SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN SUPERIORDIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA INGENIERIA CIVIL HIDROLOGÍA SUPERFICIAL REPORTE DE INVESTIGACIÓN. UNIDAD IV EVAPORACIÓN Y USO CONSUNTIVO PRESENTA: SOSA MARTINEZ JAVIER CATEDRATICO: ING. SALAS MORALES GASPAR HORA: 10:00 – 11:00 AM. OAXACA DE JUÁREZ, OAXACA. y si están próximas a la superficie libre. Se denomina evaporación el saldo de este doble proceso que implica el movimiento de agua hacia la atmósfera.1. en el cual la insolación total es bastante constante. escapan a la atmósfera. . del viento. Introducción. Inversamente otras moléculas de agua existentes en la atmósfera. la evaporación diaria en verano es del orden de 6 a 8 mm/día y en invierno puede ser casi despreciable. de la temperatura y del grado de humedad de la atmósfera. lagos) o en sistemas de conducción. Evaporación y evapotranspiración EVAPORACIÓN La evaporación es un proceso físico por el cual determinadas moléculas de agua aumentan su nivel de agitación por aumento de temperatura. Como magnitud en zonas templadas continentales. Evaporación y uso consuntivo. Por todo esto la evaporación contemplada en un período corto de tiempo es muy variable. Desde el punto de vista de la ingeniería hidrológica es importante conocer: La cantidad de agua que se pierde en grandes depósitos (presas. al perder energía y estar próximas a la superficie libre pueden penetrar en la masa de agua.4. La cantidad de agua con que es necesario dotar a los distritos de riego. La evaporación depende de la insolación. para determinar las fuentes y dimensiones de los sistemas de abastecimiento 4. no así cuando el ciclo a considerar es un año. y por otra parte la presión de vapor de saturación es más alta. Después de la radiación es el más importante. Volúmenes pequeños con poca profundidad sufren un calentamiento mayor que facilita la evaporación. Disminuye la evaporación. b) Temperatura del aire. Es un factor determinante en la evaporación ya que para ésta se produzca. utilizándose diversos métodos entre los que destacan: a) La cubrición. d) El viento. ya que renueva el aire próximo a la superficie de evaporación que está saturado. es necesario que el aire próximo a la superficie de evaporación no esté saturado (situación que es facilitada con humedad atmosférica baja). b) Disminuir la evaporación protegiendo el embalse del viento por medio de pantallas. Por ello se ha tratado de evitar o disminuir esta evaporación. El viento también produce un efecto secundario que es el enfriamiento de la superficie del líquido y la consiguiente disminución de la evaporación. PROTECCIÓN CONTRA LA EVAPORACIÓN En climas secos y calurosos la evaporación en los embalses es muy importante y ello conlleva importantes pérdidas de agua almacenada. Es el factor determinante de la evaporación ya que es la fuente de energía de dicho proceso. . La combinación de humedad atmosférica baja y viento resulta ser la que produce mayor evaporación. c) Humedad atmosférica. que facilita la aireación de la superficie del liquido. El aumento de temperatura en el aire facilita la evaporación ya que: en primer lugar crea una convección térmica ascendente. f) Salinidad. Sólo es posible en pequeñas superficies. e) Tamaño de la masa de agua.2 FACTORES QUE DETERMINAN LA EVAPORACIÓN a) Radiación solar. c) Cubrir la superficie del agua con sólidos o líquidos flotantes que eviten la evaporación. 