Evaporação e Evapotranspiração

Apresentação em tema: "Evaporação e Evapotranspiração"— Transcrição da apresentação:

1 Evaporação e Evapotranspiração
Benedito C. Silva

2 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.

3 Fatores que afetam a Evaporação (E)
- umidade do ar tipo de solo temperatura vento Radiação solar

4 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.

5 Definições Evapotranspiração (ET) – Processo simultâneo de transferência de água para a atmosfera através da evaporação (E) e da transpiração (T) ET = E + T

6 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)

7 Fatores que afetam Umidade do ar Temperatura do ar Velocidade do vento
Radiação solar Tipo de solo Vegetação (transpiração)

8 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 10 20 30 P0 (atm) 0,0062 0,0125 0,0238 0,0431

9 Umidade do ar Umidade relativa  medida do conteúdo de vapor de água do ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse saturado Ar com umidade relativa de 100% está saturado de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente isento de vapor 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.

10 Umidade do ar Umidade do Ar
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: onde UR é a umidade relativa; e é a pressão parcial de vapor no ar e es é pressão de saturação.

11 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. muito vento pouco vento

12 Radiação solar

13 Solos Solos arenosos úmidos tem evaporação maior do que solos argilosos úmidos.

14 Vegetação Controla a transpiração Pode agir fechando os estômatos
Busca a umidade de camadas profundas do solo

15 Medição de evaporação Tanque classe A Evaporímetro de Piché

16 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.

17 Tanque Classe A

18

19 Tanque Classe A Fonte : Sabesp

20 Medindo a evaporação Tanque classe A

21 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

22 Evaporímetro de Piché O 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.

23 Evaporímetro de Piché

24 Comentários Piché é pouco confiável

25 Cálculo da evaporação Equações de evaporação Balanço Hídrico

26 Equações empíricas São Equações do tipo:
Onde: K = constante; f(w) = função da velocidade do vento; ea = tensão parcial do vapor de água; es(Ts) = tensão de vapor saturado.

27 Equação de Penman Onde:
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; s é a constante de Stefan-Boltzman, igual a 1, [cal/(cm2.d.dia/oK4)]; p é a proporção entre horas efetivas de brilho solar e o máximo possível

28 Equação de Penman G é radiação incidente de onda curta (cal/cm2.dia); Rt é a Radiação no topo da atmosfera (cal/cm2.dia) ea é a pressão parcial do vapor de água (mmHg); U umidade relativa do ar (%) es é a pressão de vapor saturado (mmHg); T temperatura (oC)

29 Equação de Penman w2 é a velocidade do vento medida a 2 metros de altura (km/dia)

30 Equação de Penman Rt

31 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.

32 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.

33 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.

34 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 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.

35 Exercício 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?

36 Solução 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

37 Estimativa da evapotranspiração
Medição Cálculo

38 Medição de evapotranspiração
Lisímetro Peso Medir chuva Coletar água percolada Coletar água escoada Superfície homogênea

39 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

40 Lisímetro

41 Lisímetro

42 Lisímetro

43 Medições micrometeorológicas

44 Medições micrometeorológicas

45 Cálculo da evapotranspiração
Equações de evapotranspiração Balanço Hídrico

46 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)

47 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

48 Método de Thornthwaite
O método de Thorntwaite é calculado da seguinte forma: 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, I3 – 7, I2 + 0, I + 0,492 (mm/mês) I = índice anual de calor, correspondente a soma de doze índices mensais; t =temperatura média mensal (oC)

49 Método de Thornthwaite

50 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.

51 Coeficiente de Cultivo
Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

52 Exercício 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

53 Eq. de Penman para Evapotranspiração
Termos que mudam: Albedo (a): deve-se adotar valores próprios para o tipo de cultura em análise

54 Eq. de Penman para Evapotranspiração
Termos que mudam: Termo aerodinâmico

55 Equação de Penman-Monteith
Combina energia solar outras variáveis meteorológicas

56 Penman-Monteith O fluxo de água para as camadas superiores da
atmosfera deve vencer a resistência superficial (plantas) e aerodinâmica (camada mais baixa de ar). analogia com circuito elétrico

57 Penman - Monteith

58 Penman - Monteith

59 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