evaporação e evapotranspiração benedito c. silva
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Evaporação e Evapotranspiração
Benedito C. Silva
Conceito Geral
Evaporação (E) – Processo pelo qual se transfere água
do solo e das massas líquidas para a atmosfera. No caso
da água no planeta Terra ela ocorre nos oceanos, lagos,
rios e solo.Transpiração (T) – Processo de evaporação que ocorre
através da superfície das plantas. A taxa de transpiração
é função dos estômatos, da profundidade radicular e do
tipo de vegetação.
Fatores que afetam a Evaporação (E)
- umidade do ar - tipo de solo
- temperatura - vento
- Radiação solar
Definições
Processo de Transpiração no Sistema
Solo Planta Atmosfera.
A transpiração ocorre desde as raízes até
as folhas, pelo sistema condutor, pelo
estabelecimento de um gradiente de
potencial desde o solo até o ar. Quanto
mais seco estiver o ar (menor Umidade
Relativa), maior será esse gradiente.
Definições
Evapotranspiração (ET) –
Processo simultâneo de
transferência de água para a
atmosfera através da
evaporação (E) e da
transpiração (T)
ET = E + T
Definições
Evapotranspiração
Potencial (ETP) – quantidade
de água transferida para a
atmosfera por evaporação e
transpiração, em uma unidade
de tempo, de uma superfície
extensa, completamente
coberta de vegetação de
porte baixo e bem suprida de
água (Penman, 1956)
Evapotranspiração real
(ETR) – quantidade de
água transferida para a
atmosfera por evaporação e
transpiração, nas condições
reais (existentes) de fatores
atmosféricos e umidade do
solo. A ETR é igual ou
menor que a
evapotranspiração
potencial (Gangopadhyaya
et al, 1968)
Fatores que afetam
Umidade do ar Temperatura do ar Velocidade do vento Radiação solar Tipo de solo Vegetação (transpiração)
Temperatura
Quanto maior a temperatura, maior a pressão de saturação do vapor de água no ar, isto é, maior a capacidade do ar de receber vapor.
Para cada 10oC, P0 é duplicada.
Temp. oC 0 10 20 30
P0 (atm) 0,0062 0,0125 0,0238 0,0431
Umidade do arUmidade relativa medida do conteúdo de vapor de água do ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse saturado
sw
w100UR
onde UR é a umidade relativa; w é a massa de vapor pela massa de ar e ws é a massa de vapor por massa de
ar no ponto de saturação.
% em
Ar com umidade relativa de 100% está saturado de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente isento de vapor
A umidade relativa também pode ser expressa em
termos de pressão parcial de vapor. De acordo com a lei
de Dalton cada gás que compõe um a mistura exerce uma
pressão parcial, independente da pressão dos outros
gases, igual à pressão que se fosse o único gás a ocupar o
volume. No ponto de saturação a pressão parcial do vapor
corresponde à pressão de saturação do vapor no ar, e a
equação anterior pode ser reescrita como:
Umidade do Ar
see
.100UR
onde UR é a umidade relativa; e é a pressão parcial de
vapor no ar e es é pressão de saturação.
% em
Umidade do ar
Vento O vento renova o ar em contato com a superfície
que está evaporando (superfície da água; superfície do solo; superfície da folha da planta).
Com vento forte a turbulência é maior e a transferência para regiões mais altas da atmosfera é mais rápida, e a umidade próxima à superfície é menor, aumentando a taxa de evaporação.
pouco vento muito vento
Radiação solar
Solos
Solos arenosos úmidos tem evaporação maior do que solos argilosos úmidos.
Vegetação
Controla a transpiração Pode agir fechando os estômatos Busca a umidade de camadas profundas
do solo
Medição de evaporação
Tanque classe A Evaporímetro de Piché
Tanque classe A
. O mais usado é o tanque classe A, que tem forma circular com um diâmetro de 121 cm e profundidade de 25,5 cm. Construído em aço ou ferro galvanizado, deve ser pintado na cor alumínio e instalado numa plataforma de madeira a 15 cm da superfície do solo. Deve permanecer com água variando entre 5,0 e 7,5 cm da borda superior.
. O fator que relaciona a evaporação de um reservatório e do tanque classe A oscila entre 0,6 e 0,8, sendo 0,7 o valor mais utilizado.
Tanque Classe A
Tanque Classe A
Fonte : Sabesp
Medindo a evaporação
Tanque classe A
Tanque Classe A
• manutenção da água entre as profundidades recomendadas evita erros de até 15%• a água deve ser renovada turbidez evita erros de até 5%• as paredes sofrem com a influência da radiação e da transferência de calor sensível superestimação da evaporação• próximos a cultivos de elevada estatura subestimação da evaporação
Evaporímetro de PichéO evaporímetro de Piche é constituído por um tubo cilíndrico, de vidro, de aproximadamente 30 cm de comprimento e um centímetro de diâmetro, fechado na parte superior e aberto na inferior.
