CAPÍTULO 6. EVAPORAÇÃO E TRANSPIRAÇÃO 6.1. Introdução O ...

Download CAPÍTULO 6. EVAPORAÇÃO E TRANSPIRAÇÃO 6.1. Introdução O ...

Post on 31-Dec-2016

214 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Hidrologia Agosto/2006 CAPTULO 6. EVAPORAO E TRANSPIRAO

    6.1. Introduo

    O conhecimento da perda dgua de uma superfcie natural de suma

    importncia nos diferentes campos do conhecimento cientfico, especialmente

    nas aplicaes da meteorologia e da hidrologia s diversas atividades humanas.

    Na hidrologia, o conhecimento da perda de gua em correntes, canais,

    reservatrios, bem como, a transpirao dos vegetais, tm muita importncia no

    balano hdrico de uma bacia hidrogrfica.

    6.2. Definies e Fatores Fsicos

    Evaporao: o processo natural pelo qual a gua, de uma superfcie livre

    (lquida) ou de uma superfcie mida, passa para a atmosfera na forma de vapor,

    a uma temperatura inferior a de ebulio.

    Transpirao: a evaporao devida a ao fisiolgica dos vegetais, ocorrida,

    principalmente, atravs dos estmatos.

    Evapotranspirao: evaporao + transpirao.

    A transferncia natural de gua no estado de vapor da superfcie do globo

    para a atmosfera interpreta-se facilmente pela teoria cintica da matria. Nos

    slidos e lquidos predominam as foras de atrao entre as partculas do corpo.

    Nos slidos, cada partcula tem oscilaes de muito pequena amplitude em volta

    de uma posio mdia quase permanente. Nos lquidos, a energia cintica

    mdia das partculas maior do que nos slidos, mas uma partcula que se

    liberta da atrao daquelas que a rodeiam logo captada por um grupo de

    partculas vizinhas. Nos gases, a energia cintica mdia das partculas ainda

    maior e suficiente para libert-las umas das outras.

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    81

  • Hidrologia Agosto/2006 A mudana do estado slido ou lquido para o estado gasoso corresponde

    a um aumento da energia cintica das partculas da substncia, exigindo por

    isso, com temperatura constante, o consumo de uma quantidade de energia

    que, por unidade de massa da substncia, o calor de vaporizao.

    Simultaneamente com o escape das partculas de gua para a atmosfera

    d-se o fenmeno inverso: partculas de gua na fase gasosa, que existem na

    atmosfera, chocam superfcie de separao e so captadas pelo corpo

    evaporante. A evaporao mantm-se at atingir o estado de equilbrio, que

    corresponde saturao do ar em vapor dgua: o nmero de partculas de

    gua que escapam do corpo evaporante ento igual ao nmero de partculas

    de gua na fase gasosa que so capturadas pelo corpo no mesmo intervalo de

    tempo.

    Portanto, se tivermos uma superfcie exposta s condies ambientais,

    que contm um certo contedo de vapor dgua, vamos notar a troca de

    molculas entre as fases de vapor e lquida, a qual envolve os fenmenos de

    condensao e evaporao:

    As condies bsicas para a ocorrncia do mecanismo so:

    a) existncia de uma fonte de energia que pode ser a radiao solar, calor

    sensvel da atmosfera ou da superfcie evaporante. Em geral, a

    radiao solar a principal fonte para a evaporao. A mudana da

    fase lquida para a fase de vapor consome 540 cal.g-1 a 100 oC e 586

    cal.g-1 a 20 oC; e

    b) existncia de um gradiente de concentrao de vapor, isto , uma

    diferena entre a presso de saturao do vapor na atmosfera (es)

    temperatura da superfcie e a presso parcial de vapor dgua na

    atmosfera (ea).

    A literatura antiga dava mais enfoque evaporao. A mais moderna d

    maior enfoque evapotranspirao pois numa bacia hidrogrfica a superfcie do

    solo vegetada costuma ser maior que a superfcie livre de gua.

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    82

  • Hidrologia Agosto/2006

    6.3. Fatores Intervenientes no Processo de Evaporao e Transpirao

    a) Radiao Solar

    A radiao solar fonte energtica necessria ao processo evaporativo,

    sendo que a incidncia direta fornece mais energia quando comparado com a

    difusa.

    b) Temperatura de Superfcie A variao da intensidade da radiao solar recebida na superfcie produz

    uma variao na temperatura da superfcie, modificando a energia cintica das

    molculas. altas temperaturas, mais molculas se escapam da superfcie,

    devido sua maior energia cintica.

    c) Temperatura e Umidade do Ar

    O aumento da temperatura torna maior a quantidade de vapor dgua que

    pode estar presente no mesmo volume de ar. Assim:

    - aumentando a temperatura do ar, es aumenta, diminuindo a umidade

    relativa (efeito indireto).

    100.eeUR

    s

    a=

    - UR determinada por higrgrafo e pode ser estimada por meio de

    psicrmetros (conjunto de 2 termmetros sobre diferentes condies).

