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1INTRODUCCIÓNLa evaporación y la transpiración ocurren simultáneamente y no hayformasencilla de separar ambos procesos, po...
2LA EVAPORACION Y TRANSPIRACION Y SUS METODOS CÁLCULOEvaporaciónLos principales factores que inciden en la evaporación des...
3Factores Que Afectan A La EvaporaciónA. Poder evaporante de la atmósfera, que a su vez está influido por: laradiación sol...
4homogeneizar las medidas de las magnitudes que intervienen en el ciclohidrológico.La evaporación en lagos y embalses no p...
5b) Ø El estanque enterrado, tiene forma de paralelepipédica con secciónrecta cuadrada de lado 0,91 m. La altura es de 0,4...
63. Las porcelanas porosas presentan al aire una esfera o un disco de porcelanaporosa, en contacto con un depósito de agua...
7Métodos Para Medir La EvaporaciónTanques De EvaporaciónLos depósitos o tanques de evaporación utilizados son de formas, d...
8Tanque de evaporación y sus componentesEl tanque Tipo A tiene un diámetro de 121.9 cm y una profundidad de 25.4cm, la pro...
9detritos que recogen pueden ser la causa de errores de medición. En general,son de más difícil instalación y mantenimient...
10El volumen de precipitación que cae en una cuenca o parcela debe medirse conexactitud por una red de pluviómetros, y el ...
11La ecuación del balance de energía de una superficie, considerando sólo los flujosverticales es la siguiente:dónde:Rn = ...
12La fracción evaporativa queda representada por la ecuación:Radiación Neta: El balance de radiación en la superficie se l...
13ε= 16(10t/I)aε= evapotranspiración potencial media en mm/díat= temperatura media diaria del mes en °CI= índice de calor ...
14Fórmulas EmpíricasSe han identificado del orden de 100 expresiones que determinan coeficientesde la Ley de Dalton, basad...
15- Harbeck (datos de varios lagos, 1962)- Rimsha y Donchenko (ríos con descargas térmicas, 1957)Para convertir cualquiera...
16CONCLUSIÓNEl ciclo hidrológico conlleva diversos factores en los cuales intervienes cada unade las etapas que lo integra...
17LISTA DE REFERENCIASChow, V.T.;Maidment, D.R.; Mays, L.W. (1994) Hidrología Aplicada.Colombia.Bogotá. McGraw-Hill,Chereq...
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Evaporación y sus metodos de calculo

  1. 1. LA EVAPORACION Y TRANSPIRACION Y SUS METODOSCÁLCULOProf. Autores:Ing. Moreno Énid Dugaro MarinoSuberoLanniCorneil YenesBrito FrancismarCemborainLuzbelysPuerto Ordaz, Mayo de 2013REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSIÓN GUAYANACATEDRA HIDROLOGIA
  2. 2. 1INTRODUCCIÓNLa evaporación y la transpiración ocurren simultáneamente y no hayformasencilla de separar ambos procesos, por lo que al flujo de vapor de agua desdeuna cubierta vegetal se le denomina de forma general evapotranspiración (ET).La estimación precisa de la evapotranspiración no es una tarea simple. Losprocedimientos requieren el control continuo de un gran número de parámetrosfísicos, meteorológicos y de la cubierta vegetal. Según el principio en que sebasan los equipos de medida.La evaporación se puede calcular mediante fórmulas empíricas y semi-teóricas,mediante la realización de un balancee energético de la masa de agua o bienaplicando la ecuación de Penman, que es el método más preciso.
