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16/03/2016

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Evapotranspiração

Prof. Luis César de Aquino Lemos Filho Dr. Engenharia de Água e Solo

Universidade Federal Rural do Semi-Árido Mossoró, RN

Prof. Luis César www.luiscesarlemos.webnode.com

Evapotranspiração

Revisão:


Evapotranspiração

Definição:


Evapotranspiração

Evaporação:

Processo natural pelo qual a água, de uma superfície líquida ou de uma superfície úmida, passa para a atmosfera na forma de vapor, a uma temperatura inferior à de ebulição;

Ocorre em oceanos, lagos, rios, no solo e na vegetação úmida (evaporação do orvalho ou da água interceptada das chuvas).


Evapotranspiração

Evaporação:


Evapotranspiração

Evaporação:

As moléculas de água estão em constante movimento, tanto no estado líquido como gasoso;

Algumas moléculas da água líquida tem energia suficiente para romper a barreira da superfície, entrando na atmosfera, enquanto algumas moléculas de água na forma de vapor do ar retornam ao líquido, fazendo o caminho inverso;

Quando a quantidade de moléculas que deixam a superfície é maior do que a que retorna está ocorrendo a evaporação.

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Evapotranspiração

Para que ocorra evaporação da água há a necessidade de energia. Essa energia é chamada

de calor latente de vaporização (E), que em

média corresponde a:

E = 2,45 MJ/kg (a 20oC)

Água ou Solo

Evaporação:

Consome 585 cal.g-1 à 25ºC, portanto depende essencialmente da energia disponível da radiação solar.

Ts0,0023612,501λE


Evapotranspiração

Transpiração:

Processo biofísico pelo qual a água que passou pela planta, fazendo parte de seu metabolismo, é transferida para a atmosfera preferencialmente pelos estômatos, obedecendo uma série de resistências desde o solo, passando pelos vasos condutores (xilema), mesófilo, estômatos e finalmente indo para a atmosfera.


Evapotranspiração

Potencial de água na planta:

Transpiração – Teoria da Coesão Evaporação

O abaixamento do potencial hídrico da atmosfera (ar) promove a

evaporação das paredes celulares. Isso promove a redução do potencial hídrico nas paredes celulares e no

citoplasma.

Coesão (no xilema) A coluna de água no xilema é

mantida por coesão das moléculas de água nos vasos. Bolhas de ar

bloqueia o movimento.

Absorção de água (do solo) O menor potencial hídrico das

raízes provoca a entrada de água. A área de absorção depende da quantidade de radículas. A água se move através da endoderme

por osmose. solo = - 0,1 a - 2 atm

raíz = - 1 a - 10 atm

folhas = - 5 a - 40 atm

ar = - 100 a - 1000 atm


Evapotranspiração

Absorção e caminho de água na planta:


Evapotranspiração


Evapotranspiração

Evapotranspiração:

É praticamente impossível se distinguir o vapor d´água proveniente da evaporação da água no solo e da transpiração das plantas;

Consiste no processo simultâneo de transferência de água para a atmosfera por evaporação da água do solo e da vegetação úmida e por transpiração das plantas.

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Evapotranspiração

Fatores que afetam a evapotranspiração:

Fatores meteorológicos/climáticos:

Radiação solar;

Temperatura do ar;

Umidade relativa do ar;

Velocidade do vento.

Fatores do sistema evaporante:

Superfície de água livre;

Tipo de solo;

Vegetação (transpiração). Prof. Luis César www.luiscesarlemos.webnode.com

Evapotranspiração

Segundo Chang (1968), a radiação solar (Rs) é o elemento climático de maior importância na estimativa da taxa de evapotranspiração (80%);

Entretanto, em regiões onde ocorrem fortes advecções, seja local ou regional, observadas comumente quando uma área úmida é circundada por área seca (efeito oásis), a importância relativa do saldo de radiação decresce e a advecção, ou transferência de calor sensível das áreas secas circunvizinhas, passa a contribuir significativamente no processo de evapotranspiração aumentando, neste processo, a importância da velocidade do vento e da umidade do ar.

