República Bolivariana De Venezuela Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Puerto Ordaz Cátedra Hidrología Escuela 42 – Ingeniería Civil
EVAPORACIÓN Profesora:
Autores:
Enid Josefina Moreno Rincón
Luzbelys Cemborain Nelicet Bello Jairo Figueras Aurora Hernández
Puerto Ordaz, Noviembre 2013
Evaporación
La evaporación es un proceso físico por el cual determinadas moléculas de agua aumentan su nivel de agitación por aumento de temperatura, y si están próximas a la superficie libre, escapan a la atmósfera. Inversamente otras moléculas de agua existentes en la atmósfera, al perder energía y estar próximas a la superficie libre pueden penetrar en la masa de agua.
Se denomina evaporación el saldo de este doble proceso que implica el movimiento de agua hacia la atmósfera.
La evaporación depende de la insolación, del viento, de la temperatura y del grado de humedad de la atmósfera. Por todo esto la evaporación contemplada en un período corto de tiempo es muy variable, no así cuando el ciclo a considerar es un año, en el cual la insolación total es bastante constante. Como magnitud en zonas templadas continentales, la evaporación diaria en verano es del orden de 6 a 8 mm/día y en invierno puede ser casi despreciable.
Factores Que Determinan La Evaporación
Radiación solar: Es el factor determinante de la evaporación ya que es la fuente de energía de dicho proceso.
Temperatura del aire: El aumento de temperatura en el aire facilita la evaporación ya que: en primer lugar crea una convección térmica ascendente, que facilita la aireación de la superficie del líquido; y por otra parte la presión de vapor de saturación es más alta.
Humedad atmosférica: Es un factor determinante en la evaporación ya que para ésta se produzca, es necesario que el aire próximo a la superficie de evaporación no esté saturado (situación que es facilitada con humedad atmosférica baja).
El viento: Después de la radiación es el más importante, ya que renueva el aire próximo a la superficie de evaporación que está saturado. La combinación de humedad atmosférica baja y viento resulta ser la que produce mayor evaporación.
El viento también produce un efecto secundario que es el enfriamiento de la superficie del líquido y la consiguiente disminución de la evaporación.
Tamaño de la masa de agua: El volumen de la masa de agua y su profundidad son factores que afectan a la evaporación por el efecto de calentamiento de la masa.
Volúmenes pequeños con poca profundidad sufren un calentamiento mayor que facilita la evaporación.
Salinidad: Disminuye la evaporación, fenómeno que sólo es apreciable en el mar.
Métodos De Cálculo De La Evaporación
Tanques De Evaporación
Los depósitos o tanques de evaporación utilizados son de formas, dimensiones y características diferentes. La evaporación diaria se calcula evaluando la diferencia entre los volúmenes de agua en el tanque en días sucesivos, teniendo en cuenta las precipitaciones durante el período considerado. El volumen de evaporación entre dos observaciones del nivel del agua en el tanque se estima mediante la fórmula: E=P ± ΔD Donde: P: Es la altura de precipitación entre las dos mediciones. ΔD: La altura Del agua añadida (+) o sustraída (-) Del tanque.
Además del tanque, se emplean los siguientes instrumentos en las estaciones evaporimétricas: un anemógrafo integrado o anemómetro, situado a uno o dos metros por encima del tanque para determinar el movimiento del viento sobre el tanque,
un
pluviómetro
o
pluviógrafo,
termómetros
o
termógrafos
que
proporcionan las temperaturas máxima, mínima y media del agua del tanque, termómetros o termógrafos de máxima y mínima para medir las temperaturas de 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 y evaporímetros está comprendida entre 0.45 y 0.6. Se los puede clasificar en dos categorías, según que estén dispuestos en la superficie del suelo o enterrados en éste.
Los tanques superficiales tienen la ventaja de una instalación muy sencilla. Además, sus resultados no corren el riesgo de ser falseados por el rebote de las gotas de lluvia que caen en el terreno lindante. En cambio, son muy sensibles a las variaciones de la temperatura del aire y a los efectos de la insolación. Si se aíslan térmicamente las paredes exteriores del tanque para reducir el intercambio de calor con el ambiente, se observan tasas de evaporación más bajas. Hay varios tipos: Tanque Clase A Usado por el U.S. Weather Bureau. Depósito cilíndrico de chapa galvanizada con un diámetro de 120 cm y 25,4 cm de altura, instalado sobre un enrejado de madera, a unos 15 cm del suelo. El agua, previamente medida, debe mantenerse en días sucesivos entre dos señales a 20 y 17,5 cm del fondo del recipiente. La medición se realiza apoyando en un tubo de nivelación un tornillo micrométrico que tiene un extremo en forma de gancho cuya punta se enrasa con el nivel del agua.
El coeficiente de reducción aconsejado para pasar de las medidas del estanque a la evaporación real anual es 0,7, variando mensualmente este valor entre 0,6-0,8 (para algunas regiones de EEUU).
