6_-_HIDROLOGIA_1701_TEORIA_TEMA_6

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TEMA N o 6

Evaporación:

Es el proceso por el cual el agua líquida pasa al estado de vapor en condiciones

naturales.

En la naturaleza, el proceso se inicia cuando algunas moléculas de la masa deagua adquieren suficiente energía cinética para desprenderse de la superficie delagua, siendo la fuente energía la radiación solar.

Tensión de vapor del agua:

Es la presión que ejerce el vapor de agua presente en la atmósfera,independientemente de los otros gases presentes.

Saturación:

Es el equilibrio entre el número de moléculas que escapan de la superficie delagua y el número de moléculas que regresan a ella.

Poder evaporante de la atmósfera:

Es la capacidad que tiene la atmósfera para absorber humedad en un determinadoperíodo de tiempo y el cual depende de:

a) Déficit higrométrico:

Corresponde a la diferencia entre la tensión de vapor del aire saturadoexistente en la superficie evaporante y la tensión de vapor existente enel aire ambiente que se encuentra sobre la superficie evaporante.

b) Temperatura del agua y del aire:Las tensiones de vapor en el agua y en el aire son función directa de latemperatura, por lo que, si existe un mayor incremento la temperaturadel agua de la superficie evaporante en comparación a la temperaturadel aire, se produce un aumento de la evaporación y viceversa.A igual incremento de la temperatura en ambas superficies no varía ladiferencia de tensión de vapor y por lo tanto no se produce aumento de

la evaporación.

c) Presión barométrica y altitud:La presión barométrica es función de la altitud, a mayor altitud menorpresión barométrica, y por lo tanto mayor evaporación.



La temperatura de ebullición del agua disminuye con la altura, es decir,disminuye al reducirse la presión barométrica, según se muestra en lasiguiente tabla:

Punto deEbullición

agua Presióndestilada Atmosférica

( º C ) (mm de Hg)

0 4,6

20 17,5

40 55,3

60 149,4

80 351,1

98,49 720

98,89 730

99,26 74099,63 750100 760

Con la ayuda de dicha tabla y de la ecuación que se muestra acontinuación, se puede estimar la altura aproximada de un determinadositio, si se determina allí el punto de ebullición del agua destilada.

h = 12.000 - 17,5 x P Hg

Siendo:

h = Altura del lugar en m.s.n.m.P Hg = Presión del sitio en mm de mercurio.

d) Calidad del agua: A una misma temperatura, la tensión de vapor del agua de unasuperficie evaporante disminuye a medida que se disuelva un soluto, porlo tanto, si a una masa de agua se le añade soluto disminuirá laevaporación.

e) Velocidad y turbulencia del viento:

El desplazamiento del viento sobre una superficie evaporante, puedeocasionar el reemplazo de masas de aire con diferentes grados desaturación de vapor de agua, por lo que si se reemplaza una masa deaire seco por una de aire húmedo, disminuirá la evaporación yviceversa.



f) Profundidad de la masa de agua evaporante:

El calentamiento de una masa de agua esta regido por la cantidad deradiación solar que recibe durante los horas de sol, por lo que en masasde agua profundas, el calentamiento que se origina en su parte

superficial se disipa con la profundidad de la misma, no dando tiempo aun calentamiento total de la referida masa de agua, por lo tanto enmasas de agua profundas la evaporación será menor que en masas deagua poco profundas.

g) Extensión de la masa de agua evaporante: El aire que circula sobre una masa de agua va adquiriendo humedad amedida que se desplaza sobre dicha masa, por lo que, un aire seco quecircula sobre una masa de agua extensa, al principio ocasionará fuerteevaporación por su gran poder evaporante, pero disminuirá su poder deabsorber humedad a medida que se desplaza, reduciéndose la

evaporación desde la superficie del agua.

Medición de la evaporación:

El instrumento más utilizado para medir la evaporación es el denominado “TinaEvaporimétrica”, la cual es de hierro galvanizado sin pintar; tiene 24,4 cm. (10pulgadas) de profundidad y 120,65 cm. (47,5 pulgadas) de diámetro.

Tipos de instalaciones de Tinas Evaporimétricas.

a) Tinas enterradas.