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. fenómeno que sólo es apreciable en el mar.4. maduro). los excesos de circulación de agua con Q1 << Qp. Existe una diferencia entre la cantidad de agua que la planta puede absorber del suelo Qp y la cantidad de agua Ql que la planta transpira.Tipo de suelo y humedad del suelo. Si Q1 > Qp. etc.Tipo de planta. Por último.Entre los primeros se han utilizado placas de aislante blanco que aumentan la reflexión de la radiación solar y entre los segundos productos químicos que deben de ser estables y no miscibles con el agua ni tóxicos. la planta tiene suficiente circulación de agua y se desarrolla satisfactoriamente. Si Q1 Qp. además de utilizarla como elemento de transporte de alimentos y de eliminación de residuos. . así como de las características de la propia planta. humedad de la atmósfera. que sí que funcionan como auténticos embalses cubiertos.Ciclo de crecimiento de la planta (inicial. EVAPOTRANSPIRACIÓN Se denomina evapotranspiración a la evaporación en superficies cubiertas de vegetales junto con la transpiración de estos vegetales. la planta se marchita o tiene que variar sus condiciones de desarrollo. las medidas deben tender a una mejor gestión del agua. El agua penetra por la raíz. medio. . así como del tipo y situación de la planta. vegetativo. Por todo ello. de las condiciones de humedad. . La evaporación del agua por las plantas se debe a la necesidad de agua que tienen las plantas para incorporarla a su estructura celular. circula por la planta y gran parte de ella se evapora por las hojas. La transpiración depende de los siguientes factores: . humedad y viento. La circulación del agua en la planta no es un circuito cerrado. Estos métodos presentan el problema de que al evitarse la evaporación se produce un calentamiento de la masa de agua con problemas de contaminación.Insolación. sino que por el contrario es una circulación abierta. Qp depende del tipo de suelo. pueden producir fenómenos contrarios al desarrollo. almacenándola en embalses altos (poca evaporación) y aumentando el uso de recursos subterráneos. mientras que Ql depende de las condiciones de insolación. . viento. de altura (alfalfa) y siempre con suficiente agua”. teniendo el suelo un cultivo herbáceo uniforme de 30-50 cm.8 + 0.14·T)] Donde p es la precipitación anual en mm. y T es la temperatura media anual.·p2 = p .46·T + 8. MÉTODO DE CONTAGNE Etp (mm/día) = p .EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL Con objeto de valorar la capacidad máxima de evaporación y transpiración de un suelo. se define el concepto de evapotranspiración potencial como: “la cantidad de agua transpirada por unidad de tiempo. En esas condiciones se produce el máximo de transpiración y coincide con las óptimas condiciones de crecimiento de las plantas. EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL . y Etp es la evaporación diaria en mm. CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL MÉTODO DE BLANEY-CRIDDLE Es una fórmula utilizable para zonas áridas: Etp = p·(0.[p2 / (0.13) Donde p = 100·(nº horas luz al día / nº horas luz al año). T es la temperatura en ºC . con unas determinadas condiciones atmosféricas y de radiación. Por todo ello: Evapotranspiración real = K · evapotranspiración potencial El coeficiente K es variable y oscila entre 0.La evapotranspiración real es inferior a la evapotranspiración potencial para los siguientes factores: .variación de la evapotranspiración según el desarrollo de la planta. El método de la sonda de neutrones se basa en la absorción de neutrones por el agua. . . en la que se realiza un cultivo en condiciones reales pero con dispositivos de medida del agua suministrada.variaciones de las condiciones atmosféricas como la humedad. Sonda de neutrones. percolada y sobrante. La medida real de la evapotranspiración se puede realizar a través de tres procedimientos: 1.falta de agua en algunos períodos. etc. Por diferencia de estas medidas se obtiene el agua evapotranspirada.10 y 0. la temperatura. lo que permite evaluar el contenido de . Lisímetros. aproximándose a 1 cuando la planta está en su máximo desarrollo de foliación y fruto.90. 2. Una estación lisimétrica es una zona de terreno natural de superficie del orden de 4 m2. El balance hídrico consiste en seleccionar una cuenca natural pequeña y medir en ella la precipitación.Perc. Son medidas no destructivas y que además no alteran las condiciones hidráulicas ni de cultivo del suelo. Balance hídrico.humedad.Q . por diferencia se calcula la evapotranspiración: Etpr = P . 