118 capÍtulo 8 evaporaÇÃo e evapotranspiraÇÃo 1.0

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO-UFES / DEPT. DE GEOGRAFIA / CLIMATOLOGIA

PROFESSORES ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS/email: [email protected]/ DEPT. DE GEOGRAFIA - UFES

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CAPÍTULO 8

EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO

1.0. Introdução Cerca de 70% da quantidade de água precipitada sobre a superfície terrestre retorna à atmosfera pelos efeitos da evaporação e transpiração. Devido a isso, a mensuração desses dois processos é fundamental para o meteorologista na elaboração de projetos, visto que afetam diretamente o rendimento de bacias hidrográficas, a determinação da capacidade do reservatório, projetos de irrigação e disponibilidade para o abastecimento de cidades, entre outros.

Em zonas áridas, como o Iraque, em que a evaporação anual pode atingir valores superiores a 2 metros, a desconsideração do fenômeno implicaria numa superestimativa das disponibilidades hídricas. A evaporação e a evapotranspiração, fisicamente, dizem respeito ao mesmo fenômeno, que é a mudança de fase da água, da fase líquida para a vapor. Entretanto, no estudo da evaporação, considera-se apenas a água perdida pelo solo e por superfícies de água livre (p. ex. açudes), enquanto que na evapotranspiração leva-se em conta a perda conjunta de água pelo solo e pela planta. 2.0. Importância do estudo da evapotranspiração Dentre as áreas de atuação da Meteorologia, uma das que tem mais aplicação na Agropecuária é a evapotranspiração, devido à importância que a água que a água tem no ciclo e na produtividade das culturas agrícolas. Devemos considerar dois tipos de cultura: a cultura de sequeiro, cuja fonte de água é apenas a chuva, e a cultura irrigada, que pode ter as suas exigências hídricas complementadas pelo fornecimento de água por meio da irrigação. Nas culturas irrigadas, a quantificação da evapotranspiração (ET) que está ocorrendo sobre aquela cultura é de fundamental importância, pois corresponde à quantidade de água que deverá ser aplicada artificialmente, a qual tem um custo elevado. Para se ter uma idéia do custo, considera-se um sistema de irrigação típico: 50 ha irrigados por uma motobomba diesel, com 280 CV de potência, consumindo 25 L de óleo diesel por hora de funcionamento. Este sistema irriga 1,4 ha por posição, aplicando 15 mm/hora. Se for considerada uma ET diária de 5,0 mm, duas horas de funcionamento do sistema por posição fornecerão água suficiente para os gastos de seis dias da cultura. O custo de uma irrigação nessas condições será de:

)6.(

80,11$

ha 4,1

posição 1

)6(

233,0$25

diasha

US

diasposição

h

L

US

h

LCusto ==



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O gasto mensal com combustível para irrigação será de US$59/há. Supondo agora que o sistema não estivesse sendo operado corretamente, e estivesse aplicando 20% mais água do que o necessário (6,0 ao invés de 5,0 mm diários). O desperdício neste caso é de US$ 11,80/(há.mês), literalmente jogados fora. Nos 50 há, o desperdício mensal será de US$ 590! Porém, este não é o único tipo de prejuízo que ocorre quando se erra a quantidade de água a ser aplicada. Se for aplicada menos água que o necessário, é possível que a cultura sofra um déficit hídrico, o que acarretará quebras na produtividade. Por outro lado, se for aplicada mais água do que o realmente necessário, além do prejuízo já citado, poderão ocorrer outros: a) Lixiviação dos nutrientes do solo; b) Em solos poucos profundos, elevação do nível do lençol freático, diminuindo

ainda mais o prefil de solo disponível para as raízes; c) Redução da vida útil do equipamento, em anos; d) Em termos macroenergéticos, pode afetar a disponibilidade de energia de

uma região; e) Redução da disponibilidade de recursos hídricos (Ex: utilização da água dos

rios para a irrigação). 3.0. EFEITO OÁSIS A evapotranspiração é função da quantidade de energia solar que chega à área considerada. Se a área não for toda coberta por vegetal, a energia que chega a ela será parcialmente utilizada na Evapotranspiração. Neste caso, menor quantidade de água será evaporada e grande parte da energia será utilizada para o aquecimento do ar e do solo. Por isso, plantas isoladas ou pequenas áreas cultivadas próximas de áreas com solo descoberto serão sujeitas a maiores intensidadeS de Evapotranspiração, pois receberão energia solar diretamente sobre a área e ainda energia da massa de ar quente e com baixa umidade, proveniente da área sem vegetal. Este fenômeno é chamado de “EFEITO OÁSIS”. 4.0. Breve descrição do processo de evaporação O processo de evaporação consiste na absorção de energia por parte de moléculas d’água, às quais mudam de fase. Para tanto, é necessário que: a) O ar tenha capacidade para receber mais moléculas de água na forma de

vapor, isto é, não esteja saturado; b) Haja energia para ser fornecida às moléculas de água. Essa energia pode

vir diretamente do ar, pela conversão de calor sensível (temperatura) em calor latente, ou então pode ser fornecida externamente (saldo de radiação, fluxo de calor do solo).

Cada grama de água que evapora requer aproximadamente 590 calorias

(2470 Joules) para mudar de fase, isso a 10ºC e pressão atmosférica de 1013



120

mb. Se a temperatura aumentar ou se a pressão atmosférica diminuir, a energia requerida diminuir, a energia requerida diminuirá. Esta energia é chamada de calor latente de evaporação.

Destaca-se o fato que a evaporação se torna bastante complexa quando a superfície evaporante não é uniforme, pois neste caso, é necessário considerar-se o vapor removido pela ascensão do ar, causado pelo transporte turbulento do ar da camada junto à superfície (convecção), que por sua vez é provocado pelas diferenças de temperatura e densidade do ar.

Assim, a evaporação é afetada pelos seguintes parâmetros básicos:

a) Temperatura e umidade do ar; b) Saldo de radiação à superfície; c) Velocidade do vento.

Quanto ao processo de transpiração, deve-se estar sempre atento ao fato de que os vegetais, assim como os animais, transpiram para perderem calor, isto é, para se resfriarem e manterem sua temperatura corporal dentro dos limites aceitáveis.

5.0. Fatores intervenientes na evaporação a) Vento A ação do vento consiste em deslocar as parcelas de ar mais úmidas encontradas na camada limite superficial, substituindo-as por outras mais secas. Inexistindo o vento, o processo de evaporação cessaria tão logo o ar atingisse a saturação, uma vez que estaria esgotada sua capacidade de absorver vapor d’água. b) Umidade O ar seco tem maior capacidade de absorver vapor d’água adicional que o ar úmido, desta forma, a medida em que ele se aproxima da saturação, a taxa de evaporação diminui, tendendo a se anular, caso não haja vento para promover a substituição desse ar. c) Temperatura A elevação da temperatura ocasiona uma maior pressão de saturação do vapor (es), adquirindo o ar uma capacidade adicional de conter vapor d’água.

Figura 1. Curva da pressão de saturação de vapor em função da temperatura.

es

T



121

d) Radiação solar A energia necessária para o processo de evaporação tem como fonte primária o sol; a incidência de sua radiação varia com a latitude, clima e estação do ano.

6.0 Tipos de evapotranspiração

Existe dois tipos de evapotranspiração a ser considerada em estudos climatológicos: � Evapotranspiração potencial (ETP); � Evapotranspiração de referência (ETo); � Evapotranspiração da cultura (ETc). 6.1 Evapotranspiração potencial (ETP) É a evapotranspiração pela qual a água é removida da superfície ou perfil do solo, se disponível. Ela tem sido sempre referida para plantas adequadamente supridas de água e normalmente não limitadas por moléstias ou fertilidade. A superfície deve estar completamente coberta, com o potencial matricial próximo à capacidade de campo (CC), devendo ser plana e horizontal. 6.2 Evapotranspiração de referência (ETo) É similar ao termo ETP com a exceção de que é aplicada para uma cultura identificada, como a alfafa e grama. É a evapotranspiração de uma cultura bem adaptada ao local, crescendo sob as mesmas condições para ETP. A evapotranspiração de referência é uma conseqüência da confusão em torno da ETP. Ela é usada como uma evapotranspiração padrão para a predição da evapotranspiração de culturas, usando coeficientes de culturas.

