Evaporacion, Evapotranspiracion, Transpiración E Infiltracion

EVAPORACIÓN

NATURALEZA DEL PROCESO.

Es importante conocer la cantidad de agua que se pierde por evaporación en grandes cuerpos de agua.

El agua regresa a la atmósfera a través de las acciones combinadas de evaporación, sublimación y transpiración. Estas acciones son esencialmente modificaciones de un solo proceso. La evaporación es el proceso por el cual las moléculas de agua, en la superficie de un recipiente o en la tierra húmeda, adquieren suficiente energía cinética debido a la radiación solar, y pasan del estado líquido al gaseoso.

Este aumento de energía cinética provoca que algunas moléculas de agua “brinquen” de manera continua a la atmósfera. Al mismo tiempo, algunas de las moléculas que ya se encuentran en la atmósfera se condensan y regresan al cuerpo de agua. Lo que interesa a la hidrología es el flujo neto de partículas a la atmósfera, al cual se denominará en lo sucesivo evaporación.

El intercambio de moléculas descrito se forma en una pequeña zona situada junto a la superficie del agua, como se muestra en la figura. La evaporación será entonces igual a la cantidad de agua que logre salir de la zona de intercambio. Si ew es la presión de vapor existente en la zona de intercambio, ea la presión de vapor del aire que se tiene en un momento dado y es la presión de vapor de saturación, se pueden presentar dos situaciones:

es > ew En este caso se produce evaporación mientras ea sea menor que ew. Cuando la presión de vapor del aire alcanza el valor ew, deja de haber paso de moléculas de la zona de intercambio a la atmósfera y, por lo tanto, cesa la evaporación. Esto sucede antes de que el aire se sature.

es < ew. en este caso la evaporación cesa cuando ea alcanza el valor es a pesar de que aún existe un gradiente de presión de vapor entre la zona de intercambio y la atmósfera. A partir de ese momento comienza a invertirse el proceso y se produce condensación, pues ea > es.

En cualquier caso, la evaporación es proporcional al gradiente de presión de vapor entre la zona de recambio y la atmósfera. Esto se conoce como Ley de Dalton y se expresa en forma:

E = k (ew – ea)

Donde k es una constante de proporcionalidad y E es la evaporación.

Debido a que la presión de vapor es difícil de medir y a que ew tiene un valor cercano a es, la ecuación se expresa en forma aproximada como:

E = k (ew – ea)

FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIÓN.

Se puede decir que la evaporación está relacionada con la diferencia entre la presión de vapor de la masa de agua y la existente en el aire sobre la superficie de la misma, temperaturas del aire y agua, velocidad del viento, presión atmósférica y calidad del agua.

Temperatura.

Es muy importante ya que la presión de vapor depende de la temperatura. La evaporación no depende de la temperatura de la superficie del agua, sino del resultado directo del incremento en la presión del vapor con la temperatura. En la siguiente figura se muestra la relación entre la temperatura del aire y la presión de saturación.

Viento.

Es un elemento efectivo para remover las moléculas que se desprenden del agua debido a la evaporación, dependiendo si las masas de aire son frías (disminución de la evaporación) o calientes (aumento de la evaporación).

El efecto del viento sobre la evaporación es mayor en grandes masas de agua que en pequeñas.

Presión atmosférica.

La evaporación puede disminuir con el incremento de altitud. El número de moléculas de aire por unidad de volumen aumenta con la presión. Consecuentemente, ante presiones altas hay más oportunidad de que las moléculas que escapan de la superficie libre del agua choquen con las del aire y retornen al líquido.

Calidad del agua.

La cantidad de evaporación, menor en agua salada, disminuye conforme se incrementa el peso específico.

CALCULO DE LA EVAPORACIÓN

Fórmulas empíricas.

Se basan en el planteamiento apróximado de la Ley de Dalton. Existe una gran cantidad, por lo que en este apartado se menciona sólo la Fórmula de Meyer, que es la siguiente:

Em = C (es-ea) [1 + Vw/16.09]

donde:

Em = evaporación mensual en cm.

ea = presión de vapor media mensual en pulgadas de mercurio.

es = presión de vapor de saturación media mensual en pulgadas de mercurio.

Vw = velocidad media mensual del viento, medida a 10 m de la superficie, en km/h

C = coeficiente empírico, cuyo valor puede tomarse como de 38 para depósitos pequeños y evaporímetros y de 28 para grandes depósitos.

ea y es se determinan con base en la temperatura y la humedad relativa medias mensuales.

Balance de energía.

Penman, en 1948 desarrolló una teoría basada en el balance de nergía para el cálculo de la evaporación. La ecuación final es la siguiente:

E=(∆*R_n+γE_a)/(∆+γ)

Para facilitar la aplicación de esta ecuación, suele utilizarse un nomograma denominado nomograma de Wilson, para lo cual además, se requieren los siguientes datos:

Temperatura del aire Ta, °C

Relación de nubosidad, n/D.

donde

n= número de horas de sol reales en el mes en cuestión.

D= número de horas de sol posibles, que se tendría si no hubiera nubes todo el día.

El valor de n puede estimarse a partir de información metereológica y d según la altitud y la época del año con ayuda de tablas.

Rc, que puede calcularse en función de la latitud y la época del año con ayuda de tablas.

La humedad relativa h, en %, que se calcula con en función de la presión de vapor y Ta.

La velocidad del viento Vw, en km/h, medida a 2 m de la superficie.

Del nomograma de Wilson se extraen los valores de:

E1 (empleando t y n/D)

E2 (empleando t, n/D, Ra)

E3 (empleando t, h, n/D)

E4 (empleando t, Vw, h)

La evaporación viene dada por: E = E1 + E2 + E3 + E4

Figura: nomograma de Wilson 

Balance de agua.

Es un método indirecto, se basa en la ecuación de continuidad que, para un gran almacenamiento es:

Esta ecuación se puede utilizar con fines estadísticos para estimar la evaporación que podría presentarse en un vaso de almacenamiento dado o en vasos cercanos a él.

MEDICIÓN DE LA EVAPORACIÓN

Evaporímetros.

Básicamente están formados por un recipiente en el que se coloca cierta cantidad de agua y se mide, diariamente o con la frecuencia que se estime conveniente, el cambio en el tirante.

Hay

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