Fatores Meteorológicos/Climáticos:


Evapotranspiração

Fatores Meteorológicos/Climáticos:


Evapotranspiração

Radiação solar:

A quantidade de energia solar que atinge a Terra no topo da atmosfera está na faixa das ondas curtas. Na atmosfera e na superfície terrestre a radiação solar é refletida e sofre transformações;

Parte da energia incidente é refletida pelo ar e pelas nuvens (26%) e parte é absorvida pela poeira, pelo ar e pelas nuvens (19%). Parte da energia que chega a superfícies é refletida de volta para o espaço ainda sob a forma de ondas curtas (4% do total de energia incidente no topo da atmosfera).


Evapotranspiração

Radiação solar:

A energia absorvida pela terra e pelos oceanos contribui para o aquecimento destas superfícies que emitem radiação de ondas longas. Além disso, o aquecimento das superfícies contribuem para o aquecimento do ar que está em contato, gerando o fluxo de calor sensível (ar quente), e o fluxo de calor latente (evaporação);

Finalmente, a energia absorvida pelo ar, pelas nuvens e a energia dos fluxos de calor latente e sensível retorna ao espaço na forma de radiação de onda longa, fechando o balanço de energia.


Evapotranspiração

Saldo de Radiação:

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Evapotranspiração

Temperatura do Ar:

Quanto maior a temperatura, maior a pressão de saturação do vapor de água no ar, isto é, maior a capacidade do ar de receber vapor.

Para cada 10oC, P0 é duplicada.

Temp. oC 0 10 20 30

P0 (atm) 0,0062 0,0125 0,0238 0,0431


Evapotranspiração

Umidade do Ar:

A umidade relativa é a medida do conteúdo de vapor de água do ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse saturado. Assim, ar com umidade relativa de 100% está saturado de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente isento de vapor.

sw

w100.UR(%)

onde UR é a umidade relativa; w é a massa de

vapor pela massa de ar e ws é a massa de

vapor por massa de ar no ponto de saturação.


Evapotranspiração

Umidade do Ar:

Também pode ser expressa em termos de pressão (tensão) parcial de vapor. Conforme a lei de Dalton, cada gás que compõe uma mistura exerce uma pressão parcial, independente da pressão dos outros gases, igual à pressão que se fosse o único gás a ocupar o volume. No ponto de saturação a pressão parcial do vapor corresponde à pressão de saturação do vapor no ar, e a equação anterior pode ser reescrita como:

se

e100.UR(%)

onde UR é a umidade relativa; e é

a pressão parcial de vapor no ar e

es é a pressão de saturação.


Evapotranspiração

Umidade do Ar:


Evapotranspiração

Vento:

O vento renova o ar em contato com a superfície que está evaporando (superfície da água; superfície do solo; superfície da folha da planta);

Vento forte: maior turbulência (rápida transferência para regiões mais altas da atmosfera), causando umidade próxima à superfície menor, aumentando a evaporação.

Pouco vento Muito vento

E E


Evapotranspiração

Vento: Escala de Belfort...

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Evapotranspiração

Superfície de água livre: Pureza da água;

Extensão e profundidade;

Tipo (formato e material);

Exposição ao vento e a radiação.

Fatores dependentes do Sistema Evaporante:


Evapotranspiração

Solo: textura; estrutura; umidade; CAD e matéria Orgânica.



Evapotranspiração



Evapotranspiração



Evapotranspiração


Área vegetada: Controla a transpiração;

Pode agir fechando os estômatos;

Busca a umidade nas camadas do solo.


Evapotranspiração


Fatores da cultura: Altura das plantas;

Área foliar;

Tipo de cultura;

Albedo;

Profundidade das raízes.

