EVAPOTRANSPIRACIÓN La evapotranspiración está constituida por las pérdidas totales, es decir: evaporación de la superficie evaporante (del suelo y agua) + transpiración de las plantas. El término evapotranspiración potencial fue introducido por Thornthwaite, y se define como la pérdida total del agua, que ocurriría si en ningún momento existiera deficiencia de agua en el suelo, para el uso de la vegetación. Se define como el uso consuntivo, la suma de la evapotranspiración y el agua utilizada directamente para construir los tejidos de las plantas. Como el agua para construir los tejidos, comparada con la evapotranspiración es despreciable es despreciable, se puede tomar: Uso consuntivo= evapotranspiración En los proyectos de irrigación, interesa hacer cálculos previos de las necesidades de agua de los cultivos. Estas necesidades de agua, que van a ser satisfechas mediante el riego, viene a constituir la evapotranspiración o el uso- consuntivo. Para el cálculo de estas cantidades de agua de agua se han desarrollados métodos basados en datos meteorológicos, de los cuales los más conocidos son el Thornthwaite y el Blaney- Clidde
Métodos para calcular la evapotranspiración: 1. MÉTODOS DIRECTOS Proporcionan directamente el consumo total de agua requerida, utilizando para ello aparatos e instrumentos para su determinación. Pueden ser:
Lisímétrico Evapotranspirómetros Atmómetros Método gravimétrico
2. MÉTODOS INDIRECTOS Utilizan formulas científicas para determinar el consumo de agua a través de todo el período vegetativo de las plantas. Los principales métodos son los siguientes:
Método del tanque evaporímetro Clase “A” Método de Blaney – Criddle (modificado por FAO) Método de Penman (Modificado por FAO) Método de Heargreaves Método de Radiación Método de Christiansen Método de Jensen – Heise Método de Thorntwaite
LISIMETRO (método directo) Un lisímetro es un gran recipiente que encierra una determinada porción de suelo con superficie desnuda o con cubierta vegetal, ubicado en campo para representar condiciones naturales y que se utiliza para determinar la evapotranspiración de un cultivo en crecimiento, de una cubierta vegetal de referencia, o la evaporación de un suelo desnudo (Aboukhaled, 1986). Los lisímetros pueden ser divididos en dos grandes grupos: Los lisímetros de pesada Los de drenaje Dentro de los lisímetros de drenaje se pueden encontrar con o sin succión, la diferencia entre estos es que los de drenaje sin succión recolectan el agua del suelo que se filtra naturalmente hacia abajo por los suelos, es decir, el agua que se mueve por efecto de la gravedad y en los
lisímetros de drenaje con succión se aplica una succión para extraer el agua del suelo despacio a través de un material poroso
Los lisímetros fueron diseñados para recoger el agua de infiltración, y los de pesada, (mucho más costosos que los de drenaje), fueron concebidos para el cálculo de la evapotranspiración. El lisímetro de pesada se apoya sobre un Sistema hidráulico o una balanza de precisión. Los lisímetros de drenaje tienen una salida en el fondo, de manera que el agua que se infiltra es recogida en un recipiente que se pueda aforar (Tuñón, 2000).
Descripción general de los lisímetros El diseño dela estación lisimetrica se muestra en la figura. En los lisímetros 6, 7, 8, 10, 11 y 12 se plantó un cítrico; el lisímetro 17 no tiene drenaje y ha estado sometido a saturación constante; en el lisímetro 9, de mayor superficie, se instalaron sondas fijas de humedad y tensiómetros.
Esquema del diseño original de la estación de Lisímetrica.
Un ejemplo de un lisímetro: tenemos al Lisímetro de Demostración, Equipo diseñado para la medición de la evapotranspiración por el método de balance de agua. El Lisímetro de Demostración (PL) consta de recipientes en los cuales se coloca suelo de cualquier tipo y se cultiva una variedad de cultivos. Cada recipiente a su vez se coloca sobre una placa montada hidráulicamente que se utiliza para observar cambios en el peso del sistema debidos a la evapotranspiración.