Son aquellas que se instalan con su fondo y contorno perimetral bajo lasuperficie del terreno, quedando la superficie evaporante al aire libre.

Hacer dibujo de una tina enterrada

Ventajas: Debido a que la parte metálica de la Tina se encuentradentro del terreno, la evaporación que allí se mide seasemeja a la ocurrida sobre la superficie del terreno, por loque este tipo de instalación pude ser de utilidad para eluso agrícola.

Desventajas: Presenta inconvenientes para el rutinario mantenimientode la misma y se aumenta el riego de corrosión de la Tina.

b) Tinas flotantes.Son aquellas que se instalan principalmente en embalses, utilizando unabalsa con una perforación en su centro en donde se introduce la Tina,de forma tal que su fondo y contorno perimetral queden sumergidos enel agua del embalse.



Hacer dibujo de una tina flotante

Ventajas: Debido a que la parte metálica de la Tina se encuentradentro agua del embalse, la evaporación que allí se midese asemeja a la ocurrida sobre la superficie evaporante del

mismo, por lo que este tipo de instalación pude ser deutilidad para el control del uso del embalse.

Desventajas: Presenta inconvenientes para el rutinario mantenimientode la misma, y se aumenta el riego de corrosión de laTina., así como también, aumenta el costo para larecopilación de la información, por otra parte, algunasmediciones pudieran estar alteradas por vientos queintroducen agua en la balsa y por el balanceo que originael observador al acceder a la misma.

c) Tinas superficiales.Son aquellas que se utilizan comúnmente en las estacionesclimatológicas, y se colocan sobre un armazón de madera hecho de 7listones de 5cm. x 10 cm. x 124 cm., los cuales descansan sobre otros 4similares, por lo que, la superficie metálica del contorno queda expuestaa la radiación solar y ello produce un calentamiento adicional en el aguaque se encuentra dentro de la tina.

Hacer dibujo de una tina superficial

Ventajas: Debido a que la parte metálica de la Tina está expuesta a

la radiación solar, existe un calentamiento adicional delagua en la tina y por lo tanto la evaporación que allí semide es superior a la evaporación real, sin embargo, pudehallarse un factor de ajuste para modificar estos valores yadaptarlos al caso específico que se desee, por ejemplo: sien las adyacencias de un embalse existe un registro deevaporación obtenido en una tina superficial y se deseatransformarlo a valores de evaporación en el embalse, sepuede instalar otra flotante, y con los registros que seobtengan de ellas se podrá encontrar un factor de ajuste,para transformar los valores medidos en la tina superficiala los medidos en la flotante.

Desventajas: Radican principalmente en el echo del calentamientoadicional que se produce en el agua en la tina lo cualgenera valores de evaporación superior a los reales.



Evaporímetros registradores.

Si se combina un recipiente de evaporación con un flotador y unmecanismo de varillas que amplifique las variaciones del nivel del aguay las comunique mediante una plumilla a una gráfica movida por un

sistema de relojería, se tendrá un registrador de evaporación.

Mostrar esquema del evaporígrafo según Piche

Mostrar esquema del evaporímetro de balanza que podríatransformarse a registrador

Métodos indirectos para estimar la evaporación:

a) Balance hidrológico.

S = I – O

Puede aplicable en un reservorio para un lapso de tiempo seleccionado,en donde la evaporación sea la única variable desconocida.

b) Coeficiente evaporimétrico.

En una determinada zona, la evaporación que ocurre en un lago oembalse es menor que la evaporación medida en una Tinaevaporimétrica, por otra parte, se ha podido comprobar que la relaciónentre ellas es bastante consistente y no varía excesivamente dentro de

la misma zona.

La referida relación se denomina Coeficiente evaporimétrico:

Evap. LagoCoef. Evaporimétrico = ------------------

Evap. Tina

Dicho coeficiente deberá ser siempre menor que 1, ya que laevaporación en la Tina es mayor que la generada en un volumen grandede agua, como es el caso de un lago o embalse.

En consecuencia, la evaporación ocurrida en un lago o embalse pudieraestimarse aplicando un coeficiente evaporimétrico a los valores medidosen la tina.