Fatores de Manejo da cultura: Espaçamento/densidade de plantio;

Orientação de plantio;

Plantio direto;

Uso de quebra ventos;

Cultivo protegido.

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Evapotranspiração

Albedo:

Tipo de superfície Albedo mínimo Albedo máximo

Água profunda 0,04 0,08

Solo úmido escuro 0,05 0,15

Solos claros 0,15 0,25

Solos secos 0,20 0,35

Areia branca 0,30 0,40

Grama, vegetação baixa 0,15 0,25

Savana 0,20 0,30

Floresta 0,10 0,25

Neve 0,35 0,90


Evapotranspiração

Conceitos de Evapotranspiração:

Evapotranspiração Potencial (ETP)

- Quantidade de água transferida para

a atmosfera por evaporação e

transpiração, em uma unidade de

tempo, de uma superfície extensa,

completamente coberta de vegetação

de porte baixo e bem suprida de água

(Penman, 1956).

Evapotranspiração real (ETR)

- Quantidade de água transferida

para a atmosfera por evaporação e

transpiração, nas condições reais

(existentes) de fatores atmosféricos

e umidade do solo. A ETR é igual ou

menor que a evapotranspiração

potencial (Gangopadhyaya et al, 1968).

ETR é a evapotranspiração nas mesmas condições de contorno de ETP, porém, com ou sem restrição hídrica...


Evapotranspiração


ETP: é a evaporação do solo e a transpiração das plantas máxima que pode ser transferida para atmosfera. Com base nas condições climáticas e características das plantas é possível estimar a EVT potencial.

ETR: é o total transferido para a atmosfera de acordo com a disponibilidade hídrica existente (umidade do solo) e a resistência das plantas (Coeficiente de cultivo - Kc).


Evapotranspiração


Evapotranspiração Real (ETR)

Evapotranspiração de referência (ETo) e potencial (ETP)

Saldo de radiação Temperatura Umidade relativa Velocidade do vento

Sem restrição hídrica

Clima Cultura de referência

Clima

Saldo de radiação Temperatura Umidade relativa Velocidade do vento

Cultura de referência

Com ou sem restrição hídrica

ETR ≤ ETP

ETR


Evapotranspiração

Evapotranspiração Potencial x Real:

A evapotranspiração real depende da umidade do solo!

ETR

ET0

Umidade do solo

θCC θi ETR ≤ ETP


Evapotranspiração

Evapotranspiração Potencial x Real:

Solo úmido: ETR se aproxima da ETP.

Solo seco: ETR se afasta da ETP.

ETR ≤ ETP

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Evapotranspiração


Evapotranspiração


Evapotranspiração Potencial (ETP) ou de Referência (ETo)

ET de uma extensa superfície vegetada com vegetação rasteira (normalmente gramado), em crescimento ativo, cobrindo totalmente o solo, com altura entre 8 e 15cm (IAF 3), sem restrição hídrica e com ampla área de bordadura para evitar influência de áreas adjacentes.

Depende apenas das variáveis meteorológicas, sendo portanto ETP e ETo uma variável meteorológica, que expressa o potencial de evapotranspiração para as condições meteorológicas vigentes


Evapotranspiração


Evapotranspiração da cultura (ETc)

ET de uma cultura em dada fase de desenvolvimento, sem restrição hídrica, em condições ótimas de crescimento e com ampla área de bordadura para evitar a advecção de calor sensível de áreas adjacentes;

Depende das condições meteorológicas, expressas por meio da ETP (ou ETo), do tipo de cultura (maior ou menor resistência à seca) e da área foliar.

Coeficiente de Cultura (Kc)

Cultura sem restrição hídrica e em condições ótimas de desenvolvimento


Evapotranspiração

Variação de Kc com o desenvolvimento de culturas anuais:


Evapotranspiração



Evapotranspiração


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Coeficientes de cultivos

(Kc)

Resumo dos fatores determinantes da evapotranspiração:


Evapotranspiração

Determinação da Evapotranspiração:

Transferência de massa;

Balanço de energia;

Balanço hídrico;

Evaporímetros; e

Equações empíricas.