6.3 Evapotranspiração de cultura (ETc) É a evapotranspiração de uma planta específica crescendo sob condições definidas, incluindo condições de água e fertilidade no solo e outras condições de cultivo.

É a evapotranspiração de uma cultura hipotética, com 12 cm de altura, resistência aerodinâmica de 70 s/m, cobrindo o solo, com albedo de

0,23,ou seja, refletindo 23%.



122

7.0 Coeficiente de cultura (Kc) É uma razão adimensional usada para relacionar a evapotranspiração da cultura (ETc) com a evapotranspiração de referência (ETo), num tempo específico. 8.0 Determinação da evapotranspiração A evapotranpiração pode ser medida ou estimada.

8.1 Medição da evapotrandpiração A medição da evapotranspiração pode ser realizadas por:

� Métodos diretos; � Métodos indiretos. 8.1.1 Métodos diretos A evapotranspiração é medida diretamente em instrumentos denominados lisímetros, os quais podem ser de diversos tipos. Os principais tipos de lisímetros são: a) Lisímetro de percolação; b) Lisímetro de pesagem mecânica; c) Lisímetro de flutuação. a) Lisímetro de percolação Seu esquema está mostrado nas Figuras 1a e 1b. Consiste de um certo número (geralmente 3) de tanques impermeáveis enterrados no solo e enchidos com o solo local. Um dreno permite o escoamento do excesso da água, impedindo que o solo se torne saturado dentro dos tanques. A determinação da ET é baseada na equação da continuidade:

ASE ∆=− Em que, E = Quantidade de água que entre no sistema (mm); S = Quantidade de água que sai do sistema (mm);

A∆ = Variação da quantidade armazenada de água no sistema (mm).

EToETc

Kc =



123

Se partimos de um teor de umidade no solo conhecido, por exemplo a capacidade de campo, e após decorrido certo tempo fizermos o solo retornar a essa mesma situação, faremos A∆ = 0. Portanto. E = S No caso do lisímetro,

CETIP +=+ ou

SCIP

ET−+=

Em que, P = precipitação sobre o lisímetro (L); por essa razão, o instrumento requer

um pluviômetro associado para funcionar adequadamente; I = água adicionada ao lisímetro para fazê-lo atingir novamente a capacidade

de campo (L); ET = evapotranspiração, seja ela real, potencial ou da cultura (L); C = água drenada e coletada nos baldes (L); S = área do tanque (m2)

Figura 1a. Vista lateral (corte) de um lisímetro de percolação.

Figura 1b. Vista superior de um lisímetro de percolação.



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É interessante comentar quatro aspectos: 1) O balanço de água deve ser feito individualmente para cada tanque. Se um

dos mesmos fornecer um resultado muito diferente dos demais (geralmente maior), deverá ser abandonado, pois possivelmente este tanque apresenta problemas (pode estar trincado, por exemplo). A média dos resultados semelhantes deve ser utilizada para definir a ET;

2) Os parâmetros I e C são medidos em litros. Para transformá-los em mm, basta dividir este valor pela área de cada tanque do lisímetro, em m2;

3) A percolação da água nos tanques é demorada, podendo levar horas para se completar. Por essa razão, o balanço de água só deve ser feito após um período de tempo de vários dias;

4) O volume de água adicionada (I) deve ser o mesmo em cada tanque. b) Lisímetro de pesagem mecância É considerado o instrumento padrão para a medição da evapotranspiração. Podem ser muito precisos, apesar de serem bastante caros. Outra vantagem deste tipo de instrumento é que permite leituras a intervalos de tempo reduzidos (poucos minutos). O instrumento consiste basicamente num tanque semelhante ao interior, instalado sobre uma balança (Figura 2). Da diferença entre as duas pesagens consecutivas (divididas pela área do lisímetro) será determinada a ET. A precisão do instrumento dependerá da precisão da balança. A drenagem não poderá ocorrer livremente; deverá ser monitorada. Se a balança for do tipo registradora, dispensa-se o uso de pluviômetros. A evapotranspiração pode ser calculada por meio da seguinte equação:

SP

ET∆=

Em que, ET = evapotranspiração potencial de referência (mm/dia);

P∆ = variação no peso do tanque (Kg); S = área do tanque (m2).

Figura 2. Lisímetro de pesagem mecânica.



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c) Lisímetro de flutuação Apresenta um preço intermediário entre o de percolação e o de pesagem mecânica. Não é tão preciso quanto este último, mas tem a vantagem de permitir leituras a intervalos de tempo menores que o primeiro. Consiste em dois tanques, de diâmetros diferentes, sendo que o maior é praticamente enchido com água, recebendo o menor, que contém o solo (Figura 3). A ET é calculada pela variação no nível da água no tubo de medida pela seguinte equação:

IhhFET +−⋅= )( 21 Em que, ET = evapotranspiração (mm/dia); F = fator de coversão determinado para cada lisímetro; h1 –h2 = variação do nível do tubo de medida (cm); I = precipitação ou irrigação ocorrida sobre o lisímetro, em duas leituras (mm).

Figura 3. Lisímetro de flutuação.

8.1.2Métodos indiretos A medição indireta não requer que se defina um sistema como o fazem os lisímetros. Na verdade, mede-se o teor de umidade do solo e determina-se a ET pela equação da continuidade. Alguns dos métodos para se determinar o teor de umidade do solo são: a) Método gravimétrico, método das pesagens ou méto do da estufa

Consiste em se retirar uma amostra de solo, pesá-la e levá-la a uma estufa totalmente seca, ou seja, até que o peso da mesma não se altere mais entre duas pesagens consecutivas intercaladas por um período de secagem.



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É necessário conhecer os valores de precipitação. Conforme a precisão da balança utilizada, pode fornecer valores de ET medidos em curtos períodos de tempo.

b) Sonda de neutrons Consiste numa fonte de nêutrons, que após moderados pelos átomos de hidrogênio presentes na água do solo, são captados por um contador. Diferentes contagens decorrem de diferentes teores de umidade do solo. A sonda deve ser calibrada inicialmente, utilizando-se o método das pesagens como padrão, e o confronto do número de contagens com a curva padrão fornece diretamente o teor de umidade do solo. Deve-se ser cuidadoso em relação ao teor de umidade no solo, pois este material contém uma quantidade muito elevada de átomos de hidrogênio. 8.2 Estimativa da evapotranspiração A evapotranspiração pode ser estimada por métodos evaporimétricos ou por meio de métodos analíticos (equações). 8.2.1 Métodos evaporimétricos para estimativa de ev apotranspiração de

referência a) Tanque classe A O tanque classe A é talvez o método mais utilizado de estimativa da ET em todo o mundo. Consiste em um tanque circular (Figura 4), com 1,21 m de diâmetro, 25,4 cm de altura, construído em chapa de aço galvanizada pintada de prateado ou mesmo cromada. O tanque deverá ser instalado sobre um estrado de madeira, com 15 cm de altura, pintado de branco. O tanque deve ser enchido com água limpa até aproximadamente 5 cm da borda superior, sendo que o nível mínimo permitido é de 7,5 cm contado a partir da borda. O tanque não deve ser enchido acima do nível recomendado, para reduzir o risco de transbordamento em caso de chuva intensas.

Figura 4. Tanque Classe A.



