Taller N5: Evaporacin y Evapotraspiracin.

NOMBRES:Daniela Alexandra Ardila Viasus201111455Karen Xiomara Gonzlez Pinillla201111511

1.Consultar y definir: radiacin de onda corta, radiacin de onda larga, radiacin neta sobre la superficie de la tierra, radiacin reflejada, dispersin, albedo, emisividad, espectro electromagntico, longitud de onda, calor sensible, calor especfico a presin constante, calor especfico a volumen constante, calor latente de fusin, calor latente de vaporizacin, condensacin, circulacin de Hadley, fuerza de Coriolis, patrn real de circulacin atmosfrica, tasa de lapso adiabtico seco, tasa de lapso adiabtico saturado, evaporacin potencial, evaporacin real, evapotranspiracin potencial y evapotranspiracin real.Radiacin de onda corta: Es aquella radiacin que se encuentra contenida dentro del intervalo espectral comprendido entre 290 y 3000 nm, dentro de la radiacin emitida por el sol que incide en el lmite de la atmsfera terrestre, est ocupa el 97% de la radiacin total.No toda la radiacin de onda corta entra a la tierra, solo una parte logra llegar a la superficie terrestre, la parte restante puede ser reflejada, puede dispersarse o pude ser absorbida por las molculas que se encuentran en la atmsfera como molculas gaseosas tales como partculas de aerosoles, gotas, y cristales de nubes.Radiacin de onda larga: Es la radiacin emitida por la superficie terrestre y por los gases, aerosoles y nubes en la atmsfera, esta radiacin tambin es absorbida por la tierra de manera momentnea en la atmsfera, cuando la temperatura es de 300 K se puede decir que la radiacin tiene una longitud de onda superior a 3000 nm correspondiente a un 99.99% de la energa emitida por la tierra.Radiacin neta sobre la superficie de la tierra: Se refiere a la suma entre la radiacin solar que es reflejada (albedo) y la radiacin de onda larga emitida sobre la tierra al espacio exterior.

Ilustracin 1: Radiacin neta sobre la superficie de la tierra Balance de radiacin neta[footnoteRef:1]. [1: http://fjferrer.webs.ull.es/Apuntes3/Leccion02/5_balance_de_radiacin_neta.html]

Radiacin reflejada: Se refiere a aquella radiacin que es reflejada por la superficie terrestre, la cantidad de reflexin depende del coeficiente de reflexin de la superficie, al que se llama comnmente albedo. Las superficies horizontales no reciben radiacin que ha sido reflejada, debido a que no se encuentran en un ngulo en que puedan ver ms superficie terrestre, sin embargo superficies con cierto ngulo de inclinacin en especial las superficies verticales, suelen recibir radiacin reflejada.Dispersin: Se refiere a la descomposicin de la luz en colores, esto depende de los ngulos que toman las diferentes longitudes de onda, mostrando diferentes colores, entre mayor longitud de onda, mayor ser el ngulo de dispersin.Cuando la luz solar entra en contacto con la atmsfera, esta se dispersa debido a las pequeas partculas que se forman dentro de sta; la humedad favorece la dispersin de ciertos colores, frente a otros.Como la luz es un tipo de radiacin, al chocar con las partculas de la atmsfera hace que parte de la energa sea transferida a estas partculas, las cuales vibran y difunden la luz en muchas direcciones, haciendo que la luz llene todo el cielo, este efecto se conoce como el efecto Rayleigh. Las ondas cortas son aquellas que se difunden ms, es decir las ondas violetas y azules por esto se ve de color azul el cielo y vemos el sol amarillo por efecto de la resta del color azul al espectro de luz.