3. Este método es bastante impreciso ya que la percolación es muy difícil de medir. . escorrentía y percolación. que tratan de reflejar en la medida de lo posible las características de inercia térmica. La evaporación se mide como volumen de déficit en el tanque. Medición de la evaporación.de superficie.. viento. es más fácil que se introduzcan en ellos cuerpos extraños. todos ellos con una superficie del orden de 1 a 2 112. . humedad. .2. Existen varios tipos. La medida de la evaporación de una superficie de agua se realiza por medio de unos equipos constituidos a base de unos tanques o bandejas de evaporación. de la zona que se quiere medir. etc. por lo que deben disponer de una medida precisa para el nivel del agua dentro del tanque. tienen el problema de recibir mayor radiación térmica por las paredes así como de tener menos inercia térmica y de perturbar el régimen de viento en su entorno.4. y que se sitúan llenos de agua en la zona a medir. no tienen los problemas anteriores pero por otra parte.enterrados. . Todos ellos deben disponer de un pluviómetro ya que la evaporación neta debe excluir el aporte de agua por precipitación. 7 y 0. Están concebidos para medir la evaporación en embalses o grandes lagos y en general se sitúan próximos a ellos. tal que k = (evaporación real / evaporación en el tanque). Depósito cilíndrico de chapa galvanizada con un diámetro de 120 cm y 25. forma y ubicación en el terreno. variando mensualmente este valor entre 0.9 y es cuasi constante para cada tipo de tanque. Son de 4 tipos: Tanques de evaporación Tienen como principio común la medida del agua perdida por evaporación de un depósito de regulares dimensiones..8 (para algunas regiones de EEUU). Se mide con los evaporímetros. .5 cm del fondo del recipiente. a unos 15 cm del suelo. Los distintos modelos se diferencian entre sí en tamaño. Tanque de evaporación debe mantenerse en días sucesivos entre dos señales a 20 y 17.7. Weather Bureau. Las medidas en tanque son mayores que las reales definiéndose un coeficiente del tanque “k”. también conocidos como atmómetros o atmidómetros. previamente medida.4 cm de altura. El agua.flotantes. INSTRUMENTOS Evaporación de superficies de agua libre. Todos los tipos deben ser protegidos de los animales y aves por medio de mallas ya que acuden a ellos a beber. El coeficiente de reducción aconsejado para pasar de las medidas del estanque a la evaporación real anual es 0. instalado sobre un enrejado de madera. se han intentado utilizar en los embalses pero presentan graves dificultades de medida así como problemas con el oleaje.6-0. k oscila entre 0.S. 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. Tanque clase A: Usado por el U. Generalmente con ellos se obtienen medidas superiores a la evaporación real por lo que precisan de correctores que dependen del modelo. hasta que la boca queda 10 cm sobre él. si se le adaptan los adecuados elementos registradores. Como ventaja principal tiene el hecho de que se puede usar como evaporígrafo. Porcelanas porosas Presentan al aire una esfera (Livingston) o un disco (Bellani) de porcelana porosa.8 (en EEUU). Para instalarlo se hunde en el terreno. en contacto con un depósito de agua que las alimenta ayudado por la presión atmosférica. pero tiene el inconveniente de recoger rebotes de gotas de lluvia que falsean las medidas. con los consiguientes problemas de amarraje y estabilidad. Los coeficientes de paso a evaporación real.Tanque flotante: Este tipo de evaporímetro pretende acercarse más a las condiciones de la superficie evaporante real.Tanque CLASE A Tanque enterrado: Hay varios tipos. Se utilizan fundamentalmente como aparatos de investigación. puede haber falseo en las medidas debido al salpicado de gotas al interior por el oleaje de la superficie líquida real. El más extendido en EEUU es el tipo "Colorado". en la que se hacen lecturas sucesivas para medir la pérdida de peso. 