  3. 3. 2LA EVAPORACION Y TRANSPIRACION Y SUS METODOS CÁLCULOEvaporaciónLos principales factores que inciden en la evaporación desde una superficie libreson la radiación solar, como fuente de energía para suministrar el calor latentede vaporización, la velocidad del viento requerida para transportar el vapor lejosde la superficie evaporante y el gradiente de humedad específica del aire sobrela superficie.La evaporación desde el suelo y la vegetación sumada a la transpiración de lasplantas a través de los estomas de sus hojas, del agua que éstas captan a travésde sus raíces, se llama genéricamente evapotranspiración. Esta depende de losmismos factores indicados para una superficie libre, además de la disponibilidadde humedad en la superficie evaporante. Se denomina evapotranspiraciónpotencial a aquella que ocurriría desde una cubierta vegetal cuando ladisponibilidad de humedad no es limitante y ésta se calcula en forma similar a laevaporación que ocurre desde una superficie libre. La evapotranspiración realdisminuye por bajo el nivel potencial a medida que el suelo se seca.La evaporación es el resultado del proceso físico, por el cual el agua cambia deestado líquido a gaseoso, retornando, directamente, a la atmósfera en forma devapor. También el agua en estado sólido (nieve, hielo) puede pasar directamentea vapor y el fenómeno se llama sublimación. Es un cambio de estado y precisauna fuente de energía que proporcione a las moléculas de agua, la suficientepara efectuarlo. De forma directa o indirecta, esta energía procede de lasradiaciones solares. Todo tipo de agua en la superficie terrestre está expuesta ala evaporación. El fenómeno será tanto más difícil cuanto menor sea la agitaciónde las moléculas y tanto más intenso cuando mayor sea la cantidad de agua conposibilidad de evaporarse.
  4. 4. 3Factores Que Afectan A La EvaporaciónA. Poder evaporante de la atmósfera, que a su vez está influido por: laradiación solar, la humedad del aire (cuando menor es la humedad, mayorevaporación), la temperatura (a mayor temperatura, menor humedad del aire ymayor evaporación), el viento (favorece la evaporación), presión atmosférica yaltitud (a menor presión, mayor altitud y mayor evaporación).B. Otros factores de la superficie evaporante: tipo de superficie evaporante (lamáxima evaporación ocurriría en una superficie de agua libre poco profunda),temperatura (a mayor temperatura mayor evaporación) y composición químicadel agua (cuanto menor sea la mineralización mayor será la evaporaciónLa evaporación crece al decrecer la presión atmosférica, manteniendoconstantes los demás factores. Por el contrario, al aumentar la altitud, decrece laevaporación. Esta aparente contradicción se explica por la mayor influencia deotros factores (temperatura del aire y del agua) en el ritmo de evaporación quela producida por el decrecimiento con la altitud de la presión atmosférica.Otro grupo de factores influyentes, surgen al considerar la naturaleza y forma dela superficie evaporante: una superficie de agua libre presenta el mínimo dedificultades a la evaporación. Esta dependerá de su extensión y profundidad. Siambas son pequeñas, los cambios atmosféricos y el terreno, tendrán una graninfluencia. En superficies extensas y profundas hay menor influencia del terrenoadyacente. La radiación solar calienta las capas superiores de agua, pero, no todoeste calor se emplea en producir evaporación. Una parte, calienta capas másprofundas y en ellas se produce un almacenaje de calor, que cuando cesa laradiación o se enfrían las capas superiores, pasa de nuevo a ellas e incrementa laposibilidad de evaporación. La evaporación de la humedad de un suelo sinvegetación se produce en la capa superficial. Al disminuir la humedad de ésta, seproduce un desequilibrio y hay una atracción de humedad subyacente, queasciende por capilaridad a la superficie, prosiguiendo la evaporación hasta queesta agua capilar se agota. El agua higroscópica en equilibrio con la humedadatmosférica no se evapora.La unidad generalmente empleada para evaluar la evaporación es el mm dealtura de lámina de agua evaporada. Se emplea esta unidad con el fin de
  5. 5. 4homogeneizar las medidas de las magnitudes que intervienen en el ciclohidrológico.La evaporación en lagos y embalses no puede ser medida directamente como laprecipitación y el caudal. Es necesario determinarla por diferentes métodos:Métodos del balance hídricoMétodo del balance energéticoAerodinámicoTanques de evaporaciónA continuación se citan instrumentos para medir la evaporación:A. La evaporación de superficies de agua libre, se mide con los atmómetros oevaporímetros. Son de cuatro tipos:1. Los estanques de evaporación tienen como principio común la medida delagua perdida por evaporación de un depósito de regulares dimensiones.Están concebidos para medir la evaporación de embalses o grandes lagos yen general se sitúan próximos a ellos. Las medidas obtenidas son, en general,superiores a la evaporación real y precisan coeficientes correctores quedependen del modelo.Subdivididos en tres tipos de estanques:a) Ø El estanque clase A es un depósito cilíndrico de chapa galvanizadacon un diámetro de 120 cm y 25,4 cm de altura, instalado sobre unenrejado de madera, a unos 15 cm del suelo. El agua previamentemedida, debe mantenerse en días sucesivos entre dos señales a 20 y 17,5cm del fondo del recipiente. La medición se efectúa apoyando en un tubode nivelación un tornillo micrométrico que tiene un extremo en forma degancho cuya punta se enrasa con el nivel de agua. Al lado de esteestanque siempre debe haber un pluviómetro.
