Pompa cyrkulacyjna do akwarium rafowego: jak dobrać przepływ?

Pompa cyrkulacyjna do akwarium rafowego bywa dobierana według watów albo według tego, jak kołysze koralowcami. Żaden z tych wskaźników nie opisuje tego, co decyduje o kondycji kolonii: prędkości wody przy tkance i zmienności jej kierunku.

Obsada SPS potrzebuje 20-40 wymian objętości zbiornika na godzinę, LPS i koralowce miękkie 10-20, a liczy się suma wydajności wszystkich urządzeń, w której pompa powrotna daje około jedną czwartą budżetu.

Po co koralowcowi przepływ i czym jest warstwa przyścienna?

Przepływ zrywa warstwę przyścienną wokół tkanki, dowozi pokarm i pierwiastki, odprowadza tlen fotosyntetyczny, śluz oraz osad, a także wyrównuje temperaturę i rozprowadza suplementy.

Koralowiec jest zwierzęciem osiadłym i nie ściga zooplanktonu. Polip wystawia macki i czeka, aż woda przyniesie mu widłonogi, artemię i rozpuszczone aminokwasy, więc prędkość strumienia decyduje, ile razy na dobę dostanie szansę na złapanie czegokolwiek.

Druga funkcja jest chemiczna. Przy powierzchni tkanki tworzy się warstwa, w której transport odbywa się przez dyfuzję, a nie przez mieszanie. W dzień gromadzi się w niej tlen z fotosyntezy zooksantelli, w nocy jego stężenie spada poniżej wartości w słupie wody, a dostawa wapnia i wodorowęglanów do kalcyfikacji zwalnia.

Ruch wody odpowiada też za wymianę gazową przez poruszone lustro, a zawieszony detrytus trafia do filtracji i do odpieniacza, którego dobór opisaliśmy w tekście o tym, jak dobrać moc skimmera.

Ile wynosi warstwa przyścienna i jak zmienia się z prędkością wody?

Pomiary mikroelektrodami tlenowymi pokazują, że przy ruchu wody odpowiadającym 1-2 cm/s dyfuzyjna warstwa przyścienna (DBL, diffusive boundary layer) sięga około 1000 µm nad tkanką, a przy szybszym przepływie kurczy się do mniej więcej 500 µm. Dwukrotna różnica grubości oznacza dwukrotnie krótszą drogę dyfuzji dla tlenu, wapnia i azotu.

Koralowce nie są wobec tej warstwy bezradne. Powierzchnia tkanki jest pokryta rzęskami, które biją w skoordynowany sposób i wytwarzają mikrowiry o skali rzędu 500 µm, mieszając wodę tuż przy epidermie. Mechanizm ten ratuje kolonię przy słabym ruchu wody, ale kosztuje energię metaboliczną i nie zastępuje pompy.

Jaki turnover dobrać: ile l/h potrzebuje akwarium rafowe?

Turnover, czyli krotność wymiany objętości na godzinę, wyznacza się dla najbardziej wymagającej obsady: 20-40x dla SPS, 10-20x dla LPS i miękkich, 5-10x dla zbiornika FOWLR.

Liczymy od objętości netto. Zbiornik 120x60x55 cm ma około 396 l brutto, a po odjęciu skały, piasku i braku napełnienia do krawędzi zostaje około 300 l wody, czyli budżet 7500 l/h przy obsadzie mieszanej. Wymagania SPS omówiliśmy w przewodniku po koralowcach z rodzaju Acropora.

Pompy powrotnej akwarium morskiego nie liczy się po wydajności katalogowej, bo producent podaje ją przy zerowej wysokości podnoszenia. Realny układ ma 1,2-1,5 m pionu, każde kolanko 90° dokłada około 0,3 m ekwiwalentu, a 3 m rury poziomej kolejne 0,3 m, więc model opisany jako 3000 l/h dostarcza zwykle 1800-2000 l/h. Zostaje 5500 l/h dla dwóch pomp cyrkulacyjnych do akwarium morskiego po 2750 l/h.

Sam mnożnik pozostaje wskaźnikiem niedoskonałym: ten sam turnover akwarium rafowego w zbiorniku 150x50 cm i w sześcianie 70x70 cm daje inne prędkości lokalne, bo krotność mówi, ile wody przeszło przez wirniki, a nie ile dotarło do kolonii.

Przepływ laminarny a turbulentny: dlaczego stały strumień szkodzi?

Przepływ zmienny miesza wodę w trzech osiach i ścienia warstwę przyścienną, natomiast stały strumień skierowany w jeden punkt tworzy po zawietrznej stronie kolonii strefę niemal nieruchomej wody.

Pojęcia laminarny i turbulentny bywają w akwarystyce używane nieprecyzyjnie. Strumień z wirnika o wydajności kilku tysięcy litrów na godzinę ma liczbę Reynoldsa daleko powyżej progu turbulencji, a mimo to tuż przy tkance utrzymuje się cienka warstwa laminarna. Mówiąc o przepływie turbulentnym, reeferzy mają na myśli zmienność kierunku i prędkości w czasie, a nie liczbę bezwymiarową.

Kolonia omywana stale z jednej strony rośnie asymetrycznie: gałęzie od strony nawietrznej grubieją, a po przeciwnej gromadzi się osad i schodzi tkanka. U SPS zaczyna się to u podstawy, w miejscu najgorzej wentylowanym, i bywa mylone z problemem chemicznym.