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. Tiene forma paralelepipédica con sección recta cuadrada de lado 0. Se sitúa flotando sobre el embalse o río en observación. que permite llevar un registro continuo de la variación de la evaporación. se emplea 0. El de uso más corriente en EEUU es el de tipo "Colorado".75 y 0.46 m. Se procura que el agua de llenado enrase el terreno.8. empleándose frecuentemente en estudios de transpiración. en EEUU varían entre 0. También en este tipo. La altura es de 0.91 m. La pequeña dimensión del depósito hace que sus paredes influyan demasiado en la evaporación. especialmente en río y grandes lagos.85 con un valor medio anual ligeramente inferior a 0. Como coeficiente medio anual de paso a evaporación real. . . Es decir reproduce algo mejor el fenómeno. el evaporímetro Piché se coloca en el interior de la garita meteorológica.501·106 . de la densidad del agua.8 para igualar las del estanque. en función de la radiación neta que entra.60 para el mismo coeficiente. Esta se tapa con un papel secante sujeto por medio de una arandela metálica. Se medie el descenso de agua en el tubo. este tipo de evaporímetro da grandes errores. Otros autores dan valores entre 0. El depósito humedecedor es un tubo graduado. que se coloca invertido con la boca libre hacia abajo. obligan a multiplicar las medidas Piché por 0. CÁLCULO DE LA EVAPORACIÓN MÉTODO DE BALANCE ENERGÉTICO Determina la evaporación por unidad de superficie y segundo. Superficies de papel húmedo Juegan un papel similar a las porcelanas porosas. El modelo más usado es el evaporímetro de Pichéque se basa en la idea de humedecer permanentemente un papel expuesto al aire. y del calor latente de evaporación (calor necesario para que una sustancia cambie de estado): E = Rn / (Lv·fw) mm/día Donde Lv = (2. Realmente. . La evaporación produce el secado del papel y una succión de agua del depósito.2370·TªH20ºC) J/Kg.45 y 0. Normalmente. Medida de la evaporación desde suelos sin vegetación Estanques lisimétricos y lisímetros Parcelas experimentales Ambos tipos se utilizan también para medir evapotranspiración cuando el suelo esté cubierto por vegetación. Algunas correlaciones entre medidas en un evaporímetro Piché y en un estanque flotante. E = 200 / (2441·103·997) = 8. (z ?). Lv = (2.501·106 . MÉTODO DE MEYER Esta fórmula ha sido muy utilizada y considera la acción del viento: E (mm/día) = c·(Pa .64 m.2370·25) = 2441 KJ/Kg.P)·(1 + v/16) Donde c es un coeficiente (0.. La evaporación se mide en mm/día: E = B·(Pa .102·v) / [Ln(z/z0)]2 Donde B es el coeficiente de transporte de vapor. MÉTODO AERODINÁMICO COMPLETO Esta forma de cálculo tiene en cuenta el viento pero no la altura. P es la presión de vapor del aire en mm de Hg. y v es la velocidad del viento en Km/hora a una altura de 7.50 para charcas o pantanos). P es la presión de vapor del aire en mm de Hg.).36 para grandes masas y 0..22·10-8 m/s = 7. siendo la radiación neta de 200 W/m2 y la temperatura de 25 ºC (la densidad del agua es 997 kg/m3). Paes la presión del agua de vapor en mm de Hg. Pa es la presión del agua de vapor en mm de Hg.10 mm/día. pantanos. donde prácticamente sólo se posee el dato de la radiación solar. Utilizando este método. calcular la tasa de evaporación del agua desde una superficie abierta. z0 es la altura de rugosidad en superficies naturales (equivale a una resistencia). * Este método se emplea en zonas muy extensas (marismas.P) = (0. de la superficie del agua.Ejemplo. . v es la velocidad del viento en Km/hora a una altura z. pero a veces los resultados son excesivos debido a que intervienen muchas variables. . MÉTODO COMBINADO (aerodinámico y de balance de energía) Es el método más preciso para el cálculo de la evaporación: E = / ( + )·EE + / ( + )·EA Donde (Pa/ºC) y (Pa/ºC) son constantes. EE es la evaporación obtenida por el método de balance de energía.* Este método es bueno. y EA es la evaporación obtenida por el método aerodinámico.