Evapotranspiração

Transferência de massa: baseado na 1ª lei de Dalton:

E = C (es – e)

E = evaporação (mm/hora; mm/dia)

es = tensão de saturação do vapor de água no ar

atmosférico

e = tensão do vapor presente na atmosfera

C = constante, onde é introduzido o efeito do vento

por expressões empíricas.

Ar mais seco – mais evaporação

Ar mais úmido – menos evaporação


Evapotranspiração

Balanço de Energia:

Formulação mais adequada e se baseia no balanço de todas as energias envolvidas no processo de transferência de energia no sistema solo-água-planta- atmosfera.

Radiação de onda curta atinge a superfície da terra; 11% é absorvido pela atmosfera, 9% retorna para o espaço, 33% é refletida (albedo) e 42% chega na terra.

Da parcela de atinge a terra uma parte é refletida (albedo) e outra é absorvida.

Da parcela absorvida uma parte retorna na forma de comprimento de onda longa (onda térmica).

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Evapotranspiração

Balanço de Energia:

Balanço de energia (ΔHs):

- qr = energia de onda curta efetiva;

- qal = energia de onda longa que retorna para o solo;

- qbl = energia de onda longa transmita para a atmosfera;

- qc = convecção; - qe = evaporação; - Hi e Ho = energia de

entrada e saída do sistema.

HoHiqqqqqH ecblalrs

Para o solo o termo de variação de energia é nulo. Para superfície de água, o mesmo pode ser influenciado pela entrada e saída e água, como um reservatório.


BALANÇO HÍDRICO

Evapotranspiração


BALANÇO HÍDRICO

Evapotranspiração


BALANÇO HÍDRICO

Evapotranspiração

“Lisímetro”


BALANÇO HÍDRICO – LISÍMETROS (Medida direta de ET)

Evapotranspiração


LISÍMETRO DE COLETA (DRENAGEM)

Evapotranspiração

É um depósito enterrado, aberto na parte superior, contendo o terreno que

se quer estudar. O solo recebe a precipitação, e é drenado para o fundo do

aparelho onde a água é coletada e medida... ET = P - D - R

solo

brita

tanque

coletor

cano de 1/2''

grama tampa

(solo)

5 cm

4,50

(solo)

(solo)

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Evapotranspiração

solo

brita

tanque

coletor

cano de 1/2''

grama tampa

(solo)

5 cm

4,50

(solo)

(solo)

Monitorar a umidade e estabelecer por o valor da evapotranspiração.

Variação do armazenamento (arm/t) = ET + Percolado PpETt

W


Evapotranspiração



Evapotranspiração


S

D - P + IETcou ET0

ET0 ou ETc = evapotranspiração potencial de referência ou da cultura, em mm; I = irrigação do tanque, em L; P = precipitação pluviométrica no tanque, em L; D = água drenada do tanque, em L; e S = área do tanque, em m2.


Evapotranspiração

LISÍMETRO DE BALANÇA (PESAGEM)

. .

..

.

.

.

.. . .

.

.....

.

.

..

..

.

.

.

.

.

...

.

. .

...

. .

. .

..

.

. .

.

tampa

solo

túnel

escada

solobrita

solotanque de

drenagem

balança

5 cm

.. .

Consiste em um tanque apoiado sobre uma balança mecânica. O conjunto

fica dentro de um tanque externo. O tanque interno é livre e apoia-se

somente sobre a balança, a qual acusa toda variação de seu peso, ou seja, a

perda da água evapotranspirada.


Evapotranspiração


S

P = ETo


Evapotranspiração


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Evapotranspiração


ETo ou ETc = evapotranspiração potencial de referência ou da cultura, em mm; P = variação no peso do tanque, em kg; e S = área do tanque, em m2.

