Il cavetto scaldante tra mito e realtà

Si può pensare che qualsiasi differenza di temperatura crei una corrente di convezione. Questo è vero nell’aria, ma un substrato è un mezzo molto più complesso, più simile ad un solido che ad un fluido. Esistono tre metodi di trasferimento di calore: conduzione, convezione e moto turbolento. Un esempio di conduzione è quando si mette la mano sul vetro di una finestra in inverno. Il vetro appare freddo perché il calore si sposta dalla mano all’esterno attraverso il vetro. Ovviamente non c’è movimento di materiale nel vetro (tranne che su scala atomica, ovviamente). All’estremità opposta c’è l’acqua bollente, un esempio di moto turbolento che è qualcosa che non si desidera certo creare in acquario!

La teoria della termodinamica mostra che a bassa temperatura, il calore viene portato attraverso il mezzo riscaldato per conduzione e non c’è movimento di materiale. A una determinata soglia di temperatura (dipendente dal mezzo), si formano le correnti di convezione. Al di sopra di una soglia ancora più elevata, si verificherà “bollitura”, producendo moto turbolento.

Quindi, la domanda cruciale è: “qual è la giusta temperatura?”

Poiché i substrati dell’acquario possono essere molto complessi (una miscela di acqua, ghiaia fine, sabbia, terreno, laterite, tabs di fertilizzanti, palline di argilla, torba e qualunque altra cosa venga in mente), i calcoli richiesti per determinare una temperatura ottimale sono impossibili da svolgere. Purtroppo, a causa degli stessi fattori, è molto difficile per l’hobbyista determinare sperimentalmente se un riscaldatore commerciale o un dispositivo fai-da-te produce le necessarie correnti convettive. Quindi dobbiamo fidarci dei produttori dei cavi o applicare le loro temperature ai nostri disposiivi fai da te, ne parleremo più avanti.

Quali sono le attese?

Dupla, nelle “Regole d’oro dell’acquario ottimale”, dice: “il cavo di riscaldamento integra l’intero fondo nel ciclo chimico e fisico dell’acquario tramite la corrente verso l’alto dell’acqua che causa”. Questa corrisponde ai flussi naturali alimentati da acque sotterranee che penetrano attraverso il substrato. L’acqua sotterranea porta con sé sostanze nutritive alimentando le radici delle piante e asporta il materiale di scarto prodotto dalle radici. Ma è importante notare che quando usiamo il riscaldamento del substrato, non stiamo cercando di copiare la natura. Stiamo solo cercando di ottenere gli stessi effetti nel nostro substrato.

A nostro parere, basato su 14 anni di esperienza nella conduzione di acquari di piante con e senza riscaldamento del substrato, il beneficio complessivo di questo sistema è quello di fornire stabilità a lungo termine. Se tendete a rifare la vasca più o meno ogni anno, non preoccupatevi del riscaldamento del substrato. Se installate una vasca per mantenerla a lungo (più di un anno), il riscaldamento del substrato può migliorare notevolmente le possibilità di successo. Tuttavia, sulla base della nostra esperienza, il riscaldamento del substrato non migliorerà il tasso di crescita delle piante. Se state cercando un mezzo per migliorare la crescita delle piante, non guardare al riscaldamento del substrato. Orientatevi, piuttosto, verso l’iniezione di CO2.

I pro e i contro di diversi substrati nell’acquario di piante sono stati discussi su Internet per anni, senza arrivare a ciò che costituisce il mezzo “perfetto” (ovviamente esistono molti modi per coltivare piante con successo). Sulla base di queste discussioni e delle nostre esperienze, abbiamo sviluppato la nostra lista di fattori importanti riguardanti il substrato. In nessun particolare ordine di importanza, un substrato ottimale dovrebbe avere le caratteristiche per per:

1. Fornire calore nel substrato per alcune specie vegetali (ad esempio Barclaya longifolia). In questo caso il substrato dovrebbe essere più caldo dell’acqua.

2. Fornire calore nel substrato per accelerare i processi biochimici. Le reazioni di riduzione, quelle che rendono le sostanze nutrienti più solubili e quindi più disponibili per l’assorbimento delle piante, avverranno ad una velocità accelerata (2-3 volte più veloce per ogni aumento di temperatura di 10°C).