  6. 6. 5b) Ø El estanque enterrado, tiene forma de paralelepipédica con secciónrecta cuadrada de lado 0,91 m. La altura es de 0,46 m. Para instalarlo sehunde en el terreno, hasta que la boca queda 10 cm sobre él. Se procuraque el agua de llenado, enrase con el terreno.c) Ø El estanque flotante, pretende acercarse más a las condiciones de lasuperficie evaporante real. Se sitúa flotando sobre el embalse o río enobservación. Naturalmente existen problemas de amarraje y estabilidad.2. Evaporímetro de balanza. Es un pequeño depósito de 250 cm2de sección y35 mm de profundidad, lleno de agua e instalado sobre una balanza tipopesa-cartas, en la que se hacen lecturas sucesivas para medir la pérdida depeso. La pequeña dimensión del depósito hace que sus paredes influyandemasiado en la evaporación. Tiene la ventaja de poderse usar comoevaporígrafo, para registro continuo de la variación del fenómeno, si se leadaptan elementos registradores, tambor giratorio y plumilla.
  7. 7. 63. Las porcelanas porosas presentan al aire una esfera o un disco de porcelanaporosa, en contacto con un depósito de agua que las alimenta ayudado por lapresión atmosférica. En la práctica se utilizan, fundamentalmente, comoaparatos de investigación y se han empleado en estudios de transpiración.4. Las superficies de papel húmedo. El modelo más usado, que se basa en laidea de humedecer permanentemente un papel expuesto al aire, es elevaporímetro Piché. El depósito humedecedor es un tubo graduado, que secoloca invertido con la boca libre hacia abajo. Esta tapa con un papel secantesujeto por medio de una arandela metálica. La evaporación produce elsecado del papel y una succión de agua del depósito. Se mide el descenso deagua en el tubo.B. Para la medida de la evaporación desde suelos sin vegetación se utilizan:1. Estanques lisimétricos y lisímetros.2. Parcelas experimentales.Ambos tipos se utilizan también para medir evapotranspiración cuando el sueloesté cubierto por vegetación.
  8. 8. 7Métodos Para Medir La EvaporaciónTanques De EvaporaciónLos depósitos o tanques de evaporación utilizados son de formas, dimensiones ycaracterísticas diferentes. La evaporación diaria se calcula evaluando ladiferencia entre los volúmenes de agua en el tanque en días sucesivos, teniendoen cuenta las precipitaciones durante el período considerado. El volumen deevaporación entre dos observaciones del nivel del agua en el tanque se estimamediante la fórmula:E=P ± ΔDDonde:P: es la altura de precipitación entre las dos medicionesΔD: la altura del agua añadida (+) o sustraída (-) del tanque.Además del tanque, se emplean los siguientes instrumentos en las estacionesevaporimétricas: un anemógrafo integrado o anemómetro, situado a uno o dosmetros por encima del tanque para determinar el movimiento del viento sobre eltanque, un pluviómetro o pluviógrafo, termómetros o termógrafos queproporcionan las temperaturas máxima, mínima y media del agua del tanque,termómetros o termógrafos de máxima y mínima para medir las temperaturasde aire, o un psicrómetro si se desea conocer la temperatura y humedad del aire.La relación entre valores medidos en una misma estación con tanques flotantes yevaporímetros está comprendida entre 0.45 y 0.6.Se los puede clasificar en dos categorías, según que estén dispuestos en lasuperficie del suelo o enterrados en éste:a. Los tanques superficiales tienen la ventaja de una instalación muy sencilla.Además, sus resultados no corren el riesgo de ser falseados por el rebote delas gotas de lluvia que caen en el terreno lindante. En cambio, son muysensibles a las variaciones de la temperatura del aire y a los efectos de lainsolación. Si se aíslan térmicamente las paredes exteriores del tanque parareducir el intercambio de calor con el ambiente, se observan tasas deevaporación más bajas.