S

ΔP = ETCou ET0


EVAPORÍMETROS

Evapotranspiração

O evaporímetro de Piché é constituído por um

tubo cilíndrico, de vidro, de aproximadamente 30 cm

de comprimento e um centímetro de diâmetro,

fechado na parte superior e aberto na inferior. A

extremidade inferior é tapada, depois do tubo estar

cheio com água destilada, com um disco de papel de

feltro, de 3 cm de diâmetro, que deve ser

previamente molhado com água. Este disco é fixo

depois com uma mola. A seguir, o tubo é preso por

intermédio de uma argola a um gancho situado no

interior do abrigo.

Evaporímetro de Piché


Evaporímetro de Piché – É pouco confiável!

Evapotranspiração


EVAPORÍMETROS

Evapotranspiração

Tanque Classe A

- Método empírico, baseado na proporcionalidade existente a evaporação de água do tanque classe A (ECA) e a ETP depende de um coeficiente de proporcionalidade, denominado coeficiente do tanque (Kp). - Kp depende por sua vez de uma série de fatores, sendo os principais o tamanho da bordadura, a umidade relativa do ar e a velocidade do vento.


EVAPORÍMETROS

Evapotranspiração

Tanque Classe A

- O mais usado no mundo é o tanque classe A, que tem forma circular com um diâmetro de 121 cm e profundidade de 25,5 cm. Construído em aço ou ferro galvanizado, deve ser pintado na cor alumínio e instalado numa plataforma de madeira a 15 cm da superfície do solo. Deve permanecer com água variando entre 5,0 e 7,5 cm da borda superior.

- O fator que relaciona a evaporação de um reservatório e do tanque classe

A oscila entre 0,6 e 0,8, sendo 0,7 o

valor mais utilizado.


Evaporímetro – Tanque Classe A

Evapotranspiração

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Evapotranspiração



Evapotranspiração


Evapotranspiração




Evapotranspiração

ETP ou ET0 = ECA x Kp

O valor de Kp é fornecido por tabelas, equações, ou ainda pode-se empregar um valor fixo aproximado, caso não haja disponibilidade de dados de UR e U para sua determinação. Duas situações são consideradas para a obtenção do Kp.


Evapotranspiração

Vento (km/d) Bordadura UR

<40% 40 a 70% >70%

Leve 1 0,55 0,65 0,75

(<175) 10 0,65 0,75 0,85

100 0,70 0,80 0,85

1000 0,75 0,85 0,85

Moderado 1 0,50 0,60 0,65

(175 a 425) 10 0,60 0,70 0,75

100 0,65 0,75 0,80

1000 0,70 0,80 0,80

Valores de Kp para o Caso A

Vento (km/d) Bordadura UR

<40% 40 a 70% >70%

Leve 1 0,70 0,80 0,85

(<175) 10 0,60 0,70 0,80

100 0,55 0,65 0,75

1000 0,50 0,60 0,70

Moderado 1 0,65 0,75 0,80

(175 a 425) 10 0,55 0,65 0,70

100 0,50 0,60 0,65

1000 0,45 0,55 0,60

Valores de Kp para o Caso B



Evapotranspiração

Além das tabelas, Kp pode ser determinado pela seguinte equação:

Kp = 0,482 + 0,024 Ln (B) – 0,000376 U + 0,0045 UR

B = bordadura, em m;

U = velocidade do vento, em km/d;

UR = umidade relativa do ar, em %.

Além disso pode-se adotar um valor fixo de Kp, quando não se dispõe dos dados de B, U e UR:

Kp = 0,7 a 0,8

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Evaporação de reservatórios e lagos

Evapotranspiração

- A evaporação da água de reservatórios é de especial interesse para a engenharia, porque afeta o rendimento de reservatórios para abastecimento, irrigação e geração de energia. - Reservatórios são criados para regularizar a vazão dos rios, aumentando a disponibilidade de água e de energia nos períodos de escassez. - A criação de um reservatório, entretanto, cria uma vasta superfície líquida que disponibiliza água para evaporação, o que pode ser considerado uma perda de água e de energia.