3. Trasportare i nutrienti dalla colonna d’acqua nel substrato. Importanti sostanze nutritive sono ammonio (principalmente dalle deiezioni dei pesci), ferro (da aggiunte di micro), calcio, potassio e altri microelementi. Questo rimpiazza i nutrienti del substrato utilizzati dalle radici e garantisce una lunga durata.

4. Asportare le sostanze nocive dal substrato. I sottoprodotti di decomposizione possono essere dannosi per le radici delle piante. C’è anche la teoria sull’emissione di tossine di basso livello (allelochimici) che alcune piante emetterebbero per difendere il loro territorio. Se queste tossine si accumulano a causa della scarsa circolazione, si possono verificare danni alle piante.

5. Fornire un mezzo chelante che lega lo stato ridotto dei microelementi con una molecola organica, consentendo alle radici l’adsorbimento di questi elementi. Si ritiene anche che il ferro nel substrato (da materiali ferrosi quali la laterite) possa sequestrare il fosfato se il fosfato è in grado di muoversi nel substrato.

6. Fornire un ambiente riducente piuttosto che ossidante in modo che i microelementi siano mantenuti nel loro stato ridotto (utilizzabili dalle piante) o siano ridotti dal loro stato ossidato. Il ferro, in particolare, viene rapidamente ossidato in acqua con normali livelli di ossigeno.

In un Aquario Ottimale Dupla, un substrato di ghiaia semplice con argilla laterite nel terzo inferiore e cavetti di riscaldamento soddisfa tutti e sei questi fattori. I cavi di riscaldamento forniscono direttamente i punti 1 e 2. Le correnti di convezione generate dalla sorgente di calore “spot” dei cavi soddisfano i punti 3 e 4. La laterite nel fondo del substrato provvede al punto 5. Le correnti di convezione lente, accoppiate con i batteri nitrificanti nella ghiaia, riducono la concentrazione di ossigeno nello strato inferiore della ghiaia (punto 6).

Sistemi alternativi al riscaldamento del substrato possono fornire alcuni di questi sei fattori ma non tutti. Tra questi citiamo tappeti scaldanti, filtri sotto sabbia e filtri sotto sabbia inversi […].

COME riscaldare IL SUBSTRATO

Soluzioni commerciali

[…] Dupla e Dennerle (ma anche JBL e Eden – ndt) sono società europee che producono cavi scaldanti per substrato […] (scegliete sempre sistemi funzionanti a bassa tensione perché sono molto più sicuri di quelli con il cavetto alimentato a 230V – ndt)

Fai da te

[…] (Gli autori propongono due sistemi artigianali, uno con cavo elettrico teflonato e uno con tubi a circolazione forzata di acqua riscaldata. Pur essendo appassionato di fai da te, ritengo che non valga la pena di imbarcarsi in questa impresa – ndt)

Come installare i cavetti?

Si assume che stiamo installando un cavo di riscaldamento elettrico nel substrato in quanto questi sono i più comuni. Ci sono quattro fasi: installare il cavo, aggiungere la ghiaia, collegare la fonte di alimentazione e di controllo e impostare la temperatura. Se state allestendo una nuova vasca e non siete di fretta, considerate di fare i passi i 1, 3 e 4 a vasca vuota per assicurarsi che il regolatore di temperatura funzioni correttamente.

1. Installare il cavo
   

   Selezionare una lunghezza del cavo che sia in grado di scaldare la maggior parte del substrato. Calcolate una lunghezza che serva per creare uno zig-zag longitudinale con una distanza tra le spire come consigliato dal produttore, in genere circa 5 cm. Se non è disponibile la lunghezza esatta, è possibile variare un poco la distanza tra le spire dello zig-zag per distribuire uniformemente tutto il cavo. Fissare i cavi prima di aggiungere il substrato. La maggior parte dei cavi sono dotati di ancoraggi a ventosa per tenere le spire al loro posto durante la posa del substrato. Dupla ha ventose con supporti per determinare anche la spaziatura tra i cavi. Se usate ventose, bagnare il fondo della vasca per aiutare l’adesione. Se siete dei perfezionisti, ora è il momento di allineare bene tutti i fili. Si può anche scattare una foto in questo momento per annotare la posizione dei cavi, è l’ultima volta che li vedrete fino a quando non smantellerete la vasca!