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Dentro do tanque instala-se um poço tranqüilizador, cuja função é a de propiciar uma superfície sem ondas para permitir uma leitura exata do nível da água no tanque. A leitura é feita por meio de um micrômetro de gancho, cujos modelos mais comuns permitem uma precisão de até 0,05 mm. A leitura do nível do tanque deve ser realizada todos os dias às 9:00 horas),sendo que a diferença entre duas leituras consecutivas nos dá o valor da evaporação no tanque classe A (ECA). A ETo é determinada multiplicando-se a ECA por um coeficiente de tanque (KT):

( ) PhhECA nn +−= +1

ECAKETo T ⋅= Em que, hn = leitura do nível d’água no tanque (mm), no dia n; hn+1 = leitura do nível d’água no tanque (mm), no dia n+1; P = precipitação ocorrida no período (mm); KT = coeficiente do tanque Classe A, admensional. O coeficiente KT depende do tipo e da extensão da superfície sobre a qual o tanque foi instalado, da umidade relativa do ar e da velocidade do vento (Quadro 1). Quadro 1. Coeficiente para conversão da evaporação no tanque classe A para

evapotranspiração da cultura.

Velocidade do vento a 2m de

altura

Raio da área tampão (m)

Tanque circundado por grama

Tanque circundado por solo

Umidade relativa (%) Umidade relativa (%) <40 40-70 >70 <40 40-70 >70

< 175 km/dia < 2,0 m/s

1 0,55 0,65 0,75 0,70 0,80 0,85 10 0,65 0,75 0,85 0,60 0,70 0,80 100 0,70 0,80 0,85 0,55 0,65 0,75 1000 0,75 0,85 0,85 0,50 0,60 0,70

175 – 425 km/dia 2,0 – 4,9 m/s

1 0,50 0,60 0,65 0,65 0,75 0,80 10 0,60 0,70 0,75 0,55 0,65 0,70 100 0,65 0,75 0,80 0,50 0,60 0,65 1000 0,70 0,80 0,80 0,45 0,55 0,60

425 – 700 km/dia 4,9 – 8,1 m/s

1 0,45 0,50 0,60 0,60 0,65 0,70 10 0,55 0,60 0,65 0,50 0,55 0,60 100 0,60 0,65 0,75 0,45 0,50 0,60 1000 0,65 0,70 0,75 0,40 0,45 0,55

> 700 km/dia > 8,1 m/s

1 0,40 0,45 0,50 0,50 0,60 0,65 10 0,45 0,55 0,60 0,45 0,50 0,55 100 0,50 0,60 0,65 0,40 0,45 0,50 1000 0,55 0,60 0,65 0,35 0,40 0,45

Uma vez conhecido o valor de ETc, a evapotranspiração de referência pode ser determinada pelo uso da seguinte equação:



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EToKcETc ⋅= Em que, Kc: Coeficiente de cultura, admensional. O coeficiente de cultura Kc é função de cada cultura e do estádio de desenvolvimento da mesma. O gráfico da Figura 5 mostra a variação do Kc com a idade da cultura. O estádio I é chamado de estádio inicial, o II de estádio de desenvolvimento vegetativo, o III de estádio de produção e o IV de estádio de maturação. A duração de cada estádio depende da cultura, da temperatura média diária, do fotoperíodo e da restrição de água no solo. A duração de cada estádio aumenta se: � A variedade for de ciclo longo; � A temperatura for baixa; � O fotoperíodo for menor; � Houver restrição de água no solo.

Os valores A, B e C da Figura 5 estão no Quadro 2.

Figura 5. Variação do coeficiente de cultura conforme a idade da cultura.

dias

I II III IV

B

C

A

Kc



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Quadro 2. Valores para coeficiente de cultura Cultura A B C Cultura A B C

Algodão 0,45 1,15 0,65 Milho 0,45 1,15 0,60

Aveia 0,45 1,15 0,20 Soja 0,45 1,10 0,45

Batata 0,70 1,15 0,75 Sorgo 0,45 1,10 0,55

Feijão 0,45 1,15 0,25 Tomate 0,80 1,20 0,65

Melão 0,70 1,15 0,75 Trigo 0,45 1,15 0,20

EXERCÍCIO PRÁTICO 1 Calcule a evapotranspiração de referência pelo método do TANQUE CLASSE A para a cultura do feijoeiro na fase de produção (fase III), considerando os seguintes dados:

• Tanque circundado por grama;

• Bordadura = 10 m;

• Umidade relativa (UR%) = 81,9%;

• Velocidade do vento a 2 m de altura (U2) = 1,16 m/s;

• Evaporação do tanque classe A (ECA) = 2,55 mm/dia.

Resolução: KP = 0,85 (Quadro 1)

ECAKETo P ⋅=

55,285,0 ⋅=ETo Logo: Kc = 1,15 (Quadro 2)

EToKcETc ⋅=

17,215,1 ⋅=ETc

mm/dia 17,2=ETo

mm/dia 49,2=ETc



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8.2.2 Métodos analíticos para a estimativa da evapo transpiração de referência (equações)

`8.2.2.1 Métodos baseados na temperatura A equação de Blaney-Criddle (BC) é, provavelmente, a mais conhecida expressão para a estimativa das necessidades hídricas das culturas. Ela pode ser apresentada, basicamente, em três tipos de formulações: a) a versão original; b) adaptada pelo SCS (Serviço de conservação do solo do Departamento de Agricultura dos EUA); e c) modificada pela FAO (Food and Agricultural Organization). A modificação introduzida pela FAO implica na estimativa do valor da ETo (evapotranspiração de referência, padrão grama), enquanto que a equação original estima o uso consuntivo de água (UC) pela cultura, que pode ser definido como sendo a ET mais a água de constituição do tecido vegetal. a) Blaney-Criddle modificado pela FAO (BC-FAO)

Este método é sugerido para áreas onde os dados climáticos disponíveis consistem, apenas, de dados de temperatura do ar, utilizando, tal como o método de Thornthwaite, a temperatura média mensal e um fator ligado à duração do dia. O método de BC-FAO pode ser adaptado para uso de unidades do sistema métrico decimal, escala Celsius e para fins computacionais, na seguinte forma: ETo = a + bf

Em que, f = p(0,46T + 8,0) a = 0,00043URmin - n/N - 1,41 b = ao + a1URmin + a2 n/N + a3 Ud +a4 URmin n/N + a5 URmin Ud Em que,

ETo: evapotranspiração da cultura de referência, mm d-1; T: temperatura média diária mensal, °C; p: percentagem das horas de luz solar real em relação ao total anual,

para um dado mês e latitude; Ud: velocidade média do vento no período diurno, a 2m de altura, ms-1;

a0 = 0,81917 a3 = 0,065649 a1 = -0,0040922 a4 = -0,0059684 a2 = 1,0705 a5 = -0,0005967



131

As informações sobre os dados mensais, ou sazonais das condições de tempo e intervalos aproximados de URmin, n/N e Ud para um dado local,



132

podem ser obtidas de registros de dados climáticos de boletins locais diários ou da extrapolação de dados de áreas próximas. Após a determinação da ETo, a ET da cultura pode ser calculada usando-se o coeficiente (Kc) apropriado para cada cultura. O método de Blaney-Criddle deve ser aplicado apenas quando os dados de temperatura são os únicos dados disponíveis devendo ser utilizado com cautela, especialmente, nas seguintes condições:

1. em regiões equatoriais, onde as temperaturas permanecem razoavelmente constantes, mas um outro elemento do clima pode ser muito variável;

2. para pequenas ilhas e áreas costeiras, onde a temperatura do ar é afetada pela temperatura da superfície do mar, tendo pouco efeito para a mudança periódica da radiação;

3. para altitudes elevadas, devido à temperatura média diária ser razoavelmente baixa (noites frias), mesmo com altos níveis de radiação solar diária;

4. em climas com grande variabilidade em horas de brilho solar (climas de monção, climas de latitudes médias durante a primavera e o outono, etc).

