UNIDAD IV, EVAPORACION Y EVAOTRANSPIRACION.doc

 Antología de Hidrología

Evaporación y Evapotranspiración

Unidad 4 Evaporación y Evapotranspiración

Objetivo: Conocerá Conocerá el proceso proceso de evaporación evaporación y evapotransp evapotranspiraci iración, ón, el equipo para su medición y determinará el uso consuntivo.

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Evaporación y Evapotranspiración

EVAPORACIÓN. e!inición: $ase del ciclo %idrológico en el cual la precipitación que llega a la super&icie de la tierra retorna r etorna a la atmós&era en &orma de vapor. En el aspecto &ísico puro, la evaporación es el paso del agua del estado líquido al gaseoso. 'a de&inición %idrológica de evaporación esta restringida a la tasa neta de transporte de vapor %acia la atmós&era. (esi (esign gnar arem emos os con con el nom) nom)re re de *ev *evapor aporac ació ión+ n+ el con conun unto to de &enómenos que trans&orman el agua en vapor mediante cualquier proceso, )ien sea de tipo &ísico -a partir de un suelo, de las super&icies de agua li)res, de la nieve o %ielo, o )iológico, a trav/s de las plantas -transpiración. A este 0ltimo proceso, se le denomina *evapotranspiración+ y cuando así ocurre, el t/rmino *evaporación+ se reserva sólo para los procesos de tipo &ísico.

escripción de" !enó#eno 'os estudios cientí&icos reali1ados so)re el tema, a0n no son de&initivos y distan muc%o de %a)er constituido un cuerpo de doctrina unánimemente aceptado.

Proceso de evaporación: Cuando las partículas de agua adquieren la su&iciente energía cin/tica para salir por sí solas de la super&icie del agua y vencen la tensión super&icial, escapan al aire. 'a evaporación consume calor por lo que la temperatura disminuye. El movimiento de las mol/culas saliendo de la super&icie li)re produce una tensión de vapor o presión de vapor de agua. El vapor de la evaporación se determina por la di&erencia entre la tensión de vapor y la tensión del aire, encima de la super&icie del agua. 'a evaporación es proporcional al d/&icit de la tensión de vapor, que es la di&erencia entre la tensión del vapor del aire saturado a la temperatura del agua y la tensión del vapor en el aire.

$actores act%antes en e" proceso: El valo valorr de la evap evapor orac ació ión n depe depend nde e de la pres presió ión n de vapo vaporr de la super&icie del agua y de la del aire. !i la evaporación natural se considera como un proceso de intercam)io de energía, se puede demostrar que la radiación es sin lugar a dudas el &actor más importante, y que es )ásicamente aplica)le el t/rmino evaporación solar.  A su su ve1 estos &actores dependen dependen de:

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Evaporación y Evapotranspiración

EVAPORACIÓN. e!inición: $ase del ciclo %idrológico en el cual la precipitación que llega a la super&icie de la tierra retorna r etorna a la atmós&era en &orma de vapor. En el aspecto &ísico puro, la evaporación es el paso del agua del estado líquido al gaseoso. 'a de&inición %idrológica de evaporación esta restringida a la tasa neta de transporte de vapor %acia la atmós&era. (esi (esign gnar arem emos os con con el nom) nom)re re de *ev *evapor aporac ació ión+ n+ el con conun unto to de &enómenos que trans&orman el agua en vapor mediante cualquier proceso, )ien sea de tipo &ísico -a partir de un suelo, de las super&icies de agua li)res, de la nieve o %ielo, o )iológico, a trav/s de las plantas -transpiración. A este 0ltimo proceso, se le denomina *evapotranspiración+ y cuando así ocurre, el t/rmino *evaporación+ se reserva sólo para los procesos de tipo &ísico.

escripción de" !enó#eno 'os estudios cientí&icos reali1ados so)re el tema, a0n no son de&initivos y distan muc%o de %a)er constituido un cuerpo de doctrina unánimemente aceptado.

