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EVAPORACION Y EVAPOTRANSPIRACION

EVAPORACIONLa evaporacin es una etapa permanente del ciclo hidrolgico. Hay evaporacin en todo momento y desde toda superficie hmeda. Considerada como un fenmeno puramente fsico, la evaporacin es el pasaje del agua al estado de vapor; sin embargo hay otra evaporacin, la provocada por la actividad de las plantas y que recibe el nombre de transpiracin.

De modo general, la evaporacin se puede estudiar por separado, a partir de las superficies libres del agua (lagos, embalses, ros, charcas), a partir de la nieve, a partir del suelo y a partir de las plantas (transpiracin). O bien se puede estudiar la evaporacin total en una cuenca, sin tomar en cuenta las formas particulares que adopta; a esta evaporacin total se llama evapotranspiracin.Nosotros estudiaremos preferentemente la evaporacin en embalses y laevapotranspiracin. La primera, porque el ingeniero tiene inters enevaluar la cantidad de agua almacenada que se va a perder por evaporacin.La segunda, por sus aplicaciones en los proyectos de irrigacin.

El fenmeno de la evaporacin a partir de los espejos de agua es complejo, pero podemos esquematizarlo del modo que sigue. Las molculas de la superficie libre adquieren energa cintica por accin de la energa solar y vencen la retencin de la masa de agua, salen al aire y se acumulan formando una capa encima del agua; para que contine el proceso es necesario remover esta capa de vapor de agua y esto lo hace el viento.El papel de la temperatura es doble: aumenta la energa cintica de las molculas y disminuye la tensin superficial que trata de retenerlas.

FactoresDe todos los factores que intervienen en la evaporacin, los principales son los meteorolgicos: radiacin solar, temperatura del aire, la presin de vapor, el viento y en menor grado la presin atmosfrica. Estos factores son los que provocan la evaporacin. Debido a que la radiacin solar es el factor ms importante, la evaporacin vara con la latitud, poca del ao, hora del da y condiciones de nubosidad.La tasa de evaporacin desde un suelo saturado es aproximadamente igual a la evaporacin desde una superficie de agua cercana, a la misma temperatura.

Al comenzar a secarse el suelo la evaporacin disminuye, y finalmente cesa porque no existe un mecanismo que transporte el agua desde una profundidad apreciable.En cuanto a los efectos de la calidad del agua, puede decirse que la presencia de sales hace disminuir ligeramente la evaporacin. En el agua de mar, por ejemplo, es del orden de 2 % menor que en el agua dulce.Quiere decir que los efectos de la salinidad pueden despreciarse en la estimaci6n de la evaporacin de un embalse.Unidad de medidaLa unidad que generalmente se emplea para evaluar la precipitacin es el milmetro (mm) de altura de lmina de agua evaporada. Esta unidad se emplea con el objeto de homogeneizar las medidas de las magnitudes que intervienen en el ciclo hidrolgico. Las equivalencias en el sistema mtrico decimal no son las mismas que las del mm comounidad de medida de la precipitacin.

Instrumentos para medir evaporacinEvaporacin de superficies de agua libre. Se mide con los evapormetros, tambin conocidos comoatmmetroso atmidmetros. Son de 4 tipos:Tanques de evaporacinTienen como principio comn la medida del agua perdida por evaporacin de un depsito de regulares dimensiones. Los distintos modelos se diferencian entre s en tamao, forma y ubicacin en el terreno. Estn concebidos para medir la evaporacin en embalses o grandes lagos y en general se sitan prximos a ellos. Generalmente con ellos se obtienen medidas superiores a la evaporacin real por lo que precisan de correctores que dependen del modelo.

