Presentación 10:EvaporaciónHIDROLOGIA

Proceso por el cual agua líquida es convertida al estado gaseoso (vapor de agua).

Requiere que la humedad de la atmósfera sea menor que de la superficie que se está evaporando y presencia de energía.

Agua que regresa a atmósfera en forma de vapor puede provenir de varios lugares como:– Océanos, mares, lagos, embalses, etc.– Sublimación de glaciares y nieves.– Suelo húmedo (saturado o no saturado).– Precipitación atrapada y retenida por superficies vegetales.– Agua acumulada en pequeñas depresiones.

Evaporación

Se produce circulación desde cuerpos de agua hacia atmósfera.

Evaporación

Existencia de una fuente de energía (radiación Solar), calor sensible de la atmosfera o de la superficie evaporante.Para evaporar 1g. de agua es requerida:

540 calorías a 100 °C y

600 calorías a 0 °C. Una gradiente de concentración de vapor, esto es una diferencia

entre la presión de saturación del vapor a la temperatura de la superficie evaporante y la presión del vapor del aire.

Evaporación – Condiciones básicas para ocurrencia del mecanismo:

Cambio de estado del agua, de líquido a gaseoso, por absorción de calor (600 cal/gr. - 0°C).

Evaporación

La evaporación es una variable hidrológica que determina los niveles de una cuenca hidrográfica. • La energía intensifica el movimiento de las moléculas y las partículas comienzan a

escaparse en forma de vapor. Esto supone que la energía cinética supera la fuerza de cohesión aplicada por la tensión superficial. La evaporación, por lo tanto, se concreta con mayor rapidez a elevada temperatura.

• Se conoce como enfriamiento evaporativo al fenómeno que implica que, cuando las moléculas que adquieren mayor energía comienzan a evaporarse, la temperatura del líquido se reduce (ya que quedan las moléculas con menor energía cinética).

• Ley de Dalton: La tasa de agua evaporada es proporcional a diferencia entre, presión de saturación del agua a la temperatura del agua (es); presión de vapor del agua en el aire (ea): así:

E = C(es – ea)• Donde:

– E: evaporación en mm/d (Intensidad de Evaporación) – es y ea: Presiones de vapor en mm de mercurio– C: constante que depende de otros factores, relacionada con la velocidad

del viento (m/s) a 2 m. de altura sobre la superficie.

Ecuación fue deducida por Dalton (1820). Según ella, evaporación continúa hasta que es=ea, cuando es>ea, se produce condensación del vapor de agua.

Formula general de la Evaporación

• Radiación Solar • Temperatura del Aire• Presión de Vapor• Viento• Presión atmosférica.Debido a que la radiación solar es el factor mas importante, la evaporación varia con la latitud, época del año, hora del día y condición de nubosidad.

Factores meteorológicos que afectan la evaporación:

Factores que Afectan Evaporación• Temperatura: tanto del aire como del agua,

influyen en tasa de evaporación de un lugar. – Mientras mayor sea temperatura del aire, más vapor

de agua puede contener, y a mayor temperatura del agua, mayor facilidad para evaporación.

– Generalmente, evaporación es mayor en climas tropicales y es muy baja en regiones polares.

Viento: cuando hay evaporación, se incrementa humedad, hasta que masa de aire circundante se sature.

– Viento ayuda a remover aire saturado, permitiendo que continúe proceso de evaporación.

– Velocidad del viento incrementa evaporación hasta un valor crítico, más allá del cual viento deja de influir.

– Esta velocidad límite del viento es función del tamaño de superficie del agua.

– Para grandes cuerpos de agua, se necesitan velocidades del viento muy altas para crear tasas máximas de evaporación.

Factores que Afectan Evaporación

• Presión atmosférica: si otros factores permanecen constantes, un decrecimiento de presión barométrica incrementa evaporación.

• Sales solubles: cuando un soluto se disuelve en agua, presión de vapor de solución es menor que la del agua pura y por tanto causa reducción de evaporación.– Por ejemplo, para condiciones idénticas, tasa de

evaporación del agua de mar es 2-3% menor que la del agua dulce.