Proceso de evaporación: Cuando las partículas de agua adquieren la su&iciente energía cin/tica para salir por sí solas de la super&icie del agua y vencen la tensión super&icial, escapan al aire. 'a evaporación consume calor por lo que la temperatura disminuye. El movimiento de las mol/culas saliendo de la super&icie li)re produce una tensión de vapor o presión de vapor de agua. El vapor de la evaporación se determina por la di&erencia entre la tensión de vapor y la tensión del aire, encima de la super&icie del agua. 'a evaporación es proporcional al d/&icit de la tensión de vapor, que es la di&erencia entre la tensión del vapor del aire saturado a la temperatura del agua y la tensión del vapor en el aire.

$actores act%antes en e" proceso: El valo valorr de la evap evapor orac ació ión n depe depend nde e de la pres presió ión n de vapo vaporr de la super&icie del agua y de la del aire. !i la evaporación natural se considera como un proceso de intercam)io de energía, se puede demostrar que la radiación es sin lugar a dudas el &actor más importante, y que es )ásicamente aplica)le el t/rmino evaporación solar.  A su su ve1 estos &actores dependen dependen de:

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a. ). c. d. e.

Evaporación y Evapotranspiración

'a temperatura del agua y del aire. (el viento. (e la presión atmos&/rica. (e la calidad del agua y (e la naturale1a y &orma de la super&icie.

&e#perat%ra 'a tensión de vapor del agua aumenta con la temperatura porque la energía cin/tica aumenta con tal incremento. 3n aumento de la temperatura del aire am)iente, aumentará la tensión de vapor en el agua y en el aire. Como la evaporación es proporcional a la di&erencia de tensión de vapor entre el agua y el aire, incrementos iguales pueden no aumentar la evaporación. 4ara que la evapor evaporac ación ión contin contin0e 0e de)e de)e comuni comunicar carse se una canti cantidad dad de calor calor igual igual a la p/rdida p/rdida por evaporación. evaporación. (e otra &orma al igualarse igualarse las temperatur temperaturas, as, cesa la evaporación. Ve"ocidad Ve"ocidad y t%rb%"encia de" viento El viento )arre las mol/culas de agua que escapan de la super&icie, trayendo aire capa1 de a)sor)er mas vapor de agua. Cuando la velocidad del viento es su&iciente para )arrer todas las mol/culas evaporadas, un aumento de la velocidad del viento no incrementará en modo aprecia)le la evaporación. El e&ecto del viento puede ser mas elevado en grandes e5tensiones de agua que en peque6as. 'ímite de aumento aprecia)le: 78 9m%. Nat%ra"e'a y !or#a de "a s%per!icie: 3n volumen de agua con una super&icie plana tiene presión de vapor  superior que una cóncava pero menor que una conve5a )ao las mismas condiciones. !e %a intentado corregir la ecuación de evaporación seg0n los tipos de super&icies. !e acep acepta ta que que la evap evapor orac ació ión n es prop propor orci cion onal al a una una dime dimens nsió ión, n, diámetro, no al área.

Ca"idad de" a(%a El e&ecto de la salinidad o sólidos disuelto, se de)e a la reducción de presión de vapor de la solución. 'a presión de vapor del agua salada en el mar, es men menor en 2 ; que que la pres presió ión n de vapor por del del agua gua pur pura a la mism misma a temperatura, siendo la reducción de evaporación un poco menor. 4ara períodos e5tensos de tiempo los e&ectos de la salinidad pueden despreciarse. %so cons%ntivo? 'a varia)ilidad de la evapotranspiración potencial -uso consuntivo, depende de diversos &actores, en su mayoría determinantes del desarrollo vegetativo de las plantas y del consumo de agua. Estos &actores, normalmente son: *%e"o. ?e5tura, estructura, &ertilidad, salinidad, capacidad de retención del agua, pro&undidad, nivel &reático. C%"tivo. Especie, variedad, ciclo vegetativo, &ase de desarrollo, &isiología. A(%a

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Evaporación y Evapotranspiración

(isponi)ilidad, prácticas de riego, e&iciencia de aplicación de riego.

C"i#a ?emperatura, &otoperíodo, calor aprovec%a)le, precipitación, estado %igrom/trico del aire, vientos, nu)osidad. 'os &actores anteriormente enumerados, tienen in&luencia los unos so)re los otros y nunca act0an independientemente. (e las in&luencias naturales las más importantes son: el clima, la provisión de agua, los suelos y la topogra&ía. 'os &actores climáticos que a&ectan en especial al uso consuntivo de agua son: la precipitación, la temperatura, la radiación solar, la %umedad, el movimiento del viento, duración de la etapa de crecimiento, latitud y lu1 solar.