Cuando la luz choca con partculas de gran tamao o grandes molculas, parte de la luz es absorbida y parte es reflejada, proporcionando un color al objeto que depende directamente de la composicin de la partcula, este efecto se conoce como efecto Mie. Albedo: Se refiere a la reflectividad de la superficie terrestre, es decir, es la energa reflejada por la tierra hacia el espacio. De manera ms general, es la relacin entre la luz reflejada desde una partcula, un planeta o un satlite con luz incidente, y el valor del albedo ser siempre menor o igual a uno.Emisividad: Se refiere a la capacidad de un objeto para emitir energa infrarroja, y a ms temperatura mayor ser la energa que emita. La emisividad puede ser de cero cuando es un reflector perfecto (espejo brillante), y su valor ir hasta 1 cuando es un emisor perfecto (radiador de Planck). La emisividad se mide dependiendo del material del objeto.Los factores de emisividad cambian en relacin a la temperatura, el mismo objeto puede tener una emisividad diferente si su temperatura sube o baja, por lo que en la Ilustracin 2 se observan diferentes factores de emisividad a diferentes temperaturas, como una gua aproximada para la cual pueden comenzar a medirse las emisividades de los diferentes materiales.

Ilustracin 2: Tablas de emisividad segn diferentes materiales y temperaturas.[footnoteRef:2] [2: http://www.academiatesto.com.ar/cms/?q=tablas-de-emisividad]

Espectro electromagntico: Se refiere a la reunin de la energa de todas las ondas electromagnticas con diferentes longitudes de onda, en donde las ondas electromagnticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energa alta mientras que las ondas electromagnticas de baja frecuencia tienen longitud de onda larga y baja energa.

La regin de la luz visible que percibimos los humanos, es muy pequea en comparacin de todo el espectro, debido a que la retina del ojo es muy sensible a las radiaciones de estas frecuencias, la radiacin que nosotros percibimos es llamada el visible y se subdivide en un rango de colores bsicos, los cuales vemos en el arcoris que se forma cuando la luz de los rayos del sol se dispersa a travs de las gotas de lluvia.

Ilustracin 3: Espectro electromagntico y las diferentes propiedades de objetos con respecto de este.[footnoteRef:3] [3: http://www.yalosabes.com/infografia-del-espectro-electromagnetico.html]

Longitud de onda: cuando se forma una onda, la longitud de onda ser la distancia entre dos crestas o valles consecutivos, y bsicamente, como su nombre lo indica, es la que nos dice que tan larga es la onda. Esta define cual es la distancia real que recorre una onda, lo que no siempre coincide con la distancia del medio o de las partculas en las cuales se propaga la onda.

Ilustracin 4: Longitud de una onda.[footnoteRef:4] [4: http://senacableestru.blogspot.com/2008/11/longitud-de-ondas.html]

Calor Sensible: Es aquel calor que recibe un cuerpo o un objeto, provocando un aumento en su temperatura, pero sin afectar su estructura molecular, por lo que al aplicar calor mientras la sustancia a la que se someta al cambio de temperatura no altere su estado, se hablara de calor sensible.Al calentar un gas, puede ocurrir que vare el volumen sin un cambio de presin o que vare la presin sin un cambio de volumen, y en cada caso el calor absorbido ser diferente:Calor especfico a presin constante (Cp): Se refiere a la cantidad de calor que absorbe un gramo de masa de un gas al ser calentado a presin constante, de tal manera que aumente en un grado la temperatura de ste.Calor especfico de un gas a volumen constante (Cv): Es el calor que absorbe un gramo de masa para que se aumente la temperatura en de sta en un grado manteniendo su volumen constante.En la Ilustracin 5 se puede observar diferentes calores necesarios para calentar en 1 C a los tres gases que componen principalmente el aire, cuando su volumen es constante y cuando su presin es constante.

Ilustracin 5: Calores especficos a presin (Cp) y volumen (Cv) constantes para los principales componentes del aire.[footnoteRef:5] [5: http://www.monografias.com/trabajos82/la-calorimetria/la-calorimetria2.shtml]

Calor latente de fusin: Es el calor necesario para que una sustancia cambie de estado de slido a lquido, es decir, la energa en forma de calor que debe absorber cierta sustancia para que pase de ser slido a lquido.Por ejemplo, cuando se aplica calor al hielo, y este llega a 0C este comienza a cambiar a estado lquido, por lo que 0C es el calor latente de fusin del agua, sin embargo, si se sigue aplicando calor, este seguir en estado lquido hasta que llegue al calor necesario para pasar a gaseoso.

Calor latente de vaporizacin: Se refiere al calor necesario para que una sustancia en forma lquida pase a forma gaseosa, la temperatura permanecer constante hasta que este se convierta en su totalidad en forma gaseosa.