O método da radiação é preferível sob tais condições, mesmo quando há necessidade de dados de brilho solar, ou radiação, obtidos de mapas regionais ou globais, na ausência de qualquer dado real medido. Para altas latitudes (55° ou mais), os dias são re lativamente longos, porém a radiação é mais baixa quando comparada às áreas de latitudes média e baixa, para o mesmo valor de duração do dia. Estes fatos são de grande importância, uma vez que os dados de duração do dia são relacionados com o fator p. 0s valores calculados de ETo devem ser reduzidos em, pelo menos, 15% para áreas de latitudes de 55º ou mais. Com relação à altitude, em áreas semi-áridas e áridas, os valores de ETo devem ser corrigidos, sendo reduzidos de 10%, para cada 1000 m de variação de altitude acima do nível do mar. A evapotranspiração da cultura de referência (média diária) deve ser calculada para períodos iguais, ou superiores, a um mês. Desde que, para um dado local, as condições de clima e conseqüentemente a ETo podem variar muito, de ano para ano, a ETo deve ser, preferencialmente, calculada para cada mês de cada ano de registro, ao invés de utilizar os dados de temperaturas medidas com base em registros de vários anos. EXERCÍCIO PRÁTICO 2 Calcule a evapotranspiração de referência pelo método do BLANEY-CRIDDLE (BC-FAO) A para a cultura do feijoeiro na fase de produção (fase III), considerando os seguintes dados:






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• Altitude = 650 m.

• maxT = 23,5 ºC.

• minT = 10,1 ºC.

• T = 15,4 ºC.

• n = 234,0 horas de brilho solar no mês de Julho.

Resolução: ETo = a + b p (0,46T + 8,0)

Para

Temos,

( ) ( )

mb 50,17e 1078,61078,6 s4,153,237

4,155,7

3,237

5,7

=∴==

+⋅

+⋅

t

t

se

mb 33,14 e 100

17,5081,9100

eURe 100 s =∴⋅=

⋅=∴=

see

UR

Para

maxT = 23,5 ºC.

Temos, ( ) ( )

mb 95,28e 1078,61078,6 s5,233,237

5,235,7

3,237

5,7

=∴==

+⋅

+⋅

t

t

se

% 0,50 28,9514,33

100 minmin =∴== URee

URs

5,731

23431

=== ∑n

n horas

N15/07 = 10,85 horas

logo 70,0=Nn

T = 15,4 ºC

Umidade relativa (UR%) = 81,9%



134

a = 0,00043URmin - n/N - 1,41 a = 0,00043(50) – 0,70 - 1,41

a = -1,895 b = ao + a1URmin + a2 n/N + a3 Ud +a4 URmin n/N + a5 URmin Ud b = 0,81917 + 0,0040 50 + 1,0705 0,7 + 0,065649 1,55 – 0,0059684 50 0,7 + 0,0005967 50 1,55

b = 1,210 p = ? (Deve ser obtido no quadro anterior por interpolação)

ETo = a + b p (0,46T + 8,0)

ETo = -1,895 + 1,210 0,25 (0,46 15,4 + 8,0)

Logo: Kc = 1,15 (Quadro 2)

EToKcETc ⋅=

67,215,1 ⋅=ETc `8.2.2.2 Métodos baseados na temperatura e radiação Atualmente, o método de estimativa da ETo, que se baseia na temperatura e radiação solar, mais usado é o da Radiação-FAO e a equação de Hargreaves & Samani. A ETo estimada, pelos métodos que serão apresentados a seguir, pode ter como cultura de referência a alfafa com 30 a 50 cm de altura, ou a grama, sendo ambos casos em que a água não é fator limitante.

20 _____ 0,249 20,75 ___ p 22 _____0,246

2 _____ 0,003 0,75 ___ 0,249 -p

p = 0,25

ETo = 2,67 mm/dia

ETc = 3,07 mm/dia



135

a) Makkink modificado pela FAO (Radiação-FAO) Doorenbos e Pruitt (1977) apresentam o método de radiação para estimação da ETo, usando a radiação solar. O método é recomendado como substituto ao método de Penman, quando dados medidos de vento e umidade não são disponíveis, ou não podem ser estimados com razoável precisão. Obviamente, os resultados são melhores com dados medidos.

] [ RsbaEToγδ

δ+

+=

sendo γδ

δ+

= W (Quadro 3)

em que ETo é a ET de referência (grama), mm.d-1; Rs é a radiação solar à superfície, expressa em mm.d-1; a = -0,3 mm.d-1; e b é um fator de ajuste que varia com a umidade relativa e a velocidade do vento do período diurno. A radiação solar medida deve ser utilizada, quando disponível ou, em caso contrário, dados de Rs estimados por um método calibrado localmente. Quando nenhum desses conjuntos de dados, ou mapas de radiação solar, são disponíveis, DOORENBOS e PRUITT (1977) recomendam um método de estimação de Rs à partir dos dados de radiação no topo da atmosfera. FREVERT et al. (1983) desenvolveram uma equação polinomial para a estimação de b para uso em cálculos computacionais. CUENCA (1987) fez uma aproximação dos coeficientes, de forma que os valores finais estão dentro de 0,01 dos valores originais.

em que URmédia é a umidade relativa média, em percentagem, e Ud é a média da velocidade do vento do período diurno, em ms-1. Doorenbos e Pruitt (1977) recomendam calcular a URmédia como a média das umidades relativas máxima (URmáx) e mínima (URmín) diárias.

Os limites para a equação anterior são:

10 ≤≤≤≤ (URmáx + URmín)/2 ≤≤≤≤ 100 % 0 ≤≤≤≤ Ud ≤≤≤≤ 10 m s -l

b = 1,066 - 0,13 . 10-2 . URmédia + 0,045 . Ud - 0,20 . 10-3 . URmédia. Ud - 0,315 . 10-4 . URmédia2 - 0,11 . 10-2 . Ud2



136

Quadro 3 - Valores de W em função da altitude local e temperatura média Temperatura Altitude (m)

(°C) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 0,401 0,414 0,428 0,443 0,458 0,475 0,494 5 0,477 0,491 0,505 0,520 0,536 0,552 0,570 10 0,551 0,564 0,578 0,593 0,608 0,624 0,641 15 0,620 0,632 0,645 0,659 0,673 0,688 0,703 20 0,681 0,693 0,705 0,717 0,730 0,743 0,757 25 0,735 0,745 0,756 0,767 0,778 0,790 0,801 30 0,781 0,790 0,799 0,809 0,818 0,828 0,838 35 0,820 0,828 0,835 0,844 0,852 0,860 0,869 40 0,852 0,858 0,865 0,872 0,879 0,886 0,893 45 0,878 0,884 0,889 0,895 0,901 0,907 0,913 50 0,900 0,904 0,909 0,914 0,919 0,924 0,929

EXERCÍCIO PRÁTICO 3 Calcule a evapotranspiração de referência pelo método RADIAÇÃO-FAO para a cultura do feijoeiro na fase de produção (fase III), considerando os seguintes dados:







• maxT = 23,5 ºC.

• minT = 10,1 ºC.

• T = 15,4 ºC.


Resolução:

] [ RsbaEToγδ

δ+

+=

a = -0,3 mm/d b = 1,066 - 0,13 . 10-2 . URmédia + 0,045 . Ud - 0,20 . 10-3 . URmédia. Ud - 0,315 . 10-4 . URmédia2 - 0,11 . 10-2 . Ud2



137

b = 1,066 - 0,13 . 10-2 . 81,9 + 0,045 . 1,55 - 0,20 . 10-3 . 81,9 1,55 - 0,315 . 10-4 . 81,92 - 0,11 . 10-2 . 1,552

b = 0,79

W = ? (Deve ser obtido no Quadro3 anterior por interpolação à 15 ºC)

+=Nn

baRoRg 11

onde: n/N = 0,7

27,0)75,20cos(29,0cos29,01 =−== φa

b1 = 0,52

Ro = 9,83 mm/dia

( )7,052,027,083,9 ⋅+=Rg

Rg = 6,23 mm/dia

] [ RsbaEToγδ

δ+

+=

6,230,636 79,03,0 ⋅⋅+−=ETo


EToKcETc ⋅=

83,215,1 ⋅=ETc

ETo = 2,83 mm/dia

500 _____ 0,632 650 _____ W 1000 ___0,645

1000-500 _____ 0,645 - 0,632 650 - 500 _____ W – 0,632

W = 0,636

Altitude W

ETc = 3,25 mm/dia



138

b) Hargreaves & Samani (HS)

A equação de Hargreaves e Samani é:

ETo = 0,0023 Ro (Tmax-Tmin)1/2 (T+17,8)

Em que ETo: Evapotranspiração de referência, mm/dia; Ro: Radiação no topo da atmosfera, mm/dia; Tmax-Tmin: Diferença das temperaturas médias máxima e mínima do

mês,oC; T: Temperatura média do ar, oC.