Precipitación. 'a intensidad de la precipitación puede tener alg0n e&ecto so)re la cantidad del agua consumida empleada durante cualquier verano. Lao ciertas condiciones, la precipitación puede presentarse como una serie de llovi1nas ligeras y &recuentes durante la /poca calurosa del verano, que pueden agregar  poco o nada a la %umedad del suelo para uso por las plantas a trav/s de la transpiración, pero que si disminuye la e5tracción de la %umedad almacenada. ?al precipitación puede perderse, en gran cantidad, por evaporación directamente de la super&icie del &ollae de la planta y del suelo. 4arte de la precipitación de los aguaceros &uertes pueden perderse por  escurrimiento super&icial y otra parte penetra al suelo y está disponi)le para la transpiración de la planta. ?al condición reduce la cantidad necesaria del agua de riego. !e pueden emplear di&erentes condiciones de clima, suelo y cultivo.

&e#perat%ra. El promedio del uso consuntivo del agua por los cultivos en cualquier  localidad es pro)a)lemente a&ectado muc%o más por la temperatura que por  cualquier otro &actor, ya que, para lapsos largos es una )uena medida de la radiación solar. ?emperaturas )aas retardan el crecimiento de las plantas. 'a evapotranspiración potencial -uso consuntivo del agua puede variar  grandemente a0n en a6os de iguales temperaturas acumuladas de)ido a las desviaciones de la distri)ución normal estacional. 'a transpiración no está in&luenciada e5clusivamente por la temperatura sino tam)i/n por el área &oliar y las necesidades &isiológicas de la planta, las que están relacionadas a la etapa de la madure1.

3%#edad. 'a evaporación y la transpiración aumentan en días de )aa %umedad y disminuye durante períodos de %umedad alta por la variación de tensiones.

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Evaporación y Evapotranspiración

Condiciones de" "%(ar. Es sa)ido que la evapotranspiración potencial -uso consuntivo varía en las regiones áridas con respecto a las regiones %0medas. !e %a estimado que la evapotranspiración potencial -uso consuntivo es muy alto para cultivos situados en tierras )ao riego adyacentes a los desiertos. Esto se de)e al calor  e5tra que es transportado lateralmente por el movimiento del aire so)re los terrenos )ao riego. 4or otra parte los cultivos )ao riego que crecen en terrenos donde los vientos predominantes provienen de áreas %0medas pantanosas pueden tener un uso consuntivo relativamente )ao. In!"%encia de" viento. 'a evaporación del agua de las super&icies del suelo y de la planta se e&ect0a más rápidamente cuando %ay aire en movimiento que cuando se presentan condiciones )ao aire en calma. Kientos cálidos secos y otras condiciones inusitadas del aire durante el período de crecimiento incrementan la cantidad de agua consumida. !in em)argo %ay un límite en el cual la cantidad de agua que puede perderse en la evapotranspiración, puesto que, tan pronto como se seca la super&icie del suelo, la evaporación se detiene prácticamente y la transpiración es restringida por la capacidad de la vegetación para e5traer y conducir la %umedad del suelo a trav/s de sus teidos.

/atit%d y "%#inosidad.@ 'a latitud tiene in&luencia considera)le en la cantidad del uso consuntivo del agua de diversas plantas. (e)ido al movimiento de la tierra y a la inclinación del ee de la misma, las %oras del día durante el verano son mayores en las latitudes )oreales que en el Ecuador. (ado que el sol es la &uente de toda la energía empleada en el desarrollo de los cultivos y en la evaporación del agua, esta duración mayor del día permite a las plantas el continuar transpirando por un período mayor durante cada día lo que produce un e&ecto similar a la prolongación del período de crecimiento. Ca"idad de" a(%a Este &actor puede tener un e&ecto aprecia)le en el uso consuntivo del agua por la vegetación. El que las plantas transpiren más o menos cuando el agua es muy salina está sueto a discusión, sin em)argo, si es necesaria la aplicación del agua salina adicional a las tierras )ao riego para arrastrar las sales a trav/s del suelo, se tendrá más evaporación en la super&icie del suelo. Karios investigadores %an estudiado la medida en que la temperatura, %umedad, velocidad del viento, presión de vapor y radiación solar in&luyen so)re la evapotranspiración entre los que so)resalen el (r. C. N. ?%ort%aite, Harry $. Llaney y N.(. Criddle.