Ilustracin 6: Calor latente de vaporizacin del agua.[footnoteRef:6] [6: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/latente/latente.htm]

Condensacin: Es el cambio de una sustancia a una fase ms densa, como por ejemplo de gas o vapor a lquido, Ocurre cuando un vapor se enfra, pero puede pasar si se somete a altas presiones (comprimir el gas), o si se comprime y tambin se somete a bajas temperaturas. Cuando un lquido se somete a una de estas condiciones o a ambas, se dice que es condesado, y puede hacerse mediante un condensador, que se usan en intercambiadores de calor.Circulacin de Hadley: Se refiere a un determinado comportamiento de los vientos cuando suele ser constante en determinados puntos del planeta. Debido a que en las zonas ecuatoriales hay altas temperaturas, las masas de aire describen un movimiento convectivo ascendente y tienden a desplazarse a altas latitudes cuando estn en las partes altas.

Las clulas de Hadley se forman en el ecuador, en donde las masas de aire ascendente se acumulan en los niveles altos de la atmsfera, desde donde diverge hacia las altas latitudes, descendiendo 30 aproximadamente, originando un anticicln llamado Alta presin subtropical, en los polos se forman las clulas de Ferrel y las clulas polares, que son procesos similares.

Ilustracin 7: Clulas de Hadley.[footnoteRef:7] [7: http://www7.uc.cl/sw_educ/contam/atm/atm25.htm]

Fuerza de Coriolis: Se refiere a la fuerza que experimenta cualquier objeto que se ve sometido a la aceleracin de un sistema que rota, esta fuerza es perpendicular al movimiento de rotacin, provocando una desviacin del recorrido que lleva, formando la trayectoria de una curva. Como esta fuerza no efecta un trabajo, no es considerada una fuerza real, sin embargo esta se siente; los aviones y misiles, pueden sentir esta aceleracin provocada, debido a la rotacin de la tierra mientras estos se encuentran en el aire sin tocar la tierra, por lo que ser necesario compensar esta fuerza para no resultar en un lugar indeseado. En el planeta, la fuerza de Coriolis en el Hemisferio Sur es tal que produce desviaciones hacia la izquierda de los movimientos, mientras que en el hemisferio norte hace una desviacin hacia la derecha.

Ilustracin 8: Efecto de la Fuerza de Coriolis en la trayectoria de un vuelo, debido a la rotacin de la tierra.[footnoteRef:8] [8: http://www.pasionporvolar.com/el-viento-en-la-aviacion-sus-efectos/]

Patrn real de circulacin atmosfrica: Se refiere a 3 celdas que se forman en cada hemisferio (Tropical, central y polar):

Ilustracin 9: Seccin transversal latitudinal de la circulacin atmosfrica.[footnoteRef:9] [9: http://www.fing.edu.uy/imfia/sites/default/files/Cap1.3HHA2012.pdf]

Debido a factores como que la superficie no est homogneamente distribuida o que las propiedades trmicas de cada sector no diferentes, se crean diferentes variaciones en la circulacin de los vientos, por ejemplo, en los polos, la tropsfera tiene 8 Km de espesor, mientras que en las zonas del Ecuador tiene 18 Km.Tasa de lapso adiabtico seco: Es un tipo de enfriamiento del aire, esta se da entre -10C/1000 m, por ejemplo, la temperatura a nivel del mar en el lado oeste de una montaa est a 30C, el aire comienza a elevarse sobre la montaa de enfriamiento, el aire continuar enfrindose en este lapso hasta que llega a su punto de roco y en ese momento se produce la condensacin y se comienzan a formar las nubes.Tasa de lapso adiabtico saturado: Esta se da sobre -6/1000m, en el ejemplo anterior, cuando el aire llega al punto de roco, este estar saturado de humedad, en donde continuar de subida, pero en el lapso de la tasa adiabtica saturada, que al llegar a la cima de la montaa, si este aun es ms caliente que el aire que esta alrededor, seguir subiendo, mientras que si es ms fresco, descender. De esta manera el aire se calentara en el el lapso adiabtico seco de nuevo.