E lago o emb. = E tina x Coef. Evap.



A continuación se presentan una serie de valores de coeficientesevaporimétricos en función de la evaporación anual registrad en la tina.(A.J. Gabaldon. Variación Mensual de los Coeficientes Evaporimétricosen Venezuela y su relación con la Evaporación Anual. Caracas 1966)

Evaporación Evaporación

Anual Coefic. Anual Coefic.

en la Tina Evapor. en la Tina Evapor.(mm) (mm)

1200 0,90 2200 0,75

1300 0,88 2300 0,74

1400 0,86 2400 0,73

1500 0,84 2500 0,72

1600 0,83 2600 0,71

1700 0,82 2700 0,701800 0,80 2800 0,69

1900 0,79 2900 0,682000 0,78 3000 0,67

2100 0,76

Coeficientes Evaporimetricos en Venezuela

Por lo tanto, conocida la evaporación anual en una tina evaporimétrica,se podrá determinar el coeficiente correspondiente, y con él, calcular laevaporación anual en el embalse, la cual pude ser distribuida en valoresmensuales de acuerdo a como se haya comportado la evaporación en latina.

Para que una tina sirva válidamente como índice de evaporación de unembalse, se debe exponer de tal forma que se evite el efecto ambientalo local del embalse, es decir, se debe colocar la tina próxima al embalsepero del lado de donde provienen los vientos dominantes (barlovento).

c) Formulas empíricas.

Son formulas desarrolladas por diferentes investigadores, en muchoscasos las variables que intervienen no son fácil de obtener, por lo que sedificulta su aplicación.

Como ilustración se muestran algunas de ellas:

Formula de Meyer: W

E = C x ( Pe – Pa ) x (1 + ----- )16

Siendo:E = Evaporación en mm/24 horas



C = Constante que varía entre 0,36 para reservorios profundos de másde 10 m de profundidad, y 0,5 para reservorios de pocaprofundidad.

Pe = Presión de vapor a la temperatura media del agua para el día enconsideración, expresada en mm de mercurio.

Pa = Presión de vapor a la temperatura media del aire para el día enconsideración, a una altura de 8 m y expresada en mm demercurio.

W = Velocidad media del viento para el día en consideración, medida auna altura de 8 m sobre la superficie evaporante y expresada enKm/h

Formula de de los servicios hidrológicos de la URSS:

E = 0,15 x n x (Pe – Pa) x (1 + 0,072 x V)

Siendo:E = Evaporación en mm/mes

n = número de días del mes considerado.

Pe = Presión de vapor correspondiente a la temperatura media del aguadel mes en consideración, expresada en milibares.

Pa = Presión de vapor correspondiente a la temperatura media del airedel mes en consideración, expresada en milibares.

V = Velocidad media del viento para el mes en consideración, medida a2 metros sobre la superficie del agua.

Transpiración:

Es el proceso por medio del cual las plantas devuelven el agua absorbida por lasraíces a la atmósfera, en forma de vapor de agua.

Evapotranspiración:

En el balance hídrico resulta impracticable separar la Evaporación y laTranspiración, por lo que se tratan los dos factores como uno solo, denominándolo“Evapotranspiración”, es decir, ella representa la suma de toda el agua que pasa ala atmósfera en condiciones naturales, sin distinción del factor que haya actuado.

Evapotranspiración Potencial (E.T.P.)

Representa la cantidad de agua que resultaría evaporada y transpiradaen una determinada área, si existiese suficiente suministro de humedad.



Evapotranspiración Real (E.T.R.)

Representa la cantidad de agua que resultaría evaporada y transpiradaen una determinada área, de acuerdo a la disponibilidad de humedad

existente en la misma.

Si durante un determinado intervalo de tiempo, en un suelo existehumedad suficiente para el uso máximo que conlleva el desarrollooptimo de las plantas, entonces la E.T.R. iguala la E.T.P., de locontrario, la E.T.R será siempre menor que la E.T.P.