Factores que Afectan Evaporación

Evaporación• Aproximadamente, 75% de precipitación promedio anual

retorna a atmósfera por medio de evapo-transpiración.• Se mide con:

– Evaporímetro– Tanque de evaporación tipo A– Ecuaciones empíricas;– Método de balances energéticos;– Método de transferencia de masa;– Balance hidrológico

Método de Balance Hídrico• Enfoque más simple para estimación de evaporación;• Está basado en ecuación de conservación de masas;• Por ejemplo: para cuerpo de un embalse durante un intervalo de

tiempo ∆t, de siguiente forma:

E = S + (Q1 - Q2) + P – ESD - I• Donde:

– E, evaporación desde embalse.– S, cambio en agua almacenada en embalse en intervalo de tiempo t– Q1, caudal de entrada por río en embalse– Q2, caudal de salida del embalse– P, precipitación directamente sobre embalse– ESD, escorrentía superficial directa alrededor del contorno del embalse– I, infiltración desde o al embalse

Método de Balances Energéticos• Consiste en aplicación de Ley de

Conservación de Energía.• Es usado para estimar evaporación de

mares y océanos.

Uso de este método depende en gran parte de grado de efectividad de instrumentación.

Un error del orden de 2% en medida de radiación de onda larga puede generar errores de hasta 15% en estimación de evaporación.

Método de Balance de Energía El balance de energía al nivel de un lago o reservorio puede ser expresado, Viessman 1977:

Qo = Qs – QR + Qa – Qar + Q v- Qb – Qe – Qh – Qw

• Qo : Variación de la energía almacenada en la masa de agua.

• Qs : Radiación solar de onda corta incidente en la superficie de agua.

• QR : Radiación solar reflejada.

• Qa : Radiación solar de onda larga proveniente de la atmosfera.

• Qar : Radiación solar de onda larga (infrarroja) reflejada por la masa de agua.

• Q v : Energía calorífica de advencion en la masa de agua (afluente y Efluente)

• Qb : Radiación de onda larga emitida por el agua.

• Qe : Energía consumida por la evaporación.

• Qh : Energía transmitida por conducción a la atmosfera como calor saliente.

• Qw : Energía calorífica de adveccion de agua evaporada

Los términos de la ecuación están en cal/cm2 día.

Método de Transferencia de Masa• Basado en determinación de masas de vapor que salen de una superficie

de agua a la atmósfera.• Todas las ecuaciones de este tipo son basadas primordialmente en

relación enunciada por Dalton.

E = C(es – ea)• (es): presión de saturación del de agua a la temperatura del agua

• (ea): presión de vapor del agua en el aire

• Métodos de balance energético y transferencia de masas requieren datos y sobre todo una buena instrumentación, por esto se han desarrollado fórmulas empíricas:

E = K f(u)(es – ea)Donde: f(u): función de velocidad u, del viento; k: constante.

Medición directa de EvaporaciónSe mide, en forma directa, mediante tanque de evaporación Tipo A y evaporímetro piché.

Evaporímetro piché

Tanque evaporación tipo A

Tanque de Evaporación Tipo “A”

• Recipiente cilíndrico, fabricado a base de hierro galvanizado, de 120,7 cm de diámetro (área aproximada 1,41 m2) y 25,4 cm de alto.

Colocado sobre base de madera, a 5-15 cm del suelo, para permitir libre circulación del aire.

Se toma lecturas diarias del nivel del agua por medio de un vernier o tornillo micrométrico.

• Agua de cubeta debe mantenerse a 5-7 cm del borde.

Zona de aireación

Agua Higroscópica Agua capilar Agua gravitacionalEvaporación Desde Suelo

Fuerzas de atracción entre moléculas de agua y suelo es mayor que entre moléculas de agua

Para escapar desde suelo moléculas deben vencer resistencia mayor que desde superficies liquidas

Poder evaporante de atmósferaCaracterísticas de superficie (velocidad)

Disponibilidad de AguaAgua higroscópica (5% suelo) no es utilizable

Existe evaporación hasta que primera capa de suelo se seque

Arcillas 10 cm Arenas 20 cm

Evaporación Desde Suelo: Factores

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