  9. 9. 8Tanque de evaporación y sus componentesEl tanque Tipo A tiene un diámetro de 121.9 cm y una profundidad de 25.4cm, la profundidad del agua es mantenida entre 17.5 y 20 cm. Estáconstruido de hierro galvanizado no pintado y colocado sobre un enrejado a15 cm sobre el nivel del terreno. La medición se realiza apoyando en un tubode nivelación un tornillo micrométrico que tiene un extremo en forma degancho cuya punta se enrasa con el nivel del agua. El coeficiente dereducción aconsejado para pasar de las medidas del estanque a laevaporación real anual es 0,7, variando mensualmente este valor entre 0,6-0,8Tanque tipo ALos tanques enterrados son menos sensibles a las influencias de la temperatura yla radiación en las paredes, pero las gotas de lluvia que rebotan en el suelo y los
  10. 10. 9detritos que recogen pueden ser la causa de errores de medición. En general,son de más difícil instalación y mantenimiento.Balance HídricoEste método está basado en el principio de conservación de la masa aplicado auna parte del ciclo hidrológico. La evaporación en un cuerpo de agua natural oartificial queda determinada por la diferencia entre las variables de entrada,precipitación P y caudal de entrada I, y las variables de salida: almacenamientoen las orillas Vs, caudal de salida O y la variación en el volumen dealmacenamiento DS.E = P + I -Vs -O± DSEn el método del balance hídrico se puede utilizar para estimar laevapotranspiración, ET, cuando pueden medirse o estimarse la precipitación P, elescurrimiento Q, y las variaciones del almacenamiento, ΔS. La ecuación utilizadaes:ET = P – Q – Qss ±ΔSLa estima de la evapotranspiración anual de una cuenca para un año hídrico es ladiferencia entre la precipitación y el escurrimiento, si se puede establecer porestudios geo-hidrológicos que la infiltración profunda es relativamenteinsignificante. Deben coincidir las fechas elegidas para el comienzo y final del añohídrico con la estación seca, cuando la cantidad de agua almacenada esrelativamente pequeña y el cambio en almacenamiento de un año a otro esmínimo.Si se desea calcular la evapotranspiración para un período más corto, como unasemana o un mes, debe medirse la cantidad de agua almacenada en el suelo y enel canal del curso del agua. Esto es posible solo para cuencas pequeñas, y laaplicación del método de balance hídrico para esos períodos cortos se limitageneralmente a parcelas o cuencas experimentales de algunas hectáreas.Para la evapotranspiración media anual, la variación en el almacenamiento esgeneralmente mínima, y la evapotranspiración puede ser estimada a partir de ladiferencia entre la precipitación media anual y el escurrimiento medio anual.