EXERCÍCIO PRÁTICO 4 Calcule a evapotranspiração de referência pelo método HARGREAVES & SAMANI (HS) para a cultura do feijoeiro na fase de produção (fase III), considerando os seguintes dados:







• maxT = 23,5 ºC.

• minT = 10,1 ºC.

• T = 15,4 ºC.


Resolução: ETo = 0,0023 Ro (Tmax-Tmin)

1/2 (T+17,8)

ETo = 0,0023 Ro (Tmax-Tmin)

1/2 (T+17,8)

Ro = 24,56 MJ/m2dia;

vaporKgMJ /5,2=λ (Calor latente de vaporização)

Ro = 9,83 mm/dia



139

ETo = 0,0023 9,83 (23,5-10,1)1/2 (15,4+17,8)


EToKcETc ⋅=

75,215,1 ⋅=ETc `8.2.2.3 Métodos combinados O termo combinado reflete o fato das equações propostas associarem os efeitos do balanço de energia e o termo advectivo (vento) para estimar as perdas de água de superfícies cultivadas. Dentre os métodos combinados, destaca-se o de Penman, que é a equação combinada mais conhecida entre os pesquisadores. a) Penman (1948)

Penman propos um método de estimative da ETP que leva em

consideração as condições aerodinâmicas e energéticas a que está submetida a superfície energética. A expressão proposta é a seguinte:

159

1

+∆

+∆

=

γ

γEaRn

ETo

Em que,

=∆γ

Depende da temperatura e da pressão do ar (admensional);

Rn = Saldo de radiação (cal. cm2.dia-1); Ea= Capacidade evaporativa do ar (cal. cm2.dia-1);

))((36,15 221 eeUWWEa s −+= Em que,

=2U Velocidade do vento medida a 2m de altura;

ETo = 2,75 mm/dia

ETc = 3,16 mm/dia



140

1W = Depende da superfície evaporante; água livre: 1W = 0,5; vegetação: 1W = 1,0;

2W = Seu valor depende da unidade de 2U ; se 2U em km/dia, 2W = 0,00625; se 2U em milhas/dia, 2W = 0,01; se 2U em m/s, 2W = 0,54; es = pressão de saturação de vapor d’água (mb); e = pressão real de vapor d’água (mb);

Observação: os valores de γ∆ estão no Quadro 4.

Quadro 4. Valores de γ∆ .

Temperatura ( oC) Altitude (m)

0 500 1000 1500 2000 0 0,678 0,716 0,757 0,804 0,858 1’ 0,722 0,762 0,807 0,857 0,913 2 0,769 0,811 0,859 0,912 0,972 3 0,818 0,863 0,913 0,970 1,034 4 0,869 0,917 0,971 1,031 1,100 5 0,924 0,975 1,032 1,096 1,169 6 0,981 1,035 1,096 1,164 1,241 7 1,041 1,099 1,163 1,236 1,317 8 1,105 1,166 1,234 1,311 1,398 9 1,172 1,236 1,309 1,390 1,482

10 1,242 1,310 1,387 1,473 1,571 11 1,315 1,388 1,469 1,560 1,664 12 1,393 1,470 1,556 1,652 1,762 13 1,474 1,555 1,646 1,748 1,864 14 1,559 1,645 1,741 1,849 1,972 15 1,648 1,739 1,841 1,955 2,085 16 1,742 1,838 1,946 2,066 2,203 17 1,840 1,942 2,055 2,183 2,327 18 1,943 2,050 2,170 2,305 2,457 19 2,050 2,164 2,290 2,432 2,594 20 2,163 2,282 2,416 2,566 2,736 21 2,281 2,407 2,548 2,706 2,885 22 2,404 2,537 2,685 2,852 3,041 23 2,533 2,673 2,829 3,005 3,204 24 2,668 2,815 2,980 3,165 3,375 25 2,809 2,964 3,137 3,332 3,553 26 2,956 3,119 3,302 3,507 3,739 27 3,109 3,281 3,473 3,689 3,933 28 3,270 3,451 3,652 3,879 4,136 29 3,437 3,627 3,839 4,078 4,348

EXERCÍCIO PRÁTICO 5



141

Calcule a evapotranspiração de referência pelo método PENMAN (1948) para a cultura do feijoeiro na fase de produção (fase III), considerando os seguintes dados:







• maxT = 23,5 ºC.

• minT = 10,1 ºC.

• T = 15,4 ºC.


Resolução:

159

1

+∆

+∆

=

γ

γEaRn

ETo

Rn = 5,41 MJ/m2dia 1 MJ/m2dia ________ 23,89 cal/cm2 5,41 MJ/m2dia _____ X X = 129,24 cal/cm2 logo, Rn = 129,24 cal/cm 2

))((36,15 221 eeUWWEa s −+= U2 = 1,55 m/s; W1 = 1 (vegetação); W2 = 0,54 (porque U2 está em m/s); es = 15,50 mb; e = 14,33 mb.

)33,1450,17)(55,154,01(36,15 −⋅+=Ea Ea = 89,44 cal/cm2



142

Interpolação de γ∆ , considerando T = 15,5 ºC, temos:

177,1

44,8953,12977,1

59

1

++⋅=ETo


EToKcETc ⋅=

95,115,1 ⋅=ETc

RESUMO DOS EXERCÍCIOS PRÁTICOS

Método ETo (mm/di a) Kc ETc (mm/dia)

BC 2,67 1,15 3,07 HS 2,75 1,15 3,16 RADIAÇÃO -FAO 2,83 1,15 3,25 PENMAN (1848) 1,95 1,15 2,24 CLASSE A 2,17 1,15 2,49

9.0. Instrumentos de medida

ETo = 1,95 mm/dia

Altitude (m) γ

∆

1000 1,841

650 γ∆

500 1,739

1000 – 500 _______ 1,841 – 1,739

650 – 500 ________ γ∆ - 1,739

γ∆ = 1,77

ETc = 2,24 mm/dia



143

9.1 Atmômetros Através dos atmômetros pode-se medir o poder evaporante do ar do qual se mensura o montante de água evaporada para a atmosfera por meio de uma superfície úmida porosa, Doorenbos (1976). Os atmômetros mais usados são: a) Atmômetro de Piche b) Atmômetro de Bellani c) Atmômetro de Mitscherlich d) Atmômetro Modificado A. ATMÔMETRO DE PICHE É constituído de um tubo de vidro de 22,5 cm de comprimento e diâmetro de 1,1 cm, fechado na extremidade superior e graduado em milímetros. Na extremidade inferior aberta recebe um disco de papel poroso com uma área de 3,2 cm de diâmetro fixado por uma presilha. O instrumento é instalado no interior do abrigo meteorológico, com o disco de papel poroso a 2,0 m de altura acima do solo. Este instrumento mede o que se denomina de poder evaporante do ar, expresso em milímetros, que é proporcional à evaporação à sombra. A evaporação se dá através do disco de papel, e a quantidade d'água evaporada é determinada pela variação do nível d'água no tubo. (Figura 6).

(a)

(b)

Figura 6. (a) Esquema do atmômetro

de Piche (b) detalhe do equipamento

B. ATMÔMETRO DE BELLANI



144

É constituído por um disco de cerâmica porosa com 8,5 cm de diâmetro, conectado a extremidade de um funil por meio de uma bureta que funciona como reservatório e instrumento de medida da água evaporada (Figura 7). O disco fino de cerâmica é normalmente preto, mas pode também ser branco.

(a)

(b) Figura 7. (a) Esquema do atmômetro de

Bellani (b) detalhe das placas cerâmicas existentes.