Evaporímetro: Tanque clase A
Tanque Enterrado
Hay varios tipos. El más extendido en EEUU es el tipo "Colorado". Tiene forma paralelepipédica con sección recta cuadrada de lado 0,91 m. La altura es de 0,46 m. Para instalarlo se hunde en el terreno, hasta que la boca queda 10 cm sobre él. Se procura que el agua de llenado enrase el terreno.
Los coeficientes de paso a evaporación real, en EEUU varían entre 0,75 y 0,85 con un valor medio anual ligeramente inferior a 0,8. Es decir reproduce algo mejor el fenómeno, pero tiene el inconveniente de recoger rebotes de gotas de lluvia que falsean las medidas.
Tanque Flotante
Este tipo de evaporímetro pretende acercarse más a las condiciones de la superficie evaporante real. El de uso más corriente en EEUU es el de tipo "Colorado". Se sitúa flotando sobre el embalse o río en observación, con los consiguientes problemas de amarraje y estabilidad.
Como coeficiente medio anual de paso a evaporación real, se emplea 0,8 (en EEUU). También en este tipo, puede haber falseo en las medidas debido al salpicado de gotas al interior por el oleaje de la superficie líquida real, especialmente en río y grandes lagos.
Evaporímetros De Balanza
Es un pequeño depósito de 250 cm2 de sección y 35 mm de profundidad, lleno de agua e instalado sobre una balanza de tipo pesa-cartas, en la que se hacen lecturas sucesivas para medir la pérdida de peso. La pequeña dimensión del depósito hace que sus paredes influyan demasiado en la evaporación. Como ventaja principal tiene el hecho de que se puede usar como evaporígrafo, que permite llevar un registro continuo de la variación de la evaporación, si se le adaptan los adecuados elementos registradores.
Porcelanas Porosas
Presentan al aire una esfera (Livingston) o un disco (Bellani) de porcelana porosa, en contacto con un depósito de agua que las alimenta ayudado por la presión atmosférica. Se utilizan fundamentalmente como aparatos de investigación, empleándose frecuentemente en estudios de transpiración.
Superficies De Papel Húmedo
Juegan un papel similar a las porcelanas porosas. El modelo más usado es el evaporímetro de Piché que se basa en la idea de humedecer permanentemente un papel expuesto al aire. El depósito humedecedor es un tubo graduado, que se coloca invertido con la boca libre hacia abajo. Esta se tapa con un papel secante sujeto por medio de una arandela metálica. La evaporación produce el secado del
papel y una succión de agua del depósito. Se medie el descenso de agua en el tubo.
Evaporímetro de Piché
Normalmente, el evaporímetro Piché se coloca en el interior de la garita meteorológica. Algunas correlaciones entre medidas en un evaporímetro Piché y en un estanque flotante, obligan a multiplicar las medidas Piché por 0,8 para igualar las del estanque. Otros autores dan valores entre 0,45 y 0,60 para el mismo coeficiente. Realmente, este tipo de evaporímetro da grandes errores.
1- Medida de la evaporación desde suelos sin vegetación 2- Estanques lisimétricos y lisímetros 3- Parcelas experimentales 4- Ambos tipos se utilizan también para medir evapotranspiración cuando el suelo esté cubierto por vegetación.
Balance Hídrico
Consiste en establecer una igualdad entre las entradas y salidas de agua en una zona concreta. La concepción responde exactamente al proceso real, aunque existe gran posibilidad de error en la medida de los términos que intervienen en el balance, con lo cual, los resultados se pueden alejar bastante de los verdaderos.
En un intervalo de tiempo determinado, la ecuación del balance hídrico de un embalse, lago o superficie de agua libre es: E = A -G -ΔR Siendo: E = evaporación. A = aportaciones o ingresos de agua. G = salidas o gastos de agua (no debidos a evaporación). ΔR = incremento en el almacenaje o reserva de agua (puede ser negativo). Y estando todos los términos expresados en las mismas unidades. Las aportaciones (A) generalmente se deben a la precipitación, por lo que son fáciles de medir con bastante aproximación. Las salidas (G), deben incluir también las que se deban a infiltración, que precisamente, son las más difíciles de medir, debiendo recurrirse a estimaciones indirectas: niveles en pozos de la zona, permeabilidad, coeficiente de infiltración, etc. La posibilidad de aplicación de este método, depende de la precisión con que puedan determinarse cada miembro de la ecuación. No será aplicable cuando la estimación de las pérdidas por infiltración, sea un valor similar o exceda del que resulte para la evaporación.