Si se desea satisfacer las necesidades de humedad en ese suelo paraobtener un satisfactorio desarrollo de la vegetación allí existente, seránecesario añadir agua artificialmente mediante riego, la diferencia dehumedad entre la E.T.P y la E.T.R., se denomina “Déficit”

Déficit = E.T.P. - E.T.R.

Los términos Evapotranspiración y Uso Consuntivo pueden considerarsesinónimos, en las Ciencias Agrícolas se usa más comúnmente eltérmino Uso Consuntivo refiriéndose a cultivos, y en las CienciasClimatológicas e Hidrológicas se usa más el término evapotranspiración,refiriéndose a vegetación en general.

Estimación de la Evapotranspiración Potencial (E.T.P.)

Existen varios métodos para estimar la E.T.P., los cuales están basadosprincipalmente en datos meteorológicos, tomando la temperatura comofactor principal.

Método de Turc.

Para H.R. 50 %

TE.T.P. = 0,40 x ----------- x (R + 50)

(T + 15)

Para H.R. 50 %

T 50 – H.R.E.T.P. = 0,40 x ----------- x (R + 50) x (1 + -----------------)

(T + 15) 70Siendo:



H.R. = Humedad relativa media para el mes en consideración, en(%).

E.T.P. = Evapotranspiración potencial del mes en consideración, enmm.

T = Temperatura ambiente media del mes en consideración, en ºC.

R = Radiación incidente global media para el mes en consideración,en cal / cm2 / día.

Nota: En el mes de Febrero la constante 0,40 se sustituye por 0,37.

Método de Thornthwaite.

10 x T a

E.T.P. (no ajustada) = 1,6 x -----------I Siendo:

E.T.P. = Evapotanspiración potencia no ajustada para meses de 30días y de 12 horas de sol, en cm / mes.

T = Temperatura media del ambiente para el mes en consideración,en ºC.

I = Indice calórico anual, el cual es igual a la sumatoria de los índices

calórico mensuales“ί”

T 1,514

ί = -----5

I = ί Ene a Dic.

a = Constante que depende del lugar y que es función del índice

calórico anual (I).

a = 6,75 x 10-7 x I

3- 7,71 x 10

-5x I

2+ 0,01792 x I + 0,49239

E.T.P. (ajustada) = E.T.P. (sin ajuste) x Fa

Fa = Factor de ajuste que depende de la duración media mensualposible del día (horas de sol) en la latitud de la localidad.



MES Fa MES Fa

ENE 0,98 JUL. 1,08FEB. 0,91 AGO. 1,07

MAR. 1,03 SEP. 1,02

ABR. 1,03 OCT. 1,02

MAY. 1,08 NOV. 0,98JUN. 1,06 DIC. 0,99

Factor de ajuste de la E.T.P. para Latitud 10 º Norte

Método de Thornthwaite

Los resultados de E.T.P. ya ajustados para la latitud 10º Norte(Venezuela), se recomiendan acondicionarlos a cada zona en

particular en donde se desean utilizar, es decir, se trata de distribuirla E.T.P. anual calculada mediante el método antes descrito, deacuerdo al comportamiento mensual observado en la TinaEvaporimétrica, es decir, se calculan las E.T.P. mensuales según elmétodo de Thornthwaite y se obtiene la E.T.P. anual mediante lasumatoria de los 12 meses del año, luego este total anual sedistribuye de acuerdo a como haya fluctuado la evaporaciónobservada en la Tina.

Ejemplo: Thornthwaite

Thornthwaite en la zonaE.T.P Evapor. Evapor. E.T.P

Mes (mm) (mm) (%) (mm)

ENE. 160 170 7,76 166,9

FEB. 210 200 9,13 196,3MAR 200 220 10,05 216,0

ABR. 240 230 10,50 225,8

MAY. 200 210 9,59 206,2

JUN. 190 200 9,13 196,3JUL. 190 180 8,22 176,7

AGO. 180 170 7,76 166,9

SEP. 150 160 7,31 157,1OCT. 140 150 6,85 147,3

NOV. 130 130 5,94 127,6DIC. 160 170 7,76 166,9

TOTAL 2150 2190 100 2150

Tina en la zona



Método de Blaney – Criddle.

Toma en consideración la temperatura ambiente, las horas de soldiarias, el tipo de cultivo, la duración del ciclo vegetativo y la zona.