    Exemplo:

    UR = 60% significa que a atmosfera contm 60% da umidade mxima

    que ela seria capaz de conter quela temperatura. Portanto, quanto maior

    temperatura, maior es (maior a capacidade do ar conter gua) e menor UR.

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    83

  • Hidrologia Agosto/2006

    - A UR baixa prximo ao meio dia e alta durante a noite, no por causa

    da umidade do ar em si (ea) (que provavelmente at maior durante o

    dia) e sim porque a temperatura alta durante o dia e baixa durante a

    noite.

    - A uma dada temperatura, quanto mais seco o ar maior ser a sua

    capacidade de absorver gua.

    Em complemento, para cada 10oC de elevao da temperatura, a presso

    de vapor de saturao praticamente dobra. A Tabela a seguir apresenta alguns

    desses valores.

    Temperatura (oC) Presso de vapor (atm) 0 0,0062 5 0,0089

    10 0,0125 15 0,0174 20 0,0238 25 0,0322 30 0,0431 35 0,0572 40 0,0750

    d) Vento

    O vento modifica a camada de ar vizinha superfcie, substituindo uma

    camada muitas vezes saturada por uma com menor contedo de vapor dgua.

    Na camada em contato com a superfcie (aproximadamente 1 mm), o movimento

    de vapor por molculas individuais (difuso molecular), mas acima dessa

    camada limite superficial, o responsvel o movimento turbulento do ar (difuso

    turbulenta).

    e) Aspectos Fisiolgicos

    Nos vegetais diversos aspectos esto associados a transpirao, sendo

    que o mecanismo de fechamento dos estmatos, quando a umidade do solo

    est abaixo do teor para o qual a demanda atmosfrica necessria, provoca Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    84

  • Hidrologia Agosto/2006 reduo da transferncia de vapor para a atmosfera. Esse comportamento

    mais comum durante as horas mais quentes do dia.

    6.4. Definies Bsicas

    6.4.1. Evaporao: perda dgua para a atmosfera de uma superfcie lquida (ou slida saturada) exposta livremente s condies ambientais.

    6.4.2. Transpirao: perda dgua para a atmosfera na forma de vapor, decorrente das aes fsicas e fisiolgicas dos vegetais (atravs dos estmatos).

    A taxa de transpirao funo dos estmatos, da profundidade efetiva das

    razes, do tipo de vegetao, alm dos fatores anteriormente citados.

    6.4.3. Evapotranspirao (ET): conjunto evaporao do solo mais transpirao das plantas. O termo evapotranspirao foi utilizada, por

    Thornthwaite, no incio da dcada de 40, para expressar essa ocorrncia

    simultnea. Existem conceitos distintos de evapotranspirao que devem ser

    observados:

    a) Evapotranspirao Potencial (ETp): perda de gua por evaporao e transpirao de uma superfcie natural tal que esta esteja totalmente

    coberta e o contedo de gua no solo esteja prximo capacidade de

    campo;

    b) Evapotranspirao de Referncia (ETo): perda de gua de uma extensa superfcie cultivada com grama, com altura de 0,08 a 0,15 m,

    em crescimento ativo, cobrindo totalmente o solo e sem deficincia de

    gua.

    c) Evapotranspirao Real ou Atual (ETr): perda de gua por evaporao e transpirao nas condies reinantes (atmosfricas e de

    umidade do solo).

    Conclui-se que ETr menor ou no mximo igual a ETp.

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    85

  • Hidrologia Agosto/2006 6.5. Frmula Geral da Evaporao

    A primeira equao para o clculo da evaporao de uma superfcie foi

    proposta por Dalton (1928):

    )ee.(CE as =

    em que:

    C um coeficiente emprico, relativo a elementos meteorolgicos;

    es a presso de saturao temperatura da superfcie; e

    ea a presso de vapor do ar.

    Vrias equaes foram propostas para a estimativa da evaporao, todas

    elas baseadas na equao de Dalton ou mesmo sendo a prpria equao de

    Dalton, com o estudo da funo C para cada localidade. Das vrias equaes

    encontradas em livros sobre evaporao, podem-se citar:

    USA )ee( . U . 131,0E 2s2 =

    Rssia )ee( . )U.72,01( . 13,0E 2s2 +=

    em que:

    U2 a velocidade do vento obtida a 2 m acima da superfcie evaporante

    (m.s-1); e

    e2 a presso de vapor do ar a 2 m de altura acima da superfcie (mb).

    - Quanto ao efeito da lei de Dalton, quanto menor UR, para uma dada

    temperatura, menor ea e, consequentemente, maior a Evaporao.

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    86

  • Hidrologia Agosto/2006 6.6. Medio da Evaporao

    A evaporao medida atravs de tanques evapormetros e atmmetros.

    6.6.1. Tanques de Evaporao

    So tanques que contm gua exposta evaporao. No Brasil, o mais

    comum o tanque Classe A (Figura 30).