  11. 11. 10El volumen de precipitación que cae en una cuenca o parcela debe medirse conexactitud por una red de pluviómetros, y el número requerido dependerá de lavariabilidad esperada de la precipitación en la cuenca o parcela de que se trate.El escurrimiento deberá ser medido con los instrumentos y métodos paraefectuar mediciones continuas del caudal. La variación de almacenamiento deagua en el suelo se mide como dos componentes separados: la zona saturada y lazona no saturada. Se requieren mediciones de nivel de la capa freática en pozosy de la humedad del suelo en la zona no saturada.El nivel de la capa freática puede ser determinado midiendo la distancia queexiste entre puntos de referencia determinados y la superficie del agua en pozos,al final de cada período de tiempo para el cual la evapotranspiración va a sercalculada. La variación en el volumen de almacenamiento de agua es igual alcambio medio del nivel de agua en los pozos multiplicado por el rendimientoespecífico de la formación y por el área de la cuenca o parcela en la que seefectúa la medición. La cantidad de agua que pierde la cuenca por infiltraciónprofunda no puede medirse directamente. Para conocer la magnitud relativa deeste flujo, que debe tenerse en cuenta al elegir el área experimental, es precisohacer un estudio hidrogeológico de las características hidráulicas de las capasadyacentes. Este término, en general es tan insignificante que puede pasarse poralto en estudios del balance hídrico.Este método no es el más recomendado, debido a que los errores en lasmediciones de las variables de entrada, salida y almacenamiento son a menudograndes comparados con la evaporación calculada.Método del balance de energíaLa evapotranspiración es uno de los principales flujos de energía en elintercambio energético entre la superficie terrestre y la atmósfera. El cambio defase requiere una gran cantidad de energía, por lo que está limitada a la cantidadde energía disponible. Debido a esta limitación, es posible predecirla cantidad deevapotranspiración aplicando el principio de conservación de la energía según elcual, la energía que llega a la superficie debe ser iguala la energía que sale de lamisma, dentro de un periodo determinado.
  12. 12. 11La ecuación del balance de energía de una superficie, considerando sólo los flujosverticales es la siguiente:dónde:Rn = Radiación neta en la superficie (W m-2), es la energía intercambiadapor radiación.G = Flujo de energía en forma de calor intercambiado por conducciónentre la superficie del cultivo y el suelo (W m-2 ).ET = Calor latente, es el flujo de energía en forma de calor asociado alflujo de vapor de agua (W m-2). Esta es la energía que se requiere para elproceso de evaporación. Así es el calor latente de vaporización, es decir, laenergía necesaria para evaporar la unidad de masa.H = Calor sensible, es el flujo de energía en forma de calor intercambiadopor convección entre la superficie y la atmósfera (W m-2), es decir debido a ladiferencia de temperaturas entre la superficie y la atmósfera.En la ecuación del balance de energía se han considerado una serie desimplificaciones, atendiendo en general al valor relativo de los flujos de energía,así como al intervalo temporal en que será aplicada. Así, se ha considerado queflujos como el relativo al proceso de fotosíntesis o el almacenado en el sistemaconstituyen una porción despreciable del balance de energía (Hillel, 1998).Tampoco se ha tenido en cuenta el flujo de energía horizontal, llamadoadvección, puesto que su aplicación está indicada en grandes superficies devegetación.El flujo de vapor de agua, ET, es la masa de agua transportada por unidad detiempo y unidad de superficie (kg m-2s-1) en el Sistema Internacional (SI). Esusual considerar en lugar de masa, el volumen de agua transportado. Para unadensidad del agua de 1000 kg m-3, la ET puede expresarse en milímetros (l m-2)por unidad de tiempo. Este flujo de vapor de agua se obtiene a partir de laecuación del balance de energía, dividiendo el calor latente ET (que puede venirexpresado también en MJ m-2 día-1) entre el calor latente de vaporización, ,que es la cantidad de energía necesaria para vaporizar la unidad de masa deagua. El valor de depende de la temperatura.
