturación de CO2 superiores a 40ppm.

Los ajustes de CO2 deben hacerse de forma gradual, vigilando si los animales muestran reacciones adversas. Un buen intercambio gaseoso y buenos niveles de oxígeno dan cierto margen en la inyección de CO2.

Haz clic aquí para leer sobre los parámetros del agua, el pH y el KH. 

Haz clic aquí para saber más sobre la desgasificación y cómo llevar al límite la inyección de CO2.