A extremidade inferior é tapada, depois do tubo estar cheio com água destilada, com um disco de papel de feltro, de 3 cm de diâmetro, que deve ser previamente molhado com água.
Este disco é fixo depois com uma mola. A seguir, o tubo é preso por intermédio de uma argola a um gancho situado no interior do abrigo.
Evaporímetro de Piché
Comentários
Piché é pouco confiável
Cálculo da evaporação
Equações de evaporação Balanço Hídrico
Equações empíricasSão Equações do tipo:
ass eTewfKE ..0
Onde: K = constante; f(w) = função da velocidade do vento; ea = tensão parcial do vapor de água; es(Ts) = tensão de vapor saturado.
Equação de Penman
1
./0
iELqef
diammE
Onde:
L
peTaG
L
qef a .9,01,0..09,056,0..1. 5,04
qef é radiação efetiva (mm/dia); L é o calor latente de vaporização, igual a 59 cal/(cm2.mm); a é o albedo; T é temperatura em oK; é a constante de Stefan-Boltzman, igual a 1,19.10-7 [cal/(cm2.d.dia/oK4)]; p é a proporção entre horas efetivas de brilho solar e o máximo possível
Equação de Penman pRG t .58,024,0.
G é radiação incidente de onda curta (cal/cm2.dia); Rt é a Radiação no topo da atmosfera (cal/cm2.dia)
100
. sa
eUe
ea é a pressão parcial do vapor de água (mmHg); U umidade relativa do ar (%)
)3,237/(.5,710.58,4 TTse
es é a pressão de vapor saturado (mmHg); T temperatura (oC)
Equação de Penman
2
)3,237/(5,7
3,237
10.38640
T
TT
asi eew
E
160
25,0.35,0
w2 é a velocidade do vento medida a 2 metros de altura (km/dia)
Equação de PenmanRt
Equação de Penman - Exemplo
Estime a evaporação média de um reservatório na latitude 22oS, no mês de fevereiro. Os dados disponíveis são a temperatura média de 23oC, umidade relativa de 66%, incidência solar média de 6,82h e velocidade do vento, a 2 metros, de 1m/s.
Evaporação de reservatórios e lagos
A evaporação da água de reservatórios é de especial interesse para a engenharia, porque afeta o rendimento de reservatórios para abastecimento, irrigação e geração de energia.
Reservatórios são criados para regularizar a vazão dos rios, aumentando a disponibilidade de água e de energia nos períodos de escassez.
A criação de um reservatório, entretanto, cria uma vasta superfície líquida que disponibiliza água para evaporação, o que pode ser considerado uma perda de água e de energia.
Evaporação de lagos e reservatórios
A evaporação da água em reservatórios pode ser estimada a partir de medições de Tanques Classe A, entretanto é necessário aplicar um coeficiente de redução em relação às medições de tanque.
Isto ocorre porque a água do reservatório normalmente está mais fria do que a água do tanque, que tem um volume pequeno e está completamente exposta à radiação solar.
Elago = Etanque . Ft
onde 0,6 < Ft < 0,8.
Sobradinho: um rio de água para a atmosfera O reservatório de Sobradinho, um dos mais importantes
do rio São Francisco, tem uma área superficial de 4.214 km2, constituindo-se no maior lago artificial do mundo, está numa das regiões mais secas do Brasil.
Em conseqüência disso, a evaporação direta deste reservatório é estimada em 200 m3.s-1, o que corresponde a cerca de 10% da vazão regularizada do rio São Francisco.
Esta perda de água por evaporação é superior à vazão prevista para o projeto de transposição do rio São Francisco, idealizado pelo governo federal.
Um rio cuja vazão média é de 34 m3/s foi represado por uma barragem para geração de energia elétrica. A área superficial do lago criado é de 5000 hectares. Medições de evaporação de um tanque classe A correspondem a 1500 mm por ano, qual é a nova vazão média a jusante da barragem após a formação do lago?
