INFORME EVAPORACIÓN - TRANSPIRACIÓN

HIDROLOGÍA GENERAL

EVAPORA CIÓN CIÓN - TRA TRA NSPIRACIÓN

EVAPORACIÓN La evaporación es una etapa permanente del ciclo hidrológico. Hay evaporación en todo momento y en toda superficie húmeda. Considerada un fenómeno puramente físico, la evaporación es el paso del agua del estado líquido al estado gaseoso; sin embargo hay otra evaporación provocada por la actividad de las plantas, el cual recibe el nombre de transpiración. Los fenómenos de evaporación intervienen en el ciclo hidrológico desde el momento en que las precipitaciones llegan a la superficie del suelo. En fin, el agua que impregna las capas superficiales del terreno, procede de las lluvias recientes, infiltradas en pequeña profundidad o sube por capilaridad de la capa freática, constituye directamente por intermedio de la cobertura vegetal una fuente importante para la evaporación.

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FACTORES METEOROLÓGICOS QUE AFECTAN LA EVAPORACIÓN:

-

Radiación solar

-

Temperatura del aire

-

Presión de vapor

-

Viento

-

Presión atmosférica.

De todos los factores que intervienen en la evaporación, evaporaci ón, la radiación solar es el más importante, la evaporación varia con la latitud, época del año, hora del día y condiciones de nubosidad.

ING. SALAZAR SÁNCHEZ DANTE

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EVAPORA CIÓN - TRA NSPIRACIÓN

Radiación solar Fuente de energía para suministrar el calor latente de vaporización.

Temperatura del aire El papel de la temperatura del aire es doble porque aumenta la energía cinética de las moléculas y disminuye la tensión superficial que trata de retenerlas.

Viento La velocidad del viento será necesaria para remover y mezclar las capas húmedas inferiores con las superiores de menor contenido de humedad.

Presión Atmosférica La evaporación aumenta, al disminuir la presión atmosférica, manteniendo constantes los demás factores. Sin embargo, se ha observado que al aumentar la altitud, decrece la evaporación.

EVAPOTRANSPIRACIÓN (ET) Es la suma de dos fenómenos que tiene lugar en la relación cultivo-suelo, la transpiración del cultivo y la evaporación del suelo, la misma constituye la perdida fundamental de agua, a partir de la cual se calcula la necesidad de agua de los cultivos. Evapotranspiración es el resultado del proceso por el cual, el agua cambia de estado líquido a gaseoso, y directamente, o a través de las plantas, vuelve a la atmósfera en forma de vapor. El término sólo es aplicable correctamente a una determinada área de terreno cubierta por vegetación. Ante la ausencia de vegetación, sólo se puede hablar de evaporación. Incluye tanto la evaporación de agua en forma sólida como líquida directamente del suelo o desde las superficies vegetales vivas o muertas (rocío, escarcha, lluvia interceptada por la vegetación), como las pérdidas de agua a través de las superficies vegetales, particularmente las hojas.


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La evapotranspiración depende, entre otros, de dos factores muy variables y difíciles de medir: el contenido de humedad de suelo y el desarrollo vegetal de la planta. Por esta razón Thornthwaite (1948) introdujo el término de evapotranspiración potencial o pérdidas por evapotranspiración, en el doble supuesto de un desarrollo vegetal óptimo y una capacidad de campo permanentemente completa. La evapotranspiración es un componente fundamental del balance hidrológico y un factor clave en la interacción entre la superficie terrestre y la atmósfera. La unidad más usual para expresar las pérdidas por evapotranspiración es, el mm de altura de agua, lo que equivale a 10 m 3/Ha. La medida siempre se refiere a un determinado intervalo de tiempo ( mm/día). -

Evapotranspiración real (ETr) Se define como la cantidad de agua realmente consumida por un terreno cultivado de acuerdo con las disponibilidades de agua.