-Tanque clase A: Usado por el U.S. Weather Bureau. Depsito cilndrico de chapa galvanizada con un dimetro 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 das sucesivos entre dos seales a 20 y 17,5 cm del fondo del recipiente. La medicin se realiza apoyando en un tubo de nivelacin un tornillo micromtrico que tiene un extremo en forma de gancho cuya punta se enrasa con el nivel del agua.El coeficiente de reduccin aconsejado para pasar de las medidas del estanque a la evaporacin real anual es 0,7, variando mensualmente este valor entre 0,6-0,8 (para algunas regiones de EEUU).

Tanque enterrado: Hay varios tipos. El ms extendido en EEUU es el tipo "Colorado". Tiene forma paralelepipdica con seccin 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 l. Se procura que el agua de llenado enrase el terreno.Los coeficientes de paso a evaporacin real, en EEUU varan entre 0,75 y 0,85 con un valor medio anual ligeramente inferior a 0,8. Es decir reproduce algo mejor el fenmeno, pero tiene el inconveniente de recoger rebotes de gotas de lluvia que falsean las medidas.

- Tanque flotante: Este tipo de evapormetro pretende acercarse ms a las condiciones de la superficie evaporante real. El de uso ms corriente en EEUU es el de tipo "Colorado". Se sita flotando sobre el embalse o ro en observacin, con los consiguientes problemas de amarraje y estabilidad.Como coeficiente medio anual de paso a evaporacin real, se emplea 0,8 (en EEUU). Tambin en este tipo, puede haber falseo en las medidas debido al salpicado de gotas al interior por el oleaje de la superficie lquida real, especialmente en ro y grandes lagos.

Evapormetros de balanzaEs un pequeo depsito de 250 cm2de seccin 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 prdida de peso. La pequea dimensin del depsito hace que sus paredes influyan demasiado en la evaporacin. Como ventaja principal tiene el hecho de que se puede usar como evaporgrafo, que permite llevar un registro continuo de la variacin de la evaporacin, si se le adaptan los adecuados elementos registradores.

Porcelanas porosasPresentan al aire una esfera (Livingston) o un disco (Bellani) de porcelana porosa, en contacto con un depsito de agua que las alimenta ayudado por la presin atmosfrica. Se utilizan fundamentalmente como aparatos de investigacin, emplendose frecuentemente en estudios de transpiracin.

Superficies de papel hmedo.Juegan un papel similar a las porcelanas porosas. El modelo ms usado es elevapormetro de Pichque se basa en la idea de humedecer permanentemente un papel expuesto al aire. El depsito 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 metlica. La evaporacin produce el secado del papel y una succin de agua del depsito. Se medie el descenso de agua en el tubo.Medida de la evaporacin desde suelos sin vegetacinEstanques lisimtricos y lismetrosParcelas experimentales

Ambos tipos se utilizan tambin para medir evapotranspiracin cuando el suelo est cubierto por vegetacin.Mtodos para estimar la evaporacin La evaporacin en lagos y embalses no puede ser medida directamente como la precipitacin y el caudal. Es necesario determinarla por uno o ms de los diferentes mtodos descriptos como son los siguientes: Mtodo del Nomograma de PenmanMtodos del balance hdrico.Mtodo del balance energticoMtodo aerodinmico Tanques de evaporacin.Mtodo del balance hdricoEstos mtodos estn basados en el principio de conservacin de la masa aplicado a una parte del ciclo hidrolgico. La evaporacin en un cuerpo de agua natural o artificial queda determinada por la diferencia entre las variables de entrada, precipitacin P y caudal de entrada I, y las variables de salida: almacenamiento en las orillas Vs, caudal de salida O y la variacin en el volumen de almacenamiento DS.E = P + I -Vs -O DS (3.2)Este mtodo no es el ms recomendado, debido a que los errores en las mediciones de las variables de entrada, salida y almacenamiento son a menudo grandes comparados con la evaporacin calculadaMtodos basados en el balance de energaPara desarrollar las ecuaciones de continuidad y energa aplicables a la evaporacin, seconsidera la evaporacin desde un tanque de evaporacin como el que se muestra en la Fig. 1.Es un tanque circular que contiene agua, en el cual la tasa de evaporacin se calcula midiendo la tasa de disminucin del nivel de la superficie del agua. Se considera una superficie de control alrededor del tanque que incluya el agua en ste y el aire por encima.