Exercício
1000365 . 24 . 3600
)km(A)ano/mm(E)s/m(E
23
E = 1500 x 0,7 mm/ano
E = 1,66 m3/s
Q = 34 – 1,66 = 32,34 m3/s
Redução de 4,9 % da vazão
Solução
Estimativa da evapotranspiração Medição Cálculo
Medição de evapotranspiração
LisímetroPesoMedir chuvaColetar água percoladaColetar água escoadaSuperfície homogênea
Medições de evapotranspiração
Medidas diretas:
Lisímetro: depósito enterrado, aberto na parte
superior, contendo o terreno que se quer estudar. O solo
recebe a precipitação, e é drenado para o fundo do
aparelho onde a água é coletada e medida. ET = P - D - R
Lisímetro
Lisímetro
Lisímetro
Medições micrometeorológicas
Medições micrometeorológicas
Cálculo da evapotranspiração
Equações de evapotranspiração Balanço Hídrico
Equações de cálculo da evapotranspiração
Usando apenas a temperatura
Usando a temperatura e a umidade do ar
Usando a temperatura e a radiação solar
Equação de Penman (insolação, temperatura,
umidade relativa, velocidade do vento)
Cálculo da Evapotranspiração (mm)
Métodos baseados na temperatura:
Thornthwaite: empírica, caracterizada por um único fator, a
temperatura média. Foi desenvolvida para climas temperados
(inverno úmido e verão seco).
Blaney-Criddle: também utiliza a temperatura média e
horas do dia com insolação, para regiões semi-áridas
ETP=(0,457 T + 8,13) p
p % luz diária
ET = ETP . Kc
kc é o coeficiente de cultura
Método de ThornthwaiteO método de Thorntwaite é calculado da seguinte forma: a
c
TFETP
I1016
Onde:
• ETP = Evapotranspiração potencial (mm/mês)
• T = temperatura média do mês de cálculo
• Fc = Fator de correção em função da latitude e mês do ano;
• a = 6,75 . 10-7 . I3 – 7,71 . 10-5 . I2 + 0,01791 . I + 0,492 (mm/mês)
• I = índice anual de calor, correspondente a soma de doze
índices mensais;
• t =temperatura média mensal (oC)
12
1
514,1
5i
itI
Método de Thornthwaite
Para corrigir os valores da evapotranspiração para cada tipo de cultura é só multiplicar a ETP pelo coeficiente de cultura Kc:
ETPcultura = Kc . ETP
Onde:
ETRcultura = Evapotranspiração real da cultura (mm/mês);
ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês).
Kc = coeficiente de cultura.
Método de Thornthwaite
Coeficiente de CultivoOs valores de Kc são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.
Exercício
1. Para uma latitude de 10º S , calcule o valor da ETP pelo Método de Thornthwaite para Janeiro, em um ano que a temperatura média desse mês foi 25,0oC, sabendo que a bacia é coberta por pasto.
Mês Jan Fev
Mar
Abr MAi
Jun Jul Ago
Set Out
Nov
Dez
T (°C) 26,9 26,1 26,2 25,6 25,5 24,9 25,0 25,7 26,7 27,3 27,5 27,1
Eq. de Penman para Evapotranspiração
Termos que mudam:
Albedo (a): deve-se adotar valores próprios para o tipo de cultura em análise
Superfícies AlbedoFlorestas coníferas 0,10 - 0,15Florestas temporárias 0,15 - 0,20Cereais 0,10 - 0,25Batatas 0,15 - 0,25Algodão 0,20 - 0,25Campo 0,15 - 0,20Superfície de água 0,03 - 0,10Solos escuros 0,05 - 0,20Argila seca 0,20 - 0,35Solos arenosos (secos) 0,15 - 0,45
Eq. de Penman para Evapotranspiração
Termos que mudam:
asi eew
E
160
21.35,0
Termo aerodinâmico
Combina energia solar outras variáveis meteorológicas
W
a
s
a
dspAL 1
rr
1
ree
cGR
E
Equação de Penman-Monteith
Penman-Monteith
analogia com circuito elétrico
O fluxo de águapara as camadassuperiores daatmosfera devevencer a resistênciasuperficial (plantas)e aerodinâmica(camada mais baixade ar).
W
a
s
a
dspAL 1
rr
1
ree
cGR
E
Penman - Monteith
água; da específica massa ][kg.m
ar; do específica massa ][kg.m
solo; o para energia de fluxo ]s.[MJ.m G
;superfície na líquida radiação ]s.[MJ.m R
vapor; do saturação de pressão da variação de taxa ]C[kPa.
o;vaporizaçã de latentecalor ][MJ.kg
água; da evaporação de taxa ][m.s E
3-W
3-A
-12-
-12-L
-1
-1
-1
Penman - Monteith
-1 -1 3 1 1p p
-1
C [MJ.kg . C ] calor específico do ar úmido (C 1,013.10 MJ.kg . );
[kPa] pressão de saturação do vapor;
[kPa] pressão do vapor;
[kPa. C ] constante psicrométrica ( 0,66);
s
s
s
C
e
e
r
-1
-1
[s.m ] resistência superficial da vegetação;
[s.m ] resistência aerodinâmica;ar
Equação de Penman-Monteith
Pode ser usada para calcular evapotranspiração em intervalo de tempo de horas ou dias
É a melhor equação disponível é genérica precisa de muitos dados alguns dados são difíceis de obter