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Evaporação e Evapotranspiração Benedito C. Silva.

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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 10 o C, P 0 é duplicada. Temp. o C P 0 (atm)0,00620,01250,02380,0431

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 onde UR é a umidade relativa; w é a massa de vapor pela massa de ar e w s é a massa de vapor por massa de ar no ponto de saturação. Ar com umidade relativa de 100% está saturado de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente isento de vapor

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

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. pouco vento muito 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 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; e a = tensão parcial do vapor de água; e s (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/(cm 2.mm); a é o albedo; T é temperatura em o K;  é a constante de Stefan-Boltzman, igual a 1, [cal/(cm 2.d.dia/ o K 4 )]; 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/cm 2.dia); Rt é a Radiação no topo da atmosfera (cal/cm 2.dia) e a é a pressão parcial do vapor de água (mmHg); U umidade relativa do ar (%) e s é a pressão de vapor saturado (mmHg); T temperatura ( o C)

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 22 o S, no mês de fevereiro. Os dados disponíveis são a temperatura média de 23 o C, 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.  E lago = E tanque. 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 km 2, 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 m 3.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  Um rio cuja vazão média é de 34 m 3 /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

36 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

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

42

43 Medições micrometeorológicas

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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 •F c = Fator de correção em função da latitude e mês do ano; •a = 6, I 3 – 7, I 2 + 0, I + 0,492 (mm/mês) •I = índice anual de calor, correspondente a soma de doze índices mensais; •t =temperatura média mensal ( o C)

49 Método de Thornthwaite

50 Para corrigir os valores da evapotranspiração para cada tipo de cultura é só multiplicar a ETP pelo coeficiente de cultura K c : ETP cultura = K c. ETP Onde: ETR cultura = Evapotranspiração real da cultura (mm/mês); ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês). K c = coeficiente de cultura. Método de Thornthwaite

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

52 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 25,0 o C, sabendo que a bacia é coberta por pasto. MêsJanFevMarAbrMAiJunJulAgoSetOutNovDez T (°C) 26,926,126,225,625,524,925,025,726,727,327,527,1

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  Combina  energia solar  outras variáveis meteorológicas Equação de Penman-Monteith

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

57 Penman - Monteith

58

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


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