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