Evaporacin Potencial (E0): Se refiere a la evaporacin que podra darse en la superficie terrestre tomando una totalidad desde donde se produce el fenmeno, es decir, el agua que se encuentra en la superficie del suelo, la vegetacin inmediatamente despus de la precipitacin, las superficies de ros, lagos y dems cuerpos de agua, y del agua infiltrada que se evapora en la parte superficial des suelo, tambin contando la evaporacin de la nieve, si estas se encontraran en condiciones ideales, en donde toda el agua que llueve se evapora.Evaporacin Real (E): Se refiere a la cantidad real de agua que se evapora en el fenmeno de evaporacin, tomando en cuenta las diferentes prdidas que pueden llegar a presentarse dependiendo de las circunstancias. K1 =coeficiente que depende de la distribucin temporal.Evapotranspiracin Potencial (ETP): Es la mxima evapotranspiracin posible bajo las condiciones existentes, cuando el suelo esta abundantemente provisto de agua (totalmente saturado) y cubierto completamente por plantas (cobertura vegetal).Evapotranspiracin real (ETR): Se refiere a la evapotranspiracin que ocurre en condiciones reales, teniendo en cuenta los diversos factores que pueden llegar a alterarlo, y provocar prdidas, como por ejemplo una cobertura vegetal incompleta o que el suelo no est completamente saturado.2. Estimar la tasa de evaporacin diaria en una superficie de agua abierta, a partir de frmulas tericas, para una estacin climatolgica localizada Observatorio Meteorolgico Nacional (OMN). La estimacin deber realizarse por medio de los mtodos de balance de energa, aerodinmico, de combinacin y Priestleya Taylor.Los siguientes datos muestran diferentes variables medidas en la estacin meteorolgica el Dorado en Bogot. Los valores representados pertenecen al ao 2013

Mtodo de balance de energa

Este mtodo toma como sistema de control al tanque evapormetro, realizando un balance entre la energa aportada por el sol y el agua evaporada gracias a esos aportes. En este sentido se define como un flujo de agua desde la superficie del agua a la atmsfera. Aplicando la ecuacin de continuidad para el volumen de control y despus de integrar se tiene continuacin (Chow, 1994):

El tanque tiene lados impermeables, luego no existe flujo de agua lquida a travs de la superficie de control y . La tasa de cambio de almacenamiento dentro del sistema est dada por (d/dt) , donde A es el rea de la seccin transversal del tanque y h es la profundidad de agua en ste. Por lo tanto la ecuacin quedara de la siguiente manera:

Donde es la tasa de evaporacin

Para la fase de vapor:Para la fase de vapor, B= masa de vapor de agua; = , la humedad especfica, =, la densidad del aire y dB/dt = , luego la ecuacin de continuidad para esta fase es:

La derivada temporal del vapor de agua almacenado dentro del volumen de control es cero para un flujo permanente de aire sobre el tanque de evaporacin. Luego, despus de sustituir para de y la ecuacin se convierte en:

Que es la ecuacin de continuidad para un tanque de evaporacin considerando tanto el agua con el vapor de agua. En un sentido ms general, puede usarse para definir las tasas de evaporacin o evapotranspiracin desde cualquier superficie cuando se escribe en la forma:

Donde E es la profundidad equivalente de agua evaporada por unidad de tiempo (pulg/da o mm/da).

Mtodo Aerodinmico:

Donde,E: es la evaporacin o tasa de evaporacinB: coeficiente de transferencia de vapor: Tensin de vapor del aireTensin de vapor de saturacin del aireK: Constante de Von Karman k=0.4Densidad del aire (depende de T) a 13= 1,231 kg/m3: Viento a 2m de la superficie evaporanteP: Presin atmosfrica: Densidad del agua 999,46 kg/m3Zo: parmetro o altura de rugosidad. (Tabla 2,8,1 Chow, depende de la superficie)

Mtodo combinado aerodinmico y de balance de energa Bowen .

La ecuacin de balance de energa con campo de flujo de calor de suelo G=0, puede escribirse como:

La relacin de Bowen se calcula utilizando simultneamente las ecuaciones para transporte de vapor y para calor, lo cual es similar a la unin de las ecuaciones de transporte de vapor y de cantidad de movimiento que se utilizan en el desarrollo de la ecuacin de Thornthwaite-Holzman.