Mtodo aerodinmicoAdems del suministro de energa calrica, el segundo factor que controla la tasa de evaporacin desde una superficie abierta de agua es la habilidad para transportar el vapor lejos de la superficie. La tasa de transporte se determina por el gradiente de humedad en el aire cercano a la superficie y la velocidad del viento a travs de dicha superficie, y estos dos procesos pueden analizarse utilizando simultneamente las ecuaciones de transporte de masa y de cantidad de movimiento en el aire. En el volumen de control que se muestra en la Fig. 2, se puede considerar un plano horizontal de rea unitaria localizado a una altura z por encima dela superficie.

Mtodo del nomograma de penmanPenman en 1948 propuso dos formas para calcular la evaporacin diaria, Eo, en mm. a partir de una superficie libre de agua. La primera de ellas mediante el uso de un nomograma y la segunda mediante un balance energtico.

En el nomograma se encuentra Eo como la suma de tres trminos:

E0 = E1 + E2 + E3

Para el uso del nomograma (fig. 1) se requiere la siguiente informacin:t temperatura media del aire en C.h humedad relativa mediau2 velocidad media del viento a 2 m. de altura, en m/seg.

n/Dduracin relativa de insolacin.nduracin de insolacin efectiva (medida por un heligrafo)Nduracin del da astronmico (desde la salida hasta la puesta del Sol).

n/D = 0 cielo completamente cubierton/D = 1 cielo completamente despejado

RA:valor de Angot. Es la cantidad de radiacin solar, en caloras por da en un plano horizontal de 1 cm2, entrante en los lmites exteriores de la atmsfera. Es una funcin de la posicin geogrfica y la poca del ao (tabla 1).

LATITUDSUREFMAMJJASOND088591592590085082083087090591089087510965960915840755710730795875935955960201020975885765650590615705820930100010253010509658306655254604805957509001020106540105592574054539031534546565084099510805010358656404152501802053255257609751075TABLA 1Valores de RA en cal/cm2 da

EvapotranspiracinDel agua que una planta absorbe del suelo slo una parte muy pequea se queda para formar los tejidos de la planta; el resto regresa a la atmsfera en forma de vapor, configurando la transpiracin. Este fenmeno de la transpiracin constituye una fase muy importante del ciclo hidrolgico, porque es el mecanismo principal por medio del cual el agua precipitada a tierra regresa a la atmsfera.Al estudiar el balance hdrico de una cuenca, el inters recae en la determinacin de las prdidas totales de agua, es decir por evaporacin y por transpiracin. Adems, desde el punto de vista prctico es muy difcil evaluar por separado cada prdida. Las prdidas totales de agua constituyen la evapotranspiracin.El trmino "evapotranspiracin potencial" fue introducido por Thornthwaite y se define como la prdida total de agua que ocurrirla si en ningn momento existiera deficiencia de agua en el suelo para el uso de la vegetacin.Se define "uso consuntivo" la suma de la evapotranspiracin y el agua utilizadadirectamente para construir los tejidos de las plantas.La distincin entre los trminos evapotranspiracin potencial y uso consuntivo es ms que todo acadmica, porque las diferencias numricas caen siempre dentro de los errores de medicin y por comn se tratan como trminos sinnimos.En los proyectos de irrigacin interesa hacer un clculo previo de las necesidades de agua de los cultivos. Estas necesidades de agua, que van a ser satisfechas mediante el riego, vienen a constituir la evapotranspiracin o el uso consuntivo. Para el clculo de estas cantidades de agua se han desarrollado mtodos basados en datos meteorolgicos.Mtodos para el calculo de evapotranspiracinMtodo de ThornthwaiteMtodo de Blaney-CriddleMtodo de Christiansen Hargreavers