C. ATMÔMETRO DE MITSCHERLICH O atmômetro de Livingstone é constituído de um cilindro ôco de porcelana porosa com 5,0 cm de diâmetro e 0,3 cm de espessura das paredes. Tal cilindro é conectado a um reservatório de água, por meio de um tubo de vidro ou metal (Figura 8). A pressão atmosférica atuando sobre a superfície livre de água, faz com que o tubo e o cilindro se mantenham cheios e a variação do volume de água no reservatório, fornece a medida da variação ocorrida no período desejado. D. ATMÔMETRO MODIFICADO Este tipo de atmômetro foi desenvolvido recentemente por Altenhofen (1985), que consiste de uma cerâmica porosa coberta por uma lona verde grossa montada no topo de um reservatório cilíndrico de água. A água destilada é fornecida à cerâmica pela parte inferior do reservatório, por um pequeno orifício de ventilação. Uma válvula de checagem, instalada na extremidade superior do tubo de sucção, evita a entrada de água externa. Um



145

tubo de plástico transparente é montado lateralmente para indicar o nível de água do reservatório. cobrindo a cerâmica com uma lona verde, o atmômetro modificado simula a água perdida por um campo de alfafa irrigado em crescimento vigoroso (evapotranspiração de referência). O objetivo é incorporar uma resistência equivalente à resistência da alfafa à passagem de vapor d'água, e também promover a absorção das mesmas bandas de radiação solar. A operação do atmômetro modificado é tão simples quanto a leitura de um pluviômetro. A profundidade equivalente de água é determinada pela leitura de um tubo plástico transparente graduado em (mm) para encontrar a variação do nível de água durante um período de tempo considerado. O atmômetro modificado pode ser visto melhor através da Figura 9.

Figura 8. Esquema do atmômetro de Mitscherlich.

Figura 9. Atmômetro modificado.

II.1 - Vantagens e Desvantagens dos Atmômetros A grande vantagem dos atmômetros são o pequeno tamanho destes instrumentos, baixo custo para aquisição, e pequena necessidade quantidade de água. Um dos maiores problemas na operação dos atmômetros é manter as superfícies evaporantes limpas. As sujeiras nas superfícies afetam significativamente a taxa de evaporação (Varejão-Silva, 1982). Os atmômetros são instrumentos frágeis que quebram facilmente, por isso, são geralmente instalados dentro de abrigos meteorológicos, e portanto é questionável até que ponto tais medições são confiáveis, uma vez que a radiação solar é o principal fator no processo de evaporação. 9.2 Evaporímetros Um dos métodos mais utilizados para se estimar a evaporação são os evaporímetros, os quais são pequenos reservatórios de água, que medem diretamente a evaporação de uma superfície livre de água. Estes tanques



146

possuem as mais variadas formas e tamanhos. Os evaporímetros mais usados são:

a) Tanque de 20m2 b) Tanque Classe A c) Tanque GGI-3000 d) Tanque Colorado e) Tanque BPI f) Tanque Young Screen g) Evaporímetro de Balança tipo Wild A. TANQUE DE 20 m 2 O tanque de 20 m2 por 2,0 m de profundidade, construído com chapa de ferro galvanizado de 4,5 cm de espessura de diâmetro (20 m2 de superfície evaporante). É enterrado de tal modo que a borda do tanque fica a 7,5 cm do nível do solo (Figura 10). O nível da água no tanque é mantido, aproximadamente ao nível do solo. Devido a grande superfície evaporante desse tipo de tanque, pode-se admitir que a evaporação que nele se processa, se aproxima da evaporação de grandes superfícies livres de água (lagos). Assim, o tanque de 20 m2 pode ser considerado como padrão, para corrigir os dados de evaporação medidos por outros tanques menores.

Figura 10. Esquema do Tanque 20 m2.

B. TANQUE U.S.W.B. CLASSE A Também conhecido simplesmente como Tanque Classe A. É o mais usado, e consiste em um tanque de aço galvanizado ou de metal, com 1,21 m de diâmetro interno e 25,5 cm de profundidade. O tanque deve ser instalado sobre um estrado de madeira, pintado de branco, à 10 cm de altura (Figuras 11.a e 11.b), e cheio de água até que seu nível fique à 5 cm da borda superior do tanque. A evaporação é medida com um micrômetro de gancho, assentado sobre um poço tranquilizador. O poço tranquilizador pode ser de metal e com tripé sobre parafuso, colocado dentro do tanque (Figura 11.c e 11.d) ou num



147

cilindro de 10 cm de diâmetro, que se comunica com o tanque, através de um tubo (Figura 6.e). Este último tipo de poço tranquilizador tem vantagens sobre o primeiro, por conduzir menor quantidade de calor. A oscilação máxima do nível d'água dentro do tanque deve ser de 2,5 cm (= 25 mm). A evaporação ocorrida no período de 24 horas é dada pela diferença de duas leituras consecutivas, e mais a precipitação se ocorrida durante o período.

(b

)

(c)

(d)

(e)

Figura 11. Tanque Classe A. (a) Esquema. (b) Vista do tanque instalado, junto a um tanque auxiliar, para fornecimento de água à mesma temperatura. (c) Detalhe do poço tranquilizador, parafuso micrométrico e termômetro flutuante instalados no tanque Classe A. (d) Detalhe do parafuso micrométrico e poço tranquilizador. (e) Esquema do Tanque Classe A com poço tranquilizador externo adjacente.

C. TANQUE GGI-3000 Tem a forma cilíndrica com base cônica, construído com chapa de ferro galvanizado. Esse tanque apresenta um diâmetro de 61,8 cm (correspondente a uma superfície evaporante de 3000 cm2 ), uma profundidade, na parede, de 60 cm e uma profundidade no centro de 68,5 cm, sendo enterrado de tal forma, que a borda superior fica a 7,5 cm acima do solo. O tanque GGI-3000 é utilizado pelo serviço de meteorologia da Rússia, podendo ser visualizado na Figura 12.

Os tanques pequenos, enterrados, nem sempre apresentam bons resultados por existirem (a) rápidas trocas energéticas entre o solo e pequena massa de água, (b) efeitos da modificação da dinâmica do vento próximo à



148

superfície da água, em função da borda elevada e (c) respingos de chuva podem influenciar as leituras.

Figura 12. Esquema do Tanque GGI-3000.

D. TANQUE COLORADO Os tanques enterrados são muitas vezes preferidos nos estudos de necessidade de água para as plantas, e a localização e meio-ambiente necessários são idênticos aqueles para o tanque classe A (Doorenbos, 1976). Observou-se que o tanque Colorado, tendo o nível de água ao nível do solo e a 5,0 cm abaixo da borda do tanque, cercado por grama, fornece melhores estimativas de evapotranspiração da grama do que o tanque Classe A. A desvantagem é a manutenção difícil pois os vazamentos nem sempre são perceptíveis e também os 3 problemas mencionados no tanque GGI-3000. As especificações do tanque Colorado, são as seguintes: 100 cm2 e 50 cm de profundidade, construído de ferro galvanizado com 3,0 mm de espessura, enterrado a 5,0 cm acima do nível do solo, e pintado de preto. As medições são similares aquelas para o tanque Classe A. E. TANQUE BPI Consiste em um tanque cilíndrico de aço galvanizado com 183 cm de diâmetro e 61 cm de profundidade. É parcialmente enterrado ficando a sua borda superior 10 cm acima do nível do solo (Figura 13). O nível d'água dentro do tanque é mantido aproximadamente no mesmo nível do solo externo ao tanque. A oscilação máxima do nível d'água dentro do tanque deve ser de 2,0 cm, e a evaporação é medida como no tanque Classe A.

Figura 13. Esquema do

Tanque BPI.



149

A desvantagem, com relação ao Classe A, é a mesma que o do Tanque Colorado, isto é a dificuldade de perceber vazamentos, bem como, ser mais difícil a limpeza e os problemas mencionados no tanque GGI-3000. Como vantagem, mantém mais ou menos a mesma temperatura do solo, permitindo no entanto, o que é um problema, rápidas trocas energéticas entre o solo e a pequena massa de água. F. TANQUE “YOUNG SCREEN” Também é um tanque cilíndrico com 61 cm de diâmetro e 92 cm de profundidade, parcialmente enterrado, ficando sua borda superior 5,0 cm acima da superfície do solo. Possui uma tela de malhas de 0,6 cm, estendida horizontalmente a 2,5 cm da sua borda superior. O nível d'água dentro do tanque fica no mesmo nível do solo externo ao tanque, ou seja, 5,0 cm abaixo de sua borda superior. A Figura 14 mostra este tipo de tanque.