El ciclo vegetativo de un cultivo es el tiempo que transcurre entre lasiembra y la cosecha, por lo que dependerá del tipo de cultivo,siendo alguno de ellos los siguientes:

Ciclo

Cultivo vegetativo

Aguacate Prenne

Ajonjolí 3 a 4 meses

Algodón 6 ó 7 meses

Arroz 3 a 5 meses

Maní 5 meses

Cacao Perenne

Café PerenneCaña de Azucar Perenne

Cítricos 7 a 8 meses

Fresa Perenne

Frijol 3 a 4 meses

Garbanzo 5 a 5 meses

Hortalizas 2 a 4 meses

Lenteja 4 meses

Maiz 4 a 7 meses

Mango Perenne

Melón 3 a 4 meses

Papa 3 a 5 meses

Platano Perenne

Patilla 3 a 4 mesesRemolacha 6 meses

Tomate 4 a 5 meses

Zanahoria 2 a 4 meses Para estimar la evapotranspiración durante un ciclo vegetativocompleto, se puede emplear la siguiente ecuación:

E.T.P. = K g x F

Siendo:

E.T.P. = Evapotranspiración potencial durante el ciclo vegetativo, encm.

F = Factor de temperatura y luminosidad.K g = Coeficiente global de desarrollo, el cual varía entre 0,5 y 1,2

siendo alguno de ellos los siguientes:



Coeficiente

global

Cultivo K g

Aguacate 0,50 - 0,55

Ajonjolí 0,80

Algodón 0,60 - 0,65Arroz 1,00 - 1,20

Maní 0,60 - 0,65

Cacao 0,75 - 0,80

Café 0,75 - 0,80

Caña de Azucar 0,75 - 0,90

Cítricos 0,50 - 0,65

Fresa 0,45 - 0,60

Frijol 0,60 - 0,70

Garbanzo 0,60 - 0,70

Hortalizas 0,60

Lenteja 0,60 - 0,70

Maiz 0,75 - 0,85

Mango 0,75 - 0,80

Melón 0,60

Papa 0,65 - 0,75

Platano 0,80 - 1,00

Patilla 0,60

Remolacha 0,65 - 0,75

Tomate 0,70 - 0,80Zanahoria 0,60

El factor de temperatura y luminosidad viene dado por:

n

F = F i

I = 1

En donde:N = Número de meses que dura el ciclo vegetativo.F i = Factor de temperatura y luminosidad del mes en consideración.

T i + 17,8F i = P i x -----------------

21, 8Siendo:T i = Temperatura media del mes en consideración, en ºCP i = Porcentaje de horas de sol del mes en consideración con

respecto al año.



Mes 0º 5º 10º 15º

ENE. 8,50 8,32 8,13 7,94

FEB. 7,66 7,57 7,47 7,36

MAR. 8,49 8,47 8,45 8,43

ABR. 8,21 8,29 8,37 8,44MAY 8,50 8,65 8,81 8,98

JUN. 8,22 8,41 8,60 8,80

JUL. 8,50 8,67 8,86 9,05

AGO. 8,49 8,60 8,71 8,83

SEP. 8,21 8,23 8,25 8,28

OCT. 8,50 8,42 8,34 8,20

NOV. 8,22 8,07 7,91 7,75DIC. 8,50 8,30 8,10 7,88

Porcentaje de horas de sol mensual

Cuando la zona en estudio es árida, los valores de Fi se multiplicanpor un factor de corrección que viene dado por la ecuación:

Fac. Corrección de F i = 0,03114 x T i + 0,2396

Cuando se desea calcular los valores de E.T.P. para períodos máscortos que el ciclo vegetativo, por ejemplo en forma mensual, seutiliza la ecuación:

E.T.P. = K p i x F i

En donde:

E.T.P. = Evapotranspiración para el mes en consideración, en cm.

F i = Factor de temperatura y luminosidad del mes en consideración.

K p i = Coeficiente de desarrollo parcial, pudiéndose utilizar losvalores medios de coeficientes de desarrollo del cultivo ende cada mes, para lo cual, se deberá disponer de la formaen que varia este coeficiente durante el ciclo vegetativo delreferido cultivo.