Especificaciones: Estructura de aluminio anodizado. Paneles y principales elementos metálicos en acero inoxidable. Diagrama en el panel frontal con distribución similar a la de los elementos en el equipo real. 2 bases y 2 discos interiores sobre los que se colocan los recipientes llenos de suelo y plantas. 2 dispositivos sensores hidráulicos situados en las bases y conectados a las columnas de agua graduadas. 2 columnas de agua graduadas montadas por encima de los lisímetros. Dos recipientes de 300 mm. De diámetro aprox. Cada recipiente a su vez se coloca sobre una placa montada hidráulicamente que se utiliza para observar y monitorizar cambios en el peso del sistema debidos a la evapotranspiración. Conjunto de pesos de calibración ( 2 de 2,5 Kg., 1 de 0,5 Kg., 2 de 200 gr., y 2 de 100 gr.). El equipo dispone de ruedas para su movilidad.
MÉTODO DE THORNWAITE Fue desarrollada en los Estados unidos, se pueden aplicar con relativa confianza en regiones húmedas como Costa Rica. Para su cálculo se requieren datos de temperaturas medidas mensuales. Este método utiliza la temperatura mensual promedio y el largo del día. La ecuación es la El método de Thornwaite subestima la PET calculada durante el verano cuando ocurre la radiación máxima del año. Además, la aplicación de la ecuación a períodos cortos de tiempo puede llevar a errores serios. Durante períodos cortos la temperatura promedio no es una medida propia de la radiación recibida. Durante términos largos, la temperatura y la ET son funciones similares de la radiación neta. Estos se auto relacionan cuando los períodos considerados son largos y la fórmula los estima con precisión. Para el cálculo de la evapotranspiración por el método de Thornwaite, hacer lo siguiente: 1.- Calcular la evapotranspiración mensual e, en mm por mes de 30 días de 12 horas de duración. ϵ= 16(10 T /I)a
………………………………………………….. a.1
Dónde: ϵ= Evapotranspiración mensual en mm por mes de 30 días, y 12 horas de duración. T= Temperatura promedio mensual, °C. I= ∑i= índice térmica anual……………………………………………. a.2 ….i i=( [ T]1.514)/5 i= índice térmico mensual………………………… a.3 ….a= 0.6751x10-6 I2 + 0.017921 + 0.49239…………………………. a.4 …a= exponente que varía con el índice anual de calor de la localidad. Corregir el valor de e, de acuerdo con el mes considerado y a latitud de la localidad que determinan las horas de sol, cuyos valores se obtienen de la tabla A.1. Tabla A.1 Factor de corrección f, por duraciones medidas de las horas de sol expresadas en unidades de 30 días, con 12 horas de sol cada una.
Ejemplo: Como Costa rica se encuentra a 10°C latitud norte, de la a.1, el factor de corrección para el mes de enero es 0.98, febrero 0.91 y así sucesivamente, luego: ec= evaporación mensual corregida, en mm f= factor de corrección e= evapotranspiración mensual sin corregir, en mm Ejemplo ilustrativo: En la estación Tilan, se obtienen datos de temperaturas medias mensuales, para el período 1980-2000, las cuales se muestran en la tabla a.2 Tabla A.2 Temperaturas medias mensuales de la estación Tilarán Mes T °C Mes T °C
E 22.6 J 23.8
F 22.9 A 23.8
M 23.7 S 23.8
A 24.7 O 28.7
M 23.7 N 23.2
J 23.9 D 22.7
Utilizando el método de Thornthwaire estimar la evapotranspiración potencial diaria.
SOLUCIÓN: Los cálculos se muestran en la tabla A.3, siendo cada una de las columnas como se indica: 2a C: T promedio mensual en °C.