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Evaporación y Evapotranspiración

'a evapotranspiración potencial -uso consuntivo depende no solo de "a especie y %asta de "a variedad ve(eta" y de" c"i#a, sino de "a !or#a #is#a de rea"i'ar "os rie(os  o dic%o de otra manera, de los niveles mínimos de %umedad que se admitan en el suelo durante el ciclo &isiológico de las plantas.  A medida que el nivel de %umedad mínimo en el suelo es mayor, aumentan los rendimientos de los cultivos, %asta que las respuestas decrecen y a0n llegan a ser negativas por la acción de determinadas plagas y en&ermedades. Ciertos autores de&inen las necesidades de agua de las plantas -incluyendo la evaporación directa del suelo en &unción de los pesos de materia verde y seca del producto principal. El concepto en sí es similar al del uso consuntivo, aunque más )ien se re&iere a la evapotranspiración real que se presentan para di&erentes rendimientos en tanto que el t/rmino de&inido es más constante, por cuanto a que limita la condición de %umedad del suelo a aquellos valores mínimos que no restringen la transpiración normal de la planta.

eter#inación de "a evapotranspiración potencia" >Uso Cons%ntivo?. 'a determinación de la evapotranspiración potencial o el uso consuntivo, se puede e&ectuar por medio de medidas directas -'isímetros, parcelas de prue)a, o indirectamente a trav/s de m/todos empíricos propuestos por  investigadores, como: ?%ornt%aite, Llaney y Criddle, ?urc, 4enman, etc. )edida directa eter#inación por #edio de /is-#etros (escripción: Es un depósito que está enterrado, de paredes verticales, a)ierto en la parte superior y relleno del terreno que se quiere estudiar. !e trata que e5ista la menor discontinuidad posi)le entre el cultivo del lisímetro y el del campo circundante, tratando de que se reprodu1ca lo mas &ielmente el medio estudiado. 4or ello es importante el m/todo de llenar el lisímetro. orteam/rica en el Centro de Cali&ornia, %an conducido a la &ormulación de grá&icas que permiten conocer el coe&iciente de uso consuntivo en &unción del desarrollo de las plantas, ya sea en porcentae del ciclo total, o )ien en tiempo despu/s del nacimiento de las mismas. 4or  esta ra1ón a tales coe&icientes se les denomina * coe!icientes de desarro""o+. Estos coe&icientes de desarrollo no se aplican directamente a valores correspondientes de    -cuyo signi&icado se e5plica más adelante sino a los productos (  × Kt ) , en que /ste 0ltimo t/rmino representa una corrección propuesta por X. ?. 4%elan, despu/s de intentar correlacionar valores de los coe&icientes de desarrollo con los valores de   , o)tenidos de acuerdo con la &órmula propuesta por Llaney y Criddle. 4ara aclarar conceptos se calculará el uso consuntivo del algodón para la Región 'agunera, siguiendo primero el m/todo de Llaney y Criddle, utili1ando el coe&iciente glo)al por ellos propuesto, y en seguida se repetirá el cálculo utili1ando el coe&iciente t/rmico ( Kt )  y la grá&ica de coe&icientes de desarrollo o)tenida por el departamento ya mencionado. $órmula:

* .C. = K+    @@@@@@@

(onde: *.C . = 3so consuntivo K  =  Coe&iciente glo)al, que depende del cultivo -ta)la 7. +

= ∑   

7(D2 t  = p  + 8(#"2#  ÷   @@@@@@@  "88  

(onde:   = $actor temperatura@luminosidad, Kalores mensuales en cm, 0nicamente se calculan para el periodo deseado t  =  ?emperatura media mensual en grados Celsius.  p = 4orcentae de %oras@lu1 del mes, con respecto al total anual -ta)la

7.B.