-

Evapotranspiración potencial (ETp) Se define a la máxima cantidad de agua que puede evaporarse desde un suelo completamente cubierto de vegetación, que se desarrolla en óptimas condiciones, y en el supuesto caso de no existir limitaciones en la disponibilidad de agua. Según esta definición, la magnitud de la ETp está regulada solamente por las condiciones meteorológicas o climáticas, según el caso, del momento o período para el cual se realiza la estimación. La diferencia entre los dos tipos es la necesidad de riego.

En torno al concepto de evapotranspiración, existen algunos términos a tener en cuenta: -

Uso consuntivo del agua: Se refiere a la cantidad de agua consumida en una zona, al satisfacer, total o parcialmente. Para el caso de demanda agrícola, los términos uso consuntivo y evapotranspiración pueden considerarse como sinónimos.

Consuntivo ≈ Evapotranspiración

-

Demanda de agua para riego: estrechamente relacionada con el concepto de evapotranspiración, pero no son equivalente, pues tienen como base de cálculo la diferencia entre evapotranspiración potencial y evapotranspiración real.


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-


FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA EVAPOTRANSPIRACIÓN:

-

Factores de orden climático; temperatura, radiación solar, pluviometría, humedad del aire, velocidad del viento. Factores dependientes del suelo; textura, estructura, porcentaje de sustancias orgánicas. Factores de orden hidrológico; PH del suelo, profundidad de la capa freática. Factores de orden agro fitológico; labores del terreno, cobertura vegetal, etc.

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COEFICIENTE DE CULTIVO (Kc)

-

Un coeficiente de cultivo, Kc, es un coeficiente de ajuste el cual describe las variaciones de la cantidad de agua que las plantas extraen del suelo a medida que se van desarrollando, desde la siembra hasta la recolección. Permite calcular la ETr a partir de la ETp o ETo. Estos coeficientes dependen fundamentalmente de las características propias de cada cultivo, por tanto, son específicos para cada uno de ellos y dependen de su estado de desarrollo y de sus etapas fenológicas, por ello, son variables a lo largo del tiempo. Dependen también de las características del suelo y su humedad, así como de las prácticas agrícolas y del riego. En los cultivos anuales normalmente se diferencian 4 etapas o fases de cultivo:

INICIAL: Desde la siembra hasta un 10% de la cobertura del suelo. DESARROLLO: Desde el 10% de cobertura y durante el crecimiento activo de la planta.

MEDIA: Entre floración y fructificación, correspondiente en la mayoría de los casos al 70 – 80% de cobertura máxima de cada cultivo.

MADURACIÓN: Desde madurez hasta recolección.


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La evapotranspiración del cultivo ET c se calcula como el producto de la evapotranspiración del cultivo de referencia ET r y el coeficiente de cultivo K c

ETc = Kc x ETr Donde: ETc: Evapotranspiración del cultivo (mm/día) Kc: Coeficiente del cultivo (adimensional) ETr : Evapotranspiración de referencia (mm/día) El cálculo de la evapotranspiración del cultivo bajo estas condiciones supone que no existen limitaciones de ningún tipo en el desarrollo de los mismos. Que no existe ninguna limitación debida a estrés hídrico o salino, densidad del cultivo, plagas y enfermedades, presencia de malezas o baja fertilidad. Debido a las variaciones en las características propias del cultivo durante las diferentes etapas de crecimiento, K c cambia desde la siembra hasta la cosecha. En la siguiente figura se presenta en forma esquemática dichos cambios.


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Procedimiento de cálculo de la evapotrans piración del cultivo, entonces s ería el s ig uiente: 1. Identificar las etapas de desarrollo del cultivo, determinando la duración de cada etapa y seleccionando los valores correspondientes de Kc. 2. Ajustar los valores de K c seleccionados según la frecuencia de riego o las condiciones climáticas durante cada etapa. 3. Construir la curva del coeficiente del cultivo (permite la determinación de Kc para cualquier etapa durante su período de desarrollo). 4. Calcular ET c como el producto de ET p y Kc.