    Consiste num tanque circular de ao inoxidvel ou galvanizado, chapa 22,

    com 121 cm de dimetro interno e 25,5 cm de profundidade. Deve ser instalado

    sobre um estado de madeira, de 15 cm de altura, cheio de gua at 5 cm da

    borda superior. O nvel da borda no deve abaixar mais que 7,5 cm da borda

    superior, isto , no deve ser permitida variao maior que 2,5 cm. A

    evaporao (EV) medida com uma rgua ou, de preferncia, com o

    micrmetro de gancho assentado sobre o poo tranquilizador. A Evaporao

    classe A a espessura da lmina dgua do tanque que foi evaporada em um

    determinado intervalo e tempo.

    Figura 30 Tanque Classe A.

    Rotineiramente, a leitura do nvel dgua do tanque feita uma nica vez

    ao dia, pela manh. Quando se faz a leitura do nvel dgua, tambm se faz a

    leitura do anemmetro totalizador e do termmetro flutuante, de mxima e de

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    87

  • Hidrologia Agosto/2006 mnima. Assim, fica-se sabendo a velocidade do vento percorrido e a

    temperatura mxima e mnima da superfcie evaporante.

    As alturas (lminas) de evaporao so acumuladas em perodos

    semanais, decendiais, quinzenais ou mensais, conforme a aplicao que se vai

    dar aos dados de evaporao.

    O estrado colocado no tanque classe A visa impedir o fluxo de calor para o

    solo.

    6.6.2. Atmmetros

    So evapormetros nos quais a evaporao dgua ocorre atravs de uma

    superfcie porosa. Sua instalao e operao so relativamente simples, embora

    apresentam erros em razo da impregnao de sal ou poeira em seus poros,

    principalmente nos instrumentos com superfcie porosa permanente. Outro

    grande problema dos atmmetros que eles so mais sensveis ao vento do

    que radiao solar. Os principais tipos so:

    - Piche: consiste de um tubo de 22,5 cm de comprimento com 1,1 cm de

    dimetro interno, graduado em dcimo de milmetro, fechado em uma das

    extremidades. Na extremidade aberta do tubo, prende-se um disco de papel de

    3,2 cm de dimetro, por meio de um anel. Ele cheio dgua destilada e

    pendurado na vertical, com a extremidade fechada para cima. A evaporao se

    d atravs do disco de papel, e quantidade dgua evaporada determinada

    pela variao do nvel dgua no tubo (Figura 31).

    - Livingstone (esfera oca de porcelana)

    - Bellani (disco de porcelana)

    Em postos meteorolgicos padro, o equipamento oficial para se medir a

    evaporao o evapormetro de Piche e no o tanque classe A, que inclusive

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    88

  • Hidrologia Agosto/2006 pode no estar presente. O Piche fica sombra, dentro do abrigo meteorolgico,

    e bem mais prtico de manejar que o tanque.

    Figura 31 Evapormetro de Piche.

    6.7. Determinao da Evapotranspirao

    Existem mtodos diretos para determinao e mtodos indiretos para a

    estimativa da evapotranspirao; e cada metodologia apresenta caractersticas

    prprias.

    a) Mtodos Diretos

    a.1) Lismetros

    So tanques enterrados no solo, dentro dos quais se mede a

    evapotranspirao. Conhecidos tambm como evapotranspirmetros e a

    evapotranspirao obtida por meio do balano hdrico neste sistema de

    controle.

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    89

  • Hidrologia Agosto/2006

    ADPIETo +=

    em que:

    I = irrigao;

    P = precipitao;

    D = drenagem; e

    A = rea do lismetro.

    o mtodo mais preciso para a determinao direta da ETo, desde que

    sejam instalados corretamente.

    a.2) Parcelas Experimentais no Campo

    A obteno da evapotranspirao por meio de parcelas experimentais,

    depende de vrios fatores. Este mtodo s deve ser utilizado para a

    determinao da ET total, durante todo o ciclo da cultura, e nunca a ET diria ou

    semanal, pois, nestes casos, os erros seriam grandes. A gua necessria,

    durante todo o ciclo da cultura, calculada pela soma da quantidade de gua

    aplicada nas irrigaes, precipitaes efetivas, mais a quantidade de gua

    armazenada no solo antes do plantio, menos a quantidade de gua que ficou

    retida no solo aps a colheita.

    b) Mtodos Indiretos:

    So aqueles que no fornecem diretamente a evapotranspirao e, para

    estim-la, preciso se utilizar de um fator (K), a ser determinado para cada

    regio e para cada mtodo indireto. De acordo com os princpios envolvidos no

    seu desenvolvimento, os mtodos de estimativa podem ser agrupados em cinco

    categorias: empricos, aerodinmico, balano de energia, combinados e

    correlao de turbilhes.

    Prof. Daniel Fonseca de Carvalho e Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva

    90

  • Hidrologia Agosto/2006

    Com relaes os mtodos indiretos sero considerados apenas os

    mtodos mais generalizados.

    b.1) Empricos

    Estes mtodos foram desenvolvidos experimentalmente, sendo que na

    seleo destes mtodos deve-se observar para quais condies ambientais

    foram desenvolvidos e fazer os ajustes regionais.

    b.1.1) Evapormetros

    So equipamentos usados para medir a evaporao (EV) da gua. Temos

    2 tipos bsicos de e...

Recommended

View more >