Eje#p"o

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Evaporación y Evapotranspiración

Cultivo: Algodón

Ciclo vegetativo: "#8 días $ec%a de siem)ra: " Uona: Región de a)ril 'agunera 'atitud: 2G =8[ 'ongitud: "8=G =2[

)E*

0 &e#p. ;C

Enero $e)rero Mar1o  A)ril Mayo Xunio Xulio  Agosto !ept. oviem)re (iciem)re

"=.8 ".# "#.7 22.B 2.7 2D.8 2B.D 2B." 27.2 2".8 "B.2 "2.B

 < p !  G C#s. D." D."2 #.=F #.B= F.= F.2B F.7B F.8F #.=" #.8D D.=# D.=#

"8.B "8.F "=.# ".# "#. "#.F "F.2 "#.2 "B.8 "7.= "". "8.= "D#.8

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4 Ht 8.B78 8.D=" 8.#"2 8.F77 ".8=8 ".8#8 ".8D2 ".8= 8.FF7 8.#F7 8.D77 8.B==

D  F !Ht Hc U. C. C#s. C#s. B.D# D.FD "".2" "7.F2 "F.8B 28.7" 28.# "F."B ".F8 "2.D# #.B B.2 "B=.#

8.27 8.7 8.#8 ".8 8.#D 8.B2 ... ... ...

=.B #.B "B.= 2".B "B.D F.F ... ... ... DB.D

2"=

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Evaporación y Evapotranspiración

'a anterior, es la ta)la general cuyas columnas se e5plicarán con&orme el eemplo se desarrolla.

Pri#er #2todo. En la columna >0m. = aparecen los valores de (   )  para cada mes del a6o. Como el ciclo vegetativo es de a)ril a septiem)re, se suman solamente los valores de (   )  correspondientes -de a)ril a septiem)re: +

= ∑  = "(# + "# ( + "#(F + "F (2 + "# (2 + "B = "8B (B cm

(e la ta)la 7. -coe&icientes glo)ales de uso consuntivo los valores de K   pueden &luctuar de 8.B a 8.B. árida.

El valor seleccionado es: K  = 8.B  por tratarse de una región continental *.C. = K+   *.C. = 8.B × "8B.F = BF.2F cm

∴ *.C. = BF.2F cm El valor o)tenido es para todo el ciclo y nada puede decirse respecto de valores parciales, cuyo conocimiento es necesario para programar las láminas e intervalos de riegos, así como para el proyecto y dise6o de la o)ra de riego.

*e(%ndo #2todo. 3tili1ando las grá&icas del coe&iciente de desarrollo -ane5o " es posi)le estimar los usos consuntivos de periodos mensuales, y no solo del total del ciclo, en la &orma que se e5plica a continuación: !e calculan los valores de Kt  de acuerdo con la e5presión: Kt

= 8.8=""7 t  + 8.2=FB   @@@@@@@

t   en grados Celsius.

En la columna 7 se anotan los valores de Kt  . En seguida, se multiplican los valores de    por los correspondientes de Kt  -!e anotan en columna . 'a grá&ica de coe&icientes de desarrollo del algodón se divide en B intervalos, so)re el ee de la á)sidas, desde la parte media de esas su)divisiones, en el ee de las ordenadas, se o)tiene los valores de Kc  representativos de cada uno. En la columna >0m. B aparecen los valores de Kc  .

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Evaporación y Evapotranspiración

$inalmente se o)tienen los usos consuntivos mensuales multiplicando Kc    por Kt   -columna  por columna B, se anotan en la columna D. El valor  total es de DB.D cm., que dividido entre +  nos da el coe&iciente glo)al K \ 8.D2 . =

En este caso, la aplicación de los coe&icientes Kt  y Kc  , conducen a un valor "8.B ; mayor que el que resulta aplicando simplemente el coe&iciente glo)al. Este resultado, que puede considerarse muy alto, se de)e a que los valores de Kc   se o)tuvieron de e5perimentos en que los niveles de %umedad &ueron muy elevados -más de "2 riegos en el ciclo y en una 1ona de verano sumamente cálido y )aa %umedad relativa. En la Región 'agunera se aplican  riegos al Algodón y a0n aceptando que de)en aumentarse a D, las condiciones de %umedad del suelo resultarían en una evaporación directa proporcionalmente menor que la correspondiente a "2 o más aplicaciones. 4or otra parte, e5perimentos reali1ados en el estado de Colorado 3!A durante varios a6os, indicaron que no %ay di&erencias signi&icativas para tratamientos de # y "2 aplicaciones en el ciclo del algodón de)ido principalmente a la mayor incidencia de plagas y en&ermedades, cuando los niveles de %umedad son mayores que el 8 ; de la %umedad aprovec%a)le. 4or todo lo anterior, el (epartamento de Jngeniería de Riego y (renae, dependiente de la (irección eneral de (istritos de Riego de la e5tinta !ecretaría de Recursos Hidráulicos, %a adoptado el m/todo de Llaney y Criddle con los coe&icientes glo)ales que se anotan en la ta)la 7., para determinar los usos consuntivos de ciclos vegetativos completos. 4ara estimar los usos consuntivos mensuales, se procede a calcular los coe&icientes climáticos Kt  y de desarrollo Kc  para encontrar los valores correspondientes, de acuerdo con el eemplo, austándolos despu/s con un nuevo coe&iciente, de manera que el coe&iciente glo)al concuerde con el seleccionado en la ta)la 7.. n