Ntese que los factores de ponderacin suman la unidad.

Mtodo de Priestleya Taylor.

Puede reescribirse como la ecuacin de evaporacin de Priestley-Taylor,

Donde: = 1,30,00976281

3. Describir las tcnicas de medicin directa de la evaporacin y la evapotranspiracin. Consultar las metodologas de medicin, estimacin y caracterizacin, de las mismas variables mencionadas anteriormente, mediante el empleo de sensores remotos.La evaporacin puede medirse por medio de evapormetros, que bsicamente estn 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. Existen varios tipos de evapormetros; uno de los ms comunes es el llamado clase A, fabricado de fierro galvanizado.La altura de evaporacin se mide mediante una regla graduada, colocada dentro de un pequeo tubo aquietador. Los valores medidos deben corregirse sumndoles la altura de precipitacin registrada en el intervalo de tiempo en la estacin pluviomtrica ms cercana, generalmente situada en el mismo lugar que el evapormetro.Por otra parte, dado que, para las mismas condiciones atmosfricas, la evaporacin es mayor en depsitos pequeos que en los grandes, los datos registrados en un evapormetro deben corregirse si se desean usar para estimar la evaporacin en presas, lagos o cualquier otro tipo de gran almacenamiento.Esta correccin se lleva a cabo multiplicando los valores registrados por un factor que vara entre 0.6 y 0.8. En general, 0.7 es un buen valor.4. Calcular la evaporacin mensual para el ao promedio, a partir de la informacin climatolgica registrada en la estacin OMN de la ciudad de Bogot, por medio de los siguientes mtodos empricos: Meyer (1915), Folse, Lugeon, Fitzgerald, USBR, Rohwer (USA, 1931), Kuzmin, Servicios Hidrolgicos de URSS, Marciano y Harbeck. Analizar los resultados obtenidos, compararlos con los obtenidos en el punto 2 y comentar. Consultar los mecanismos de control de la evaporacin en embalses.Formula de Meyer

Formula de Folse

Formula de Fitzgerald

Formula de Lugeon

Formula USBR

Formula de Rohwer

Formula de Kuzmin

Formula URRS

Formula Marciano y Harbeck

Se observa que en los datos obtenidos para la evaporacin, por medio de frmulas empricas difieren en cierta cantidad teniendo en cuenta de las tericas que sus unidades son distintas unidades con, sin embargo estas presentas relacin cercana al observarlas en la misma escala de tiempo ya se mensual para las dos o diaria.Tambin existe diferencia entre los datos obtenidos de evaporacin por los distintos mtodos, ya sea en los empricos o en los tericos esto se puede deber a posibles errores en la toma de datos o interpretacin y anlisis.Infografa http://www.aemet.es/es/eltiempo/observacion/radiacion/radiacion/ayuda http://fjferrer.webs.ull.es/Apuntes3/Leccion02/5_balance_de_radiacin_neta.html http://www.eoi.es/wiki/index.php/Radiaci%C3%B3n_directa,_difusa_y_reflejada_en_Ecomateriales_y_construcci%C3%B3n_sostenible http://www.astromia.com/astronomia/rayleighmie.htm http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/Albedo.htm http://www.latermografia.com/2011/la-emisividad http://www.espectrometria.com/espectro_electromagntico http://www.ecured.cu/index.php/Longitud_de_onda http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_sensible http://www.monografias.com/trabajos82/la-calorimetria/la-calorimetria2.shtml http://www.buenastareas.com/ensayos/Calor-Latente-De-Fusion/181295.html http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/latente/latente.htm http://www.ciclohidrologico.com/condensacin http://www7.uc.cl/sw_educ/contam/atm/atm25.htm http://tallex.at.fcen.uba.ar/index_archivos/page0014.htm http://www.fing.edu.uy/imfia/sites/default/files/Cap1.3HHA2012.pdf http://iceageday.wordpress.com/2013/07/19/clima-de-alta-montana/ http://fjferrer.webs.ull.es/Bibliog/Biblio/Evapotranspiracion.pdf http://www.filo.uba.ar/contenidos/carreras/geografia/catedras/climatologia/sitio/bcehidrico.pdf