Figura 14. Tanque Young Screen.

G. EVAPORÍMETRO DE BALANÇA TIPO WILD Consta de uma balança com um prato, o qual funciona como um reservatório de água (Figura 15). É instalado junto da superfície do solo, ao abrigo da radiação solar da precipitação. Sua unidade de leitura é o milímetro de altura de água, e mede o poder evaporante do ar.

Figura 15. Evaporímetro de balança tipo Wild.



150

III.1. Cuidados operacionais Cuidados a serem tomados com os evaporímetros:

• escolher um local adequado para sua instalação • manter o tanque sempre limpo • tomar cuidado para que animais não consumam a água do tanque

A princípio, os tanques evaporímetricos foram idealizados para estimar

a evaporação de grandes superfícies líquidas (lagos, reservatórios artificiais, etc.). Porém, alguns fatores físicos responsáveis pelo processo de evaporação atuam de maneira diferente, nos tanques e nas grandes superfícies livres de água (Doorenbos & Pruitt,1975 e Doorenbos, 1976). No caso da radiação solar e albedo, os tanques GGI-3000, 20 m2 , BPI, Young Screen e Colorado, por serem enterrados não absorvem quantidades significativas de radiação solar através de suas paredes, e o albedo não diferencia muito daquele de um lago. Entretanto, o tanque Classe A, instalado acima do nível do solo, intercepta e absorve radiação solar através de suas paredes verticais e o fluxo de ar em torno das paredes e por baixo do tanque, geram advecção de energia. Deste modo, por sua constituição, geométrica e tamanho, o tanque Classe A superestima a perda a de água, em comparação a uma superfície de água livre natural. Tais fatores de ajuste podem ser determinados para um local ou podem ser utilizados os valores tabelados. Em geral, os tanques evaporimétricos não apresentam condições idênticas às de grandes reservatórios de água, uma vez que, de maneira geral, são instalados sobre o solo e não sobre a superfície livre de água, medindo efetivamente, uma combinação de evaporação do solo e/ou transpiração. Os tanques podem também induzir turbulências mecânicas locais, que sobrepostas às turbulências gerais da atmosfera, tendem a reduzir a velocidade do vento ao nível do tanque, quando comparada ao nível do lago. Existe, então a necessidade da introdução de um coeficiente empírico (F) que representa a proporcionalidade, entre a evaporação do tanque (ET) e a de um lago (EL), que depende do tipo de tanque utilizado e do lago usado na comparação.

Os tanques evaporimétricos são relativamente baratos e de operação simples. Contudo, quando utilizados para estimar a evapotranspiração, deve-se tomar alguns cuidados quando se refere à conversão dos dados de evaporação do tanque para evapotranspiração, especialmente em climas áridos e semi-áridos, uma vez que a menor rugosidade aerodinâmica da superfície da água no tanque, comparada com aquela da superfície vegetada, extrai menos energia de calor sensível do ar e, assim, a evaporação do tanque tende a ser inferior a da vegetação. 9.3 Lisímetros São tanques com solo, cravados no terreno para medir a evapotranspiração e a percolação da água através do solo. Devem ser



151

suficientemente grandes (1 m3 no mínimo) para minimizar o efeito do bordo do tanque e, também, proporcionar um bom desenvolvimento radicular, sem restrições, para culturas de baixo porte. Para culturas maiores, p. ex., cana-de-açúcar, 4 m3 são suficientes (Chang, 1974). As condições físicas do solo dentro do tanque devem ser comparáveis às que o circundam; devendo-se evitar formação de lençol d'água dentro do lisímetro. O lisímetro deve ser circundado por uma área mínima dotada de condições semelhantes, denominada bordadura, que poderá ser 4 ha, segundo Thornthwaite (1954). Desenvolveram-se diversos tipos de lisímetros:

• drenagem • pesagem mecânica • flutuação

A. LISÍMETROS DE DRENAGEM

Operam baseados no princípio do balanço de água, ou seja, mede-se a água precipitada e a percolada. É preciso para períodos relativamente longos, que variam de acordo com o regime de chuva ou irrigação, a profundidade do lisímetro, tipo de solo colocado e as características dinâmicas da água no interior do lisímetro. Este lisímetro se presta para determinação da evapotranspiração de referência, quando esta é grama. A.1. LISÍMETRO DE DRENAGEM SEM NÍVEL FREÁTICO No geral este é o mais simples e comum dos lisímetros. i. Princípio de funcionamento A água em excesso é coletada no fundo do lisímetro e medida volumetricamente (Figura 16). Por outro lado, a chuva e a irrigação são medidos mediante pluviômetros. O solo do lisímetro pode ser mantido a capacidade de campo ou saturado periodicamente. A evapotranspiração (ET) durante um período determinado, é considerada igual a diferença entre a quantidade de água aplicada e a drenada.

ii. Desempenho e limitações Há tempos que estes lisímetros são utilizados em muitos lugares do mundo pela simplicidade na construção e na tomada de dados. Para relvas e outros cultivos é recomendado uma área mínima de 2 a 4 m2 .



152

Figura 16. Esquema genérico de

um lisímetro de percolação ou de drenagem sem nível freático.

Às vezes existe demora na percolação da água que transloca através do perfil do solo do lisímetro, especialmente em solos argilosos, que pode levar vários dias.

A retenção de água pelo solo não é exata. O conteúdo de água no solo do lisímetro na capacidade de campo, não é necessariamente a mesma depois de várias ocorrências sucessivas de drenagem, devido ao rearranjo estrutural das partículas sólidas do solo; as irrigações muito freqüentes, necessárias para evitar estas diferenças na capacidade de campo, podem resultar em um regime de água, no lisímetro, completamente diferente da área da bordadura.

As limitações anteriores implicam que com estes lisímetros a evapotranspiração pode ser determinada unicamente para períodos relativamente longos (semanas ou meses).

A.2. LISÍMETRO DE COMPENSAÇÃO COM NÍVEL FREÁTICO CO NSTANTE i. Princípio de funcionamento O nível freático é mantido constante na parte inferior destes lisímetros. Em resposta à evapotranspiração a água do nível freático se desloca na zona radicular por capilaridade. O rebaixamento do nível freático, causado por este deslocamento, é automaticamente compensado por um dispositivo flutuador, e a quantidade de água necessária para repôr seu nível, é medida automaticamente (Figura 17).

Figura 17. Esquema genérico

de um lisímetro de percolação ou de drenagem com manutenção do nível freático constante



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ii. Desempenho e limitações Estes lisímetros são bastante comuns em países da Europa, Ásia e Oriente Médio. Os custos são relativamente baixos e são de fácil operação. Apesar de ser possível a obtenção de dados diários de evapotranspiração, estes são, geralmente, tomados semanalmente ou a cada 10 dias.

O movimento ascendente do nível freático é freqüentemente inadequado, principalmente em condições de alta evaporação resultando em valores subestimados de evapotranspiração. Em certos casos a irrigação superficial pode ser utilizada para compensar esse erro. Esta forma de correção tem sido utilizada por vários pesquisadores (Robelin 1962; Grisolle 1965; Aboukhaled, Sarraf e Vink 1969; Puech e Hernandez 1973)..

Os lisímetros com nível freático constante podem ser especialmente recomendados para áreas com nível freático próximo à superficie. Neste caso a instalação e manutenção dos lisímetros podem ter problemas de flutuação, inclinação e corrosão das paredes dos recipientes e coletores (Fougerouge 1966).