∑ Kt  c K \ =   ∑   "

n

@@@@@@@

"

+at. ,-uste =

K  -* .C.i  = -*.C. i  K\

K  K \

 n   ÷ (  ∑ =  "   K

Kt Kc ) i 

∑ (  Kt Kc )  

  @@@@@@@

∴ ( *.C.) i  = ( * .C.) i  ( +at . ,-uste ) (onde: Recopilado por: M.C. aspar !alas Morales

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Evaporación y Evapotranspiración

K  =  Coe&iciente glo)al seleccionado K \ =  Coe&iciente glo)al o)tenido

( *.C .) i  =  3so consuntivo mensual no austado -columna D. ( *.C .) i   =  3so consuntivo austado. Continuando con el eemplo: 

F

)E*

 

*.C .

 A)ril Mayo Xunio Xulio  Agosto !eptiem)re

".# "#. "#.F "F.2 "#.2 "B.8 "8B.B

=.B #.B "B.= 2".B "B.D F.F DB.D



J

( *.C .) i  *.C. acumulado 

=.=8 D.#8 "7.D8 "F.B8 "7.F8 F.88 BF.=8

=.=8 ""."8 2.#8 7.78 B8.=8 BF.=8

El valor glo)al de K  , seleccionado de la ta)la 7. es K  = 8.B I el valor K \  resultante al aplicar la ecuación 7.=7 es:

KErrorL No se p%eden crear objetos #odi!icando códi(os de ca#po. 4or lo tanto, el &actor de austo se o)tiene aplicando la ecuación 7.=, como a continuación se indica. KErrorL No se p%eden crear objetos #odi!icando códi(os de ca#po. $inalmente, se o)tiene el uso consuntivo mensual multiplicando el uso consuntivo no austado -columna D por el &actor de auste -8.F8=

( 3. C.) i  = 8.F8= × ( 3. C.) i  Resultados anotados en la columna F. 4ara estimaciones de áreas suscepti)les de riego, sin entrar en detalle de demandas mensuales, o en periodos menores, puede utili1arse el m/todo directo de Llaney @ Criddle, si se conoce o supone un programa de cultivos. 4ara anteproyectos en que a0n no se %a de&inido la proporción en que intervendrán di&erentes cultivos puede estimarse la demanda total tomando como )ase la evapotranspiración potencial calculada con el m/todo del doctor ?%ornaite, entendi/ndose que se re&iere a una me1cla de distintas especies, cuyas partes vegetativas cu)ren permanente y totalmente la super&icie del suelo.

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Evaporación y Evapotranspiración

&ab"a 4.4.@ %ración pro#edio posib"e de" !otoper-odo en e" 6e#is!erio norteB e,presando en %nidades de ogales 4apa 4astos Remolac%a !orgo ?r/)ol ladino

D meses Entre %eladas En invierno = a  meses = meses D meses = meses 7 meses 7 meses ?odo el a6o = a  meses ?odo el a6o B meses 7 a  meses ?odo el a6o

8.B8 a 8.B 8.#8 a 8.# 8.B8 ".88 a ".28 8.D a 8.# 8.8 a 8.B 8.B8 a 8.D8 8.D8 8.D a 8.# 8.D8 8.B a 8.D 8.D 8.B a 8.D 8.D8 8.#8 a 8.#

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 Antología de Hidrología

Evaporación y Evapotranspiración

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 Antología de Hidrología

Evaporación y Evapotranspiración

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 Antología de Hidrología

Evaporación y Evapotranspiración

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