Evapotranspiração

- A evaporação da água em reservatórios pode ser estimada a partir de medições de Tanques, como o Classe A, entretanto é necessário aplicar um coeficiente de redução (Ft) em relação às medições de tanque. - Isto ocorre porque a água do reservatório normalmente está mais fria do que a água do tanque, que tem um volume pequeno e está completamente exposta à radiação solar.



Evapotranspiração

- Assim, para estimar a evaporação em

reservatórios e lagos costuma-se

considerar que esta tem um valor de

aproximadamente 60 a 80% da evaporação

medida em Tanque Classe A na mesma

região, isto é:

Onde Ft tem valores entre 0,6 e 0,8.

ttanquelago FEE


Evapotranspiração




Evapotranspiração

- O reservatório de Sobradinho, um dos mais importantes do rio São Francisco, tem uma área superficial de 4.214 km2, constituindo-se um dos maiores lagos artificiais do mundo, está numa das regiões mais secas do Brasil. - Em consequência disso, a evaporação direta deste reservatório é estimada em 200 m3.s-1, o que corresponde a cerca de 10% da vazão regularizada do rio São Francisco (perda por evaporação superior à vazão prevista para o projeto de integração do RSF).


EQUAÇÕES – Empíricas ou Físicas

Evapotranspiração

Usando apenas a temperatura;

Usando a temperatura e a umidade do ar;

Usando a temperatura e a radiação solar;

Equações de Penmann (insolação, temperatura, umidade relativa, velocidade do vento).

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EQUAÇÕES – Baseados na temperatura e radiação

Evapotranspiração

Jensen Haise;

Turc;

Grassi;

Stephens – Stewart;

Makkink.


EQUAÇÕES – Baseados na temperatura e umidade do ar

Evapotranspiração

Blaney-Morin;

Hamon;

Hargreaves;

Papadakis.


EQUAÇÕES – Métodos combinados

Evapotranspiração

Penman;

Christiansen;

Van Bavel;

Penman-Monteith.


Método de Thornthwaite

Evapotranspiração

Usando apenas a temperatura;

Método empírico;

Baseado na temperatura média do ar (principal vantagem);

Desenvolvido para condições de clima úmido;

Apresenta subestimativa da ETP em clima seco;

Bastante empregado na escala mensal.

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Método de Camargo

Evapotranspiração

Método empírico, baseado em Thornthwaite (apresentando as mesmas vantagens e restrições);

Não necessita da temperatura média anual normal;

Considera a irradiância solar extraterrestre (Qo).


Método de Camargo

Evapotranspiração


Método de Hargreaves-Samani

Evapotranspiração

Método empírico, desenvolvido para clima seco;

Baseia-se na temperatura média do ar e na amplitude térmica;

Vantagem de boa aplicabilidade em regiões áridas e semiáridas. Porém, apresenta superestimativa em climas úmidos.


Método de Penman

Evapotranspiração

Método físico;

ETP é função dos termo energético e aerodinâmico (controlados pelas resistências ao transporte de vapor da superfície para a atmosfera);

As resistências são denominadas de resistência da cobertura (rs) e resistência aerodinâmica (ra).

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Método de Penman

Evapotranspiração


Evapotranspiração

Método de Penman - Monteith



Evapotranspiração

É a melhor equação disponível;

É genérica;

Precisa de muitos dados;

Alguns dados são difíceis de obter.



Evapotranspiração



Evapotranspiração

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Evapotranspiração


Método de Priestley-Taylor

Evapotranspiração

Método físico, baseado no método original de Penman;

Considera que o termo aerodinâmico (poder evaporante do ar) é condicionado pelo termo energético;

Mesmo levando em consideração o balanço de energia, o método apresenta um componente empírico.

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Próximo assunto:

Escoamento e Vazão

Evapotranspiração

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