2. Aggiungere la ghiaia
   Dopo aver lavato la ghiaia, mettere in uno strato di circa 1-2 cm sul fondo (non mescolare laterite a questo strato). Spostare con attenzione un po’ di ghiaia sotto i cavi in modo che siano supportati dalla ghiaia e non tocchino il fondo. Se il cavo tocca il fondo scalderà più il vetro che la ghiaia. Questo non causa alcun danno, ma riduce l’efficacia del cavo. La ghiaia sotto il cavo aiuterà anche le correnti di convezione […]. Dopo aver disposto la ghiaia pulita e il cavo, mescolare laterite (o quello che preferite) in 1/3 della ghiaia rimanente. Aggiungere con cautela questa miscela sulla parte superiore del cavo, facendo attenzione a non rovinare il vostro lavoro precedente. […] . Infine, aggiungere la restante ghiaia pulita.

3. Collegare l’alimentazione e controlli
   La maggior parte dei cavi ha un alimentatore per ridurre la tensione di rete di 230 volt a una tensione di sicurezza di 12 o 24 volt. L’alimentatore isola anche dalla linee di alimentazione di rete, cosa che fornisce maggiore sicurezza nel caso in cui l’isolamento del cavo venga in qualche modo danneggiato.
   L’alimentatore è normalmente collegato ad un regolatore di temperatura elettronico. Il regolatore agisce sull’alimentazione del cavo accendendo e spegnendo lo stesso per mantenere la temperatura dell’acqua impostata. Si noti che è la temperatura dell’acqua che determina il funzionamento del cavo, non la temperatura effettiva del substrato.
   Un sistema di fascia alta avrà un controllo a microprocessore in grado di “imparare” la giusta tempistica on/off per la configurazione della vostra vasca. Il substrato ha una grande inerzia termica, ci vuole molto tempo per riscaldarlo una volta acceso il cavo. Allo stesso modo, rimarrà caldo per un bel po’ dopo lo spegnimento del cavo. Questo può portare la colonna d’acqua a temperature più fredde o più calde del dovuto durante i cicli on/off. Il microprocessore può imparare il tempo di “ritardo” della vostra vasca e anticipare accensione e spegnimentoo per mantenere la temperatura ottimale.
   Un’alternativa a un controllore elettronico è un semplice timer 24 ore. Può essere impostato per attivare il cavo su intervalli di tempo che producano la corretta temperatura generale dell’acqua. Ovviamente, serviranno alcuni tentativi per trovare il tempo del timer giusto per la vostra vasca.

4. Regolare la temperatura
   Il regolatore deve essere impostato alla temperatura ideale per i vostri pesci e piante. E’ saggio monitorare attentamente la temperatura per la prima settimana per assicurarsi che il cavo sia in grado di fornire abbastanza calore e il che il controller sia preciso. Il ritardo creato dall’inerzia termica della massa di ghiaia può richiedere di impostare una temperatura superiore o inferiore per garantire una buona temperatura media dell’acqua.
   In alcuni casi, il cavo scaldante può non avere abbastanza potenza per mantenere la temperatura desiderata, soprattutto in climi freddi in inverno. Se diventa necessario un riscaldatore supplementare, optate per uno con un controllo molto preciso della temperatura. Impostatelo per una temperatura di 1 o 2 gradi più bassa della temperatura desiderata. Questo assicura che il cavo scaldante sia attivo per il tempo massimo; il riscaldatore supplementare si accenderà solo se il cavo non riuscirà a mantenere la temperatura desiderata.
   Cosa succede usando un cavo scaldante in un clima più caldo, soprattutto se la vostra casa non è climatizzata? Ovviamente, se la temperatura di casa è superiore alla temperatura dell’acqua desiderata il cavo non verrà attivato. Se si vuole avere comunque il substrato riscaldato, potrebbe essere necessario utilizzare un refrigeratore per abbassare la temperatura, una proposta costosa. Se siete in questa situazione, può essere vantaggioso utilizzare uno dei metodi di circolazione nel substrato alternativi menzionati (FSS o FSSI – ndt).

Funziona?

Gli autori non sono a conoscenza di informazioni supportate da esperimenti scientifici che dimostrino o meno l’efficacia del sistema di riscaldamento del substrato. Diversi produttori come Dupla, Dennerle e JBL offerono sistemi commerciali, ma nessuno sembra essere d’accordo sui dettagli specifici del sistema. L’appassionato di fai-da-te ha solo prove empiriche da cui attingere al momento di decidere come dimensionare il proprio sistema.
Abbiamo usato il riscaldamento substrato per oltre 10 anni e abbiamo raccolto prove sperimentali informali che ci ha convinto che il riscaldamento del substrato è efficace se usato correttamente.