Balance Energético
La cantidad de agua que puede evaporarse, depende fundamentalmente de la energía disponible para efectuar el cambio de estado. Siguiendo a Meinzer (1942), la evaporación en un determinado intervalo de tiempo será:
Siendo: E = evaporación (en cm). Ri = radiación global incidente sobre una superficie horizontal (en cal/cm 2). Rr = radiación reflejada y devuelta al espacio (en cal/cm2). Ca = calor almacenado en el agua (en cal/cm2). C = pérdidas de calor hacia el terreno circundante o por otras causas (en cal/cm 2). c1 = calor latente de vaporización del agua a la temperatura ordinaria (en cal/cm 2). Su valor es del orden de 585 cal/cm3 para un agua de densidad 1 a 15º de temperatura.
Donde: ts = temperatura del agua (en ºC). T = temperatura del aire (en ºC). es = tensión saturante para la temperatura t (en mm de Hg). ed = tensión de vapor en el aire (en mm de Hg). Pa = presión atmosférica (en mm de Hg). La aplicación del método está muy limitada ya que exige una serie de medidas difíciles de obtener con precisión, como la radiación reflejada (Rr) y las pérdidas de calor hacia el terreno (C).
Fórmula de Penman
Es un método más correcto. Combina la fórmula de Dalton, multiplicada por una función de la velocidad del viento, con el método del balance energético, con lo que consigue eliminar (es). Su fórmula es:
Siendo: E = evaporación diaria (en mm) Δ = pendiente de la curva de tensión saturante para la temperatura del aire (en mm de Hg/ºC) Rn = radiación neta, traducida a mm de agua que puede evaporar en un día Ea = 0,35 (0,5 + 0,54 V2) (ea -ed) (en mm/día) V2 = velocidad del viento a 2 m de altura sobre la superficie evaporante (en m/seg) ea = tensión de vapor saturante a la temperatura del aire (en mm de Hg) ed = tensión de vapor en el aire (en mm de Hg) &gamma = constante psicrométrica (en mm de Hg/ºC = 0,485 mm de Hg/ºC) El valor de Rn se deduce del RN que da la fórmula de Brunt
Ambos están relacionados de la siguiente manera:
Rn = evaporación (en mm/día); RN = radiación neta (en cal/cm2) C1 = el calor de vaporización preciso para evaporar 1 mm de agua por cada cm 2 de superficie.
Fórmulas basadas la Ley de Dalton
Estas fórmulas se basan en la Ley de Dalton, cuya ecuación multiplican por coeficientes, en parte empíricos y en parte dependientes de otros factores meteorológicos. E = evaporación media diaria (en mm) Em = evaporación media mensual (en mm)
es = tensión de vapor saturante para la temperatura superficial del agua (en mm de Hg) ed = tensión de vapor en el aire (en mm de Hg) Vz = velocidad del viento a altura z sobre la superficie evaporante (en m/seg) z = altura (en m) es, ed y Vz son valores medios diarios cuando se calcula E y valores medios mensuales si se calcula Em.
Fórmula de Fitzgerald (1886)
E = (0,4 + 0,449 V0) (es - ed)
Fórmula de Meyer (1915)
Em = C (1+0,06 V2,5) (es - ed) Para superficies evaporantes pequeñas (por ejemplo, estanques de evaporación) puede sustituirse es por la tensión de vapor saturante a la temperatura media del aire en estaciones próximas. En estos casos, Meyer aconsejó el coeficiente C = 15. En lagos grandes y profundos, C = 11.
Fórmula de Lungeon (1928)
Siendo: d = número de días del mes t = media mensual de las temperaturas máximas diarias (en ºC) Pa = presión atmosférica media diaria (en mm de Hg)
Fórmula de Rohwer (1931)
E = 0,497 (1 - 0,0005P) (1+0,6Vo) (es - ed) siendo P = presión atmosférica diaria (en mm de Hg)
Fórmula de los servicios hidrológicos de la antigua Unión Soviética
Em = 0d (es - ed) (1+0,072V2) siendo d = número de días del mes. En las fórmulas anteriores interviene, en general, la tensión saturante (e s), que depende de la temperatura media diaria o mensual de la superficie del agua. Esta temperatura es difícil de medir, e incluso, puede ser imposible hacerlo, en el caso de un proyecto de embalse, en cuya ubicación quiere estimarse la posibilidad de evaporación. Algunas de las fórmulas salvan esta eventualidad sustituyendo (es) por la tensión de vapor saturante a la temperatura del aire, tal y como se hace en la fórmula de Meyer a estanques de evaporación y algunos autores aplican de este modo la fórmula de Rohwer.
Referencias Bibliográficas
http://html.rincondelvago.com/evaporacion-y-evapotranspiracion.html
http://www.miliarium.com/Proyectos/EstudiosHidrogeologicos/Anejos/Metod os_Determinacion_Evaporacion/Metodos_Teoricos.asp
http://www.miliarium.com/Proyectos/EstudiosHidrogeologicos/Anejos/Metod os_Determinacion_Evaporacion/Formulas_Semiempiricas.asp