  13. 13. 12La fracción evaporativa queda representada por la ecuación:Radiación Neta: El balance de radiación en la superficie se lleva a cabo de laforma que se presenta en la figura.Interviene la radiación de onda cortaincidente (radiación solar) y reflejada, así como la radiación de onda largaincidente y reflejada. La radiación neta superficial se obtiene con la diferencia deganancias y pérdidas (balance).Balance de radiación en la superficieFórmula De ThornthwaiteThornthwaite utiliza como variable primaria para el cálculo deevapotranspiración potencial la media mensual de las temperaturas mediasdiarias del aire. Con ella se calcula un índice de calor mensual, según la fórmula:i= (t/5)1,514y se halla el valor del índice de calor anual, I:I= ∑isiendo ∑i la suma de los doce índices mensuales del año considerado. Para mesesteóricos de 30 días, con 12 horas diarias de sol, formula la siguiente expresión:
  14. 14. 13ε= 16(10t/I)aε= evapotranspiración potencial media en mm/díat= temperatura media diaria del mes en °CI= índice de calor anuala= 675·10-9·I3-771·10-7·I2+1972·10-5·I+0,49239Finalmente tiene en cuenta la duración real del mes y el número máximo dehoras de sol, según la latitud del lugar, y llega a la expresión:ETP= K·εdonde:ETP= evapotranspiración potencial en mm/mesK=N= número máximo de horas de sol, según la latitudd= número de días del mesε= valor obtenido con la fórmulaFormula de Penman
  15. 15. 14Fórmulas EmpíricasSe han identificado del orden de 100 expresiones que determinan coeficientesde la Ley de Dalton, basadas en datos locales y de diferentes técnicas demedición, algunas con datos en "tierra", otras con datos sobre superficies deagua y con datos de temperatura y viento medidas a diferentes alturas. Helrichet al (Bras, 1990) presentaron en 1982 una recopilación de algunas de estasfórmulas, convirtiéndolas a mediciones a 2m de altura y en unidades métricas.Algunas de éstas, con la energía Qe en [Watt/m2], la presión de vapor e en [mb],la temperatura T en [ C], la superficie A en [Ha] se presentan a continuación:- Lago Hefner (datos del lago, 1954)- Meyer (estanque pequeño calentado, 1942))e-e(v3,75=Q 2s2e)e-e()v2,2+(7,9=Q 2s2e
  16. 16. 15- Harbeck (datos de varios lagos, 1962)- Rimsha y Donchenko (ríos con descargas térmicas, 1957)Para convertir cualquiera de las expresiones anteriores a tasa de evaporación sedebe dividir Qe por el calor latente lv y la densidad del agua .)e-e(Av5,82=Q 2s0,052e)e-e)(v3,1+T0,26+(6=Q 2s2eT-T=T 2s
  17. 17. 16CONCLUSIÓNEl ciclo hidrológico conlleva diversos factores en los cuales intervienes cada unade las etapas que lo integran. Iniciando por la evaporación, transpiración oevapotranspiración para luego proceder a la condensación, precipitación,infiltración y de nuevo a la evaporación. Cada una de estas etapas son estudiadasy calculadas mediante diversos métodos los cuales han sido expuestos yexperimentados.Los métodos para los cálculos de evaporación sean,Tanques de evaporación,Balance hídrico, Balance de energía, Fórmula de Penman, y Fórmula o métodosempíricos o semi-empíricos. Demuestran la cantidad de evaporación que seproduce desde superficies libres de agua, algunos con mayor exactitud y condistintas metodologías y datos.El caculo de evaporación permite obtener los datos y registros necesarios para eldiseño de obras civiles como al igual conocer el estado del agua en el planeta ysu comportamiento.
  18. 18. 17LISTA DE REFERENCIASChow, V.T.;Maidment, D.R.; Mays, L.W. (1994) Hidrología Aplicada.Colombia.Bogotá. McGraw-Hill,CherequeWendor. (1990). Hidrología Para Estudiantes De Ingeniería Civil. (2daedición). Perú. Lima. CONCYTECCartes Mauricio; Vargas Ximena. (2007). Hidrología.[Articulo enlínea].Universidad de Chile. [Artículo publicado]. Santiago de Chile. Consultada25/05/2013CPTS. (2010). Método Para Realizar Balance De Masa, Balance De Energía YCálculo De Consumos Y Descargas Específicos.[Publicación en línea]. Centro:CPTS. España. [Consultada 25/05/2013]http://www.cpts.org/prodlimp/guias/Cueros/ANEXOD.pdf

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