3a C: índice térmico mensual, calculado con la ecuación (a.3), siendo además I = ∑i= 128.860 4a C: evapotranspiración mensual en mm, sin corregir, calculado con la ecuación a.1, donde el valor de la ecuación (a.4), siendo su valor a= 2.96584. 5a C: factor de corrección f, obtenida de la tabla A.1, para una altitud 10° Norte. 6a C: evaporación mensual corregida en mm, con ecuación (a.5) 7 a C: evaporación diaria corregida en mm, que se obtiene dividiendo la columna 6 entre el número de días que tiene el mes. Tabla A.3 cálculo de la evapotranspiración diaria, método de Thornthwaite.
mes E F M A M J J A S O N D
T (2) 22.6 22.9 23.7 24.7 23.7 23.9 23.8 23.8 23.8 28.7 23.2 22.7
Indice i (3) 9.85 10.013 10.547 11.228 10.547 10.682 10.614 10.614 10.614 14.093 10.212 9.881
e (mm) (4) 84.675 88.053 97.492 110.206 97.492 99.953 98.718 98.718 98.718 172.001 91.518 85.791
Factor f (5) 0.98 0.91 1.03 1.03 1.08 1.06 1.08 10.7 1.02 1.02 0.98 0.99
ec(mm) (6) 82.982 80.1278 100.4 113.51 105.29 105.95 105.6 100.6 100.7 175.44 89.69 84.933
ediara (7) 2.68 2.86 3.24 3.78 3.40 3.53 3.44 3.41 3.36 5.66 2.99 2.74
METODO DE GRAVIMETRO (METODO DIRECTO) Se basa en la determinación de los diferentes valores de humedad registrados en una serie de pesadas que se efectúan a través del ciclo vegetativo, obtenidos a una profundidad igual a la que tiene las raíces de las plantas del cultivo. En función a estas diferencias y de las características del suelo, se obtienen las láminas de agua consumidas por evapotranspiración, en un período de tiempo determinado. La expresión matemática es la siguiente: La = Ps x Da x Pr Dónde: La = Uc = Lámina de riego o Uso consuntivo en cm.
Ps = % de agua consumida, es igual a la diferencia de humedad que presenta el suelo entre dos riegos. Da = Densidad aparente (adimensional) Pr = Profundidad del suelo en cm.
MÉTODO DE JENSEN- HAISE La ecuación de Jensen-Haise [9] es el resultado de la revisión de unas 3,000 medidas de ET hechas en el oeste de los Estados Unidos por un período de 35 años. La ecuación es la Siguiente: EPT = Rs (0.025T + 0.08) --------------------------------------------------------------- /9/ Dónde: EPT= Evapotranspiración potencial, mm/día. Rs = Radiación solar total diaria, mm de agua. T
= Temperatura promedio del aire, °C.
Esta temperatura subestima seriamente la ET bajo condiciones de alto movimiento de masas de aire atmosférico, pero da buenos resultados en atmósferas tranquilas.
MÉTODO DE HARGREAVES Hargreaves desarrollo un método para estimar la PET el cual utiliza un mínimo de datos climatológicos. La fórmula es como sigue: Cuadro 2. Coeficiente de bandeja KP para bandeja de evaporación clase A bajo diferentes
condiciones. EPT = MF (1.8 T + 32) CH -------------------------------------------------------- /12/ Dónde: PET = Evapotranspiración potencial, mm/ mes. MF = Factor mensual dependiente de la latitud. T
= Temperatura promedio mensual, °C.
CH = Factor de corrección para la humedad relativa (HR) a ser usado para la HR excede el 64% = 0.166 (100 – HR)1/2 ------------------------------------ /12a/ La fórmula original de Hargreaves para PET, basada en radiación y temperatura puede presentarse como: EPT = (0.0135 x RS) x [T + 17.8] -------------------------------------------------- /13/ Dónde: RS = Radiación solar, mm /día. T
= Temperatura promedio, °C.
Para estimar RS de la radiación extraterrestre (RA) Hargreaves y Samani [7, 8] formularon la siguiente ecuación: RS = Krs x RA x TD0.50------------------------------------------------------------ /13a/ Dónde: T
= Temperatura Promedio, °C.
RS = Radiación solar. RA = Radiación extraterrestre. Krs = Coeficiente de calibración. TD = Temperatura máxima menos temperatura mínima