B. LISÍMETROS DE PESAGEM MECÂNICA

Necessitam de um sistema de balança, podendo medir continuamente a perda de água do conjunto (Figuras 18 e 19). É um sistema adotado mundialmente, sendo o implantado por Pruitt e Angus (1960) em Davis, Califórnia, com 6 m de diâmetro e 90 cm de profundidade, um dos maiores do mundo, com uma sensibilidade de leitura de 0,0308 mm de evaporação, sendo o peso registrado a cada 4 minutos. Isto faz com que lisímetros de pesagem bem construídos e instalados se tornem os mais precisos instrumentos para medir a evapotranspiração, servindo inclusive como referência aos métodos de estimativa da ET.

Figura 18. Esquema de um lisímetro de pesagem mecânica ou de balança.

(a) (b)

Figura 19 . Lisímetro de pesagem. (a) vista externa, com cultura de soja. (b) vista interna.



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Os valores de peso no lisímetro representam uma medida direta do fluxo de água que entra ou sai do lisímetro. Um aumento do peso indica uma entrada de água de chuva ou irrigação e uma diminuição do mesmo indica uma perda de água por evapotranspiração ou drenagem. A água de drenagem é coletada em recipientes para este propósito, e contabilizada periodicamente. Os lisímetros de pesagem permitem um controle exato da evapotranspiração de cultivos em intervalos curtos. B.1. LISÍMETRO MECÂNICO i. Princípio de Funcionamento Nestes lisímetros, são utilizados vários tipos de balanças mecânicas para detectar os valores das variações da massa devidas à evapotranspiração, precipitação e/ou irrigação. A existência de um recipiente exterior ou paredes de retenção, permite um esvaziamento vertical livre do recipiente que contém a massa do solo e o cultivo. O recipiente interno é periodicamente pesado. ii. Dimensões e limitações Os lisímetros podem ser pesados com balanças portáteis simples, balanças móveis de plataforma e guindastes. Obviamente estas balanças determinam o tamanho dos lisímetros. Além disso, a precisão limitada destes dispositivos não permitem realizar medidas em intervalos menores do que vários dias. Por outro lado, um dispositivo portátil pode ser utilizado para vários recipientes no solo desnudo ou cultivado. Esses lisímetros têm sido utilizados em estudos de evaporação e evapotranspiração pela divisão de irrigação do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos e na Rússia.

O princípio de contrapeso destas balanças tem sido largamente aplicado na construção de lisímetros de alta precisão, que permitem medir a evapotranspiração com precisão em intervalos horários e, também, em minutos. A possibilidade de medição da ET em intervalos pequenos, é essencial para os estudos micrometeorológicos, em que se estuda os processos de intercâmbio de fluxos de vapor de água e as investigações básicas da relação água-solo-planta. A sensibilidade destes lisímetros pode alcançar valores de 0,03 mm de água obtidos por diferenças de pesagem.

A construção e instalação destes lisímetros de alta precisão é complicada, lenta e de alto custo. Portanto, seu uso deve ser recomendado unicamente a instituições especializadas (Figura 20).



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Figura 20. Detalhes de instalações de alguns lisímetros nos Estados Unidos. B.2. LISÍMETRO DE PESAGEM ELETRÔNICA i. Princípio de Funcionamento As variações de peso com o recipiente interno com o solo, são medidos eletronicamente por meio de indicadores de energia ou células eletrônicas de resistência mecânica. O recipiente interno é freqüentemente colocado em uma armação de equilíbrio, o qual por meio de contrapesos reduz o peso atual no indicador de energia. ii. Desempenho e Limitações Devido à complexidade de construção e vulnerabilidade, a aplicabilidade destes lisímetros é limitada a estações especializadas. Embora, seja possível obter uma boa precisão nas medidas, os indicadores de energia são afetados por variações de temperatura e as células de resistência mecânica por balanço do lisímetro; terá que ser feitas calibrações periódicas. Por outro lado, a sensibilidade destes aparelhos é afetada pelas condições de vento.



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B.3. LISÍMETRO COM CÉLULAS HIDRÁULICAS DE RESISTÊNC IA MECÂNICA

i. Princípio de Funcionamento O princípio destes lisímetros está ilustrado na Figura 21. O peso total do lisímetro é distribuído sobre células hidráulicas (bolsas, almofadas ou colchões de água ou outro líquido) e a precisão resultante é transmitida e indicada em um manômetro. As variações na altura do manômetro são originados por variações de peso no lisímetro, provocados pela evapotranspiração, precipitação e/ou irrigação. A calibração do manômetro pode ser estática ou dinâmica. A calibração estática se efetua adicionando ao lisímetro massas conhecidos e determinando-se a correspondente variação de altura no manômetro. A calibração dinâmica (Bloemen 1964; Middleton 1972) consiste em colocar um recipiente de água de peso conhecido e permitir um fluxo constante para fora do lisímetro. A relação entre as variações manométricas e variações de peso do lisímetro podem ser representadas graficamente.

ii. Desempenho e Limitações Em muitos casos a área de contato entre o lisímetro e a célula hidráulica pode variar com o peso do lisímetro. As propriedades elásticas das células impermeáveis, especialmente as pneumáticas comumente utilizadas em veículos, variam com o tempo provocando erros. As células construídas de material impermeável butílico reforçado com nylon são mais adequadas (Hanks e Shawcroft 1964). Para manter constante a área de contato são utilizados blocos de madeira e células de precisão contendo azeite (Visser 1965; Bloemen 1964). Wangati (1965) determinou a magnitude do erro (0,66 mm), devido a expansão térmica da água, durante seus experimentos em Kikuyo, Kenia. Concluiu que a variação na altura da coluna manométrica, devido a esta expansão, é considerável e portanto, estes lisímetros não devem ser utilizados para obter valores horários; sendo mais recomendadas as leituras em horas pré-estabecidas. Para obter valores de evapotranspiração durante períodos mais curtos é necessário corrigir os dados. Esta correção pode ser feita levando-se em conta as variações da altura de água ocorridas entre as leituras manométricas, em um tubo de correção de mesmo comprimento e seção transversal do tubo manométrico.



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Figura 21. Esquema de um

lisímetro hidráulico.

C. LISÍMETROS DE FLUTUAÇÃO i. Princípio de Funcionamento

São mais baratos e simples que os de pesagem. Porém, grandes espaços são necessários para o líquido que mantém o tanque em flutuação (Figura 22). A água foi o primeiro líquido a ser usado, porém, se a massa específica for mais elevada (por exemplo, solução de cloreto de zinco com massa específica de 1,90 g/cm3 ), se utilizará menor espaço total.

O recipiente interno do lisímetro com o solo, flutua sobre um líquido (H2O ou solução de ZnCl) contendo um recipiente interno (flutuação hidrostática ou princípio de Arquimedes). As variações de peso no lisímetro, devidas à evapotranspiração, chuva e/ou irrigação, são obtidas medindo-se as variações de nível do líquido deslocado pela variação no empuxo do tanque interno. Este tipo de lisímetro foi usado por King, Tanner e Suoni (1956), Popov (1959) McMillan e Burgy (1960), Brooks e Pruitt (1966), Lourence e Goddard (1967) e a Organização Mundial de Meteorologia (WMO 1974).

ii. Desempenho e Limitações Os lisímetros flutuantes são mais baratos que os de pesagem, de maior precisão. Podem ter uma grande sensibilidade, permitindo até determinações horárias da evapotranspiração. Por causa do líquido circundante permite pequena troca energética entre o solo circundante e o solo no tanque interior. Por outro lado, se líquidos de alta densidade não forem utilizados, estes lisímetros requerem grandes câmaras de flutuação, que podem alterar as condições energéticas naturais da zona radicular. Os efeitos das variações da temperatura (expansão, variação da densidade e evaporação do líquido), assim como os efeitos do vento (oscilações, movimento lateral e fricção), são facilmente reconhecidos podendo ser minimizados. Os erros devidos à temperatura foram praticamente eliminados, utilizando um duplo flutuador num poço de remanso subdividido (King, Mukammal e Turner 1965).



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Figura 22 Esquema de um

lisímetro de flutuação.

10.0 Referências bibliográficas BERNARDO, S. Manual de Irrigação . 2. ed. Viçosa, UFV, Impr. Univ. 1982.

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