A continuación se presentan las variaciones del coeficiente dedesarrollo de algunos cultivos.



Algodón

0,20,30,4

0,50,60,70,80,91,01,1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% Ciclo vegetativo

C o e

f . d e d e s a r r o l l o ( K

i )

Aguacate

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

E F M A M J J A S O N D

Mes

K

g i

Método del Coeficiente de Cultivo.

Se utiliza para estimar la E.T.P. en un área agrícola en donde,mediante estudios previos, haya sido posible encontrar la relaciónexistente entre la evaporación medida en la tina evaporimétrica y laevapotranspiración del cultivo que allí se siembra.

E.T.P. (mm) = Evapor. Tina (mm) x Coef. Cultivo

Por lo tanto este coeficiente dependerá de la ubicación de la zona endonde se realizó el estudio, del mes en consideración y del tipo decultivo.

Balance hídrico en una zona de riego:

Es el cálculo de las diferentes porciones en que se transforma la precipitación queocurre sobre una zona de riego.

En dicho balance intervienen las siguientes variables:

Precipitación. Cantidad de lluvia que ocurre sobre la zona de riego durante elperíodo que se está analizando.

Evapotranspiración potencial (E.T.P.)Cantidad de humedad que requiere el cultivo de la zona de riegopara su óptimo desarrollo.

Evapotranspiración real (E.T.R.)Cantidad de humedad que puede utilizar el cultivo de acuerdo a ladisponibilidad real de agua en la parcela de riego.

Déficit ó Demanda netaDiferencia entre la E.T.P. y la E.T.R.

Déficit = E.T.P. - E.T.R.

Representa la cantidad de agua que habrá que añadir artificialmentea la parcela de riego, para que se produzca un desarrollo óptimo delcultivo.



Almacenamiento máximo del suelo. Cantidad máxima de humedad que puede retener el suelo de la zonade riego.

Depende de:La naturaleza del suelo.

Composición litológica.Espesor de la capa superficial del terreno.Del clima.Profundidad piezométrica.Manto vegetal.Extensión del sistema radicular.

G.W. Thornthwaite considera que el suelo está saturado cuando haabsorbido una capa de agua equivalente a una precipitación de 100mm.

A continuación se presenta una tabla de valores de capacidadprovisional de almacenaje de agua para diferentes combinaciones desuelo y vegetación, según Thornthwaite – Mather.

Disponibilidad

de agua

Tipo de Suelo (mm)

remolacha, zanahoria, etc..

A - Areana Fina 50

B - Franco Arenoso Fino 75

C - Franco Limoso 125

D - Franco Arcilloso 100E - Arcilloso 75

b) Maíz, algodón, tabaco, cereales,

A - Areana Fina 75




c) Alfalfa, pastos, arbustos.

A - Areana Fina 100




A - Areana Fina 150




A - Areana Fina 250




2,00

2,00

1,601,17

1,50

1,67

1,50

1,00

1,25

1,000,67

d) Montes frutales.

0,50

1,00

1,00

Capacidad provisional de almacenaje de agua en diferentes combinaciones

de suelo y vegetación (según Thornthwaite - Mather 1.957)

1,00

0,80

0,67

2,50

e) Bosques desarrollados.

granos.

0,75

1,00

0,400,25

0.50

0.62

a) Espinaca, arveja, remolacha,

Zona radicular

(m)

0,50



Almacenamiento en el suelo. Cantidad de humedad que se almacena en el suelo de la zona deriego, cuando la E.T.P. es inferior al humedad total disponible en lamisma.

Excedente.Cantidad de agua que escurre en la parcela de riego, cuando lahumedad disponible supera la E.T.P más el Almacenamientomáximo del suelo.

Demanda bruta de riego. Cantidad de agua que es necesario disponer para satisfacer laDemanda neta más las pérdidas que se ocasionan en el traslado delagua hasta la parcela de riego.

Eficiencia del sistema de riego.

Es la relación entre la Demanda neta y la Demanda bruta.

Demanda netaEficiencia sistema = -----------------------

Demanda bruta

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