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CÉDULA DE CULTIVOS Es la planificación de los cultivos a implantarse en un área determinada en función a las condiciones climáticas, período de desarrollo de los cultivos y la disponibilidad de agua. Con un módulo de riego que debe aplicarse a un cultivo durante su período de vegetación y con una demanda de agua de uso agrícola.

CRITERIOS TÉCNICOS PARA ELEGIR CÉDULA DE CULTIVO: -

Clima y aptitud de los suelos.

-

Nivel de la demanda de agua de los cultivos.

-

Rentabilidad de los cultivos.

-

Comportamiento del mercado para la adquisición de insumos y para la venta de la producción.

-

Tenencia de la tierra.

-

Vías de comunicación.

-

Disponibilidad de servicios para la producción y comercialización.


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COEFICIENTES DE CULTIVOS EN LA ZONA La cédula de cultivo afecta la necesidad de agua de riego, de acuerdo a un factor Kc que se aplica a la ET p y determina el valor de la evapotranspiración y se denomina ETM (evapotranspiración máxima). El valor de K c de un cultivo, varía de acuerdo al período de desarrollo de cultivo, que se clasifican en:

-

Período inicial.

-

Desarrollo del cultivo.

-

Mediados del período.

-

Finales del período.

VALORES DE Kc DE LOS CULTIVOS Período de cultivo Cultivo

Inicial

Desarrollo

Mediados

Finales

Zanahoria

0.45

0.75

1.05

0.90

Algodón

0.45

0.75

1.15

0.75

Cucurbitáceas

0.45

0.70

0.90

0.75

Tomate

0.45

0.75

1.15

0.80

Lechuga - espinaca

0.45

0.60

1.00

0.90

Maíz choclo

0.40

0.80

1.15

1.00

Maíz grano

0.40

0.80

1.15

0.70

Melón

0.45

0.75

1.00

0.75

Cebolla verde

0.50

0.70

1.00

1.00

Cebolla seca

0.50

0.75

1.05

0.85

Papa

0.45

0.75

1.15

0.85

Girasol

0.35

0.75

1.15

0.55

Tabaco

0.35

0.75

1.10

0.90


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CALENDARIO DE SIEMBRA Tiempos aproximados de los períodos de cultivo (días).

Cultivos

Total

Inicial

Desarrollo

Mediano

Final

Zanahoria

100

20

30

30

20

150

25

35

70

20

180

30

50

55

45

195

30

50

65

50

105

20

30

40

15

130

25

35

50

20

75

20

30

15

10

140

35

50

45

10

80

20

25

25

10

110

20

30

30

10

125

20

35

40

30

180

30

50

60

40

120

25

35

40

20

160

30

50

65

20

70

25

30

10

5

95

25

40

20

10

150

15

25

70

40

210

20

35

110

45

105

25

30

30

20

145

30

35

50

30

125

20

35

45

25

130

25

35

45

25

135

30

40

40

25

180

35

45

70

30

Algodón

Cucurbitáceas

Lechuga

Maíz choclo

Maíz grano

Melón

Cebolla verde

Cebolla seca

Papa

Girasol

Tomate


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MÉTODOS PARA CALCULAR LA EVAPORACIÓN

Tanques de Evaporación Los depósitos o tanques de evaporación utilizados son de formas, dimensiones y características diferentes. La evaporación diaria se calcula evaluando la diferencia entre los volúmenes de agua en el tanque en días sucesivos, teniendo en cuenta las precipitaciones durante el periodo considerado. El volumen de evaporación

entre dos observaciones del nivel del agua en el tanque se estima mediante la fórmula: E = P ± ∆D

Donde: P: es la altura de precipitación entre las dos mediciones ∆D: la altura del agua añadida (+) o sustraída (-) del tanque.

Además del tanque, se emplean los siguientes instrumentos en las estaciones evaporímetras: un anemógrafo integrado o anemómetro, situado a uno o dos metros por encima del