Jak wygląda przepływ na naturalnej rafie?

Woda na rafie porusza się ruchem oscylacyjnym wymuszonym falowaniem, z okresem 4-8 sekund, na który nakłada się wolniejszy prąd pływowy, więc kolonia jest omywana raz z jednej, raz z drugiej strony. Na grzbiecie rafy prędkości chwilowe sięgają kilkudziesięciu cm/s, w strefie przyboju przekraczają 100 cm/s, a w lagunie i na osłoniętym stoku mieszczą się w granicach kilku do kilkunastu cm/s.

Morfologia zdradza reżim, z jakiego pochodzi gatunek: formy krępe, o grubych gałęziach, rosną w strefie silnego falowania, a smukłe i rozłożyste zasiedlają wody spokojne. Odtworzenie tej zmienności sprowadza się do dwóch pomp ustawionych naprzeciw siebie i lekko rozbieżnie, pracujących naprzemiennie, oraz do harmonogramu zmieniającego moc co kilkadziesiąt minut, co ułatwiają sterowniki GHL czy Pacific Sun.

Rozmieszczenie pomp i martwe strefy: jak je wykryć i usunąć?

Martwa strefa to obszar o prędkości wody bliskiej zeru, najczęściej za skałą, w narożnikach, pod nawisami i przy tylnej szybie, gdzie osiada detrytus.

Wykrycie takiego miejsca nie wymaga miernika, wystarczy kilka testów przy włączonych pompach:

• szczypta rozdrobnionego pokarmu i obserwacja, gdzie cząstki opadają zamiast krążyć

• odrobina fitoplanktonu podana strzykawką przy dnie i czas rozproszenia smugi

• warstwa osadu odtwarzająca się w tym samym miejscu po każdym odmuleniu

• czerwonobrunatny kożuch z pęcherzykami gazu, czyli typowy obraz cyjanobakterii

• polipy słabo rozwinięte tylko w jednym rejonie mimo poprawnych parametrów

Osadzony detrytus jest lokalnym źródłem azotanów i fosforanów, a beztlenowa warstwa pod nim sprzyja sinicom, co opisaliśmy w tekście o tym, skąd biorą się cyjanobakterie i jak je usunąć. Usunięcie nalotu bez korekty przepływu kończy się nawrotem w dwa, trzy tygodnie.

Rozmieszczenie zaczynamy od dwóch poziomów. Pompa górna wisi 5-10 cm pod lustrem, skierowana wzdłuż szyby i lekko ku powierzchni, bo odpowiada za falowanie i wymianę gazową. Pompa dolna pracuje 10-15 cm nad dnem i omiata przestrzeń pod skałą, ale nie celuje w piasek z odległości poniżej 20 cm. Strumienia nie kierujemy prostopadle w skałę, tylko stycznie, żeby woda opływała konstrukcję i wracała drugą stroną.

Tryby falowe i gyre: kiedy przepływ zaczyna szkodzić?

Tryb falowy pulsuje mocą co 0,5-3 sekundy, tryb gyre wymusza obrót całej masy wody wzdłuż osi zbiornika, a przekroczenie tolerancji gatunku widać po nierozwiniętych polipach i cofającej się tkance.

Nowoczesna pompa falowa do akwarium morskiego ma kilka programów: stały, sinusoidalny, pulsacyjny, imitację przyboju i tryb losowy z desynchronizacją dwóch urządzeń. Pobór mocy jest umiarkowany: jednostka DC o wydajności 10 000-13 000 l/h mieści się w przedziale 20-30 W, a pompa powrotna 3000 l/h w 30-40 W.

Pulsacja daje najwięcej, gdy okres impulsu trafia w częstotliwość własną zbiornika. Okres podstawowej sejszy to T = 2L/√(g·h), gdzie L to długość akwarium, a h wysokość słupa wody: dla 150 cm i słupa 50 cm wychodzi około 1,4 sekundy. Puls w tej okolicy buduje falę stojącą małym nakładem mocy, przy zapasie 3-4 cm wolnej szyby.

Które gatunki nie tolerują silnego przepływu?

Najbardziej wrażliwe są LPS o mięsistej tkance, w naturze związane z osłoniętymi lagunami i miękkim dnem. Catalaphyllia jardinei, Goniopora stokesi, koralowce z rodzaju Alveopora, Heliofungia actiniformis oraz Euphyllia paraancora przy strumieniu powyżej mniej więcej 10 cm/s pozostają skurczone. Ustawiamy je w dolnej strefie, poza osią pomp, tam, gdzie macki kołyszą się bez odginania.

Silny przepływ bywa też problemem dla ryb i ukwiałów. Synchiropus splendidus, koniki morskie z rodzaju Hippocampus i iglicznie z rodziny Syngnathidae pływają wolno i w mocnym strumieniu tracą energię zamiast żerować. Ukwiały, zwłaszcza Entacmaea quadricolor i Heteractis magnifica, wchodzą do wlotów pomp, dlatego osłony są tu obowiązkowe: rozdrobniony ukwiał to strata zwierzęcia i nagłe obciążenie organiczne układu. Jak wpiąć przepływ w resztę instalacji, opisaliśmy w przewodniku po zakładaniu akwarium morskiego; przy doborze pomp pomoże telefon do działu hodowlanego pod numerem 503 157 847.