Negli ultimi 14 anni, abbiamo avuto un gran numero di grandi vasche allestite con e senza riscaldamento del substrato. Abbiamo condotto una vasca da 380 litri allestita quasi come un “Acquario Ottimale” (mancante del solo cavo di riscaldamento) e una vasca da 340 litri con la stessa messa a punto ma con cavo di riscaldamento. Contemporaneamente, abbiamo mantenuto una vasca da 320 litri allestita con filtro sotto sabbia (FSS).

La vasca da 380 litri, senza cavo di riscaldamento ha lavorato benissimo per 18 mesi, sostenendo una crescita rigogliosa delle piante con alghe per lo più invisibili. Dopo 18 mesi, ha cominciato a degradarsi notevolmente; crescita rallentata delle piante e sempre più problemi di alghe. Abbiamo trascorso un altro anno provando vari rimedi, ma nulla si è rivelato utile per recuperare la vasca e allungarne la vita.

La vasca da 340 litri con un cavo di riscaldamento da 250 watt ha continuato a prosperare. Non c’erano alghe visibili ed non è stata necessaria alcuna particolare manutenzione. Questa vasca ha funzionato perfettamente per 5 anni prima della ristrutturazione della casa che ci ha costretti a smontarla. Il setup è stato ristabilito nel 1995 con una vasca da 450 litri ed ha continuato a funzionare bene fino ad oggi (anno 2000 – ndt).

Nella vasca da 320 litri con FSS le piante sono cresciute altrettanto bene, ma non era così stabile. Pensiamo che fosse sensibile ai detriti accumulati nel fondo; un’approfondita sifonatura del fondo ogni 6-9 mesi avrebbe migliorato le cose. Le vasche con i cavi non hanno mai avuto necessità di sifonature (tranne che per rimuovere pochi detriti superficiali di tanto in tanto).

La vecchia vasca da 380 litri è stata smontata e rifatta con un cavo di riscaldamento da 100 watt. Ora riteniamo che questo sia un riscaldamento “a fuoco lento”. Questa era una vasca per discus con una temperatura dell’acqua di 29°C. Ancora abbiamo visto buone prestazioni per un periodo di tempo, ma poi si sono presentati problemi di alghe. Con la ristrutturazione de 1995 anche questa vasca è stata smontata e rifatta con un cavo di riscaldamento da 200 watt. Con la densità di calore più alta, è stata stabile e rigogliosa negli ultimi 5 anni.

Infine, nel 1995, la vasca FSS da 320 litri è stata sostituita con una vasca da 380 litri (mantenuta a 24°C) allestita con un cavo di riscaldamento da 150 watt. Questa vasca continua a funzionare senza problemi dopo cinque anni.

Da queste prove, pensiamo che il principale vantaggio del riscaldamento del substrato sia la stabilità a lungo termine. Le piante cresceranno bene anche senza riscaldamento del substrato se vengono comunque garantite la maggior parte delle sei funzioni di cui abbiamo parlato. Già estirpando le piante per la potatura mensile ne compiamo diverse (smuovere la ghiaia, togliere le radici dai propri allelochimici etc.). Ma la capacità dei cavi riscaldanti (con la corretta densità termica) di creare la circolazione dell’acqua nel substrato evita i problemi di ristagno e di impoverimento di nutrienti. Il riscaldamento del substrato fornisce una fonte continua di nutrienti freschi e un meccanismo per rimuovere i residui, mantenendo il substrato fresco e vitale per un tempo molto lungo.

Quando pianificherete l’avviamento del vostro prossimo acquario da sogno, considerate l’aggiunta di un sistema di riscaldamento del substrato. Potreste scoprire che non è poi così costoso rispetto al costo totale di tutto il resto del sistema acquario. Troverete che le piante cresceranno sane per molti anni, avrete molti meno problemi di alghe e non sarà necessaria l’aggiunta costante di integratori nel substrato per compensare la mancanza di nutrienti essenziali. Ricordate, a differenza dei pesci, le piante non possono inseguire il cibo quindi dovrete essere voi a provvedere ai mezzi per portare il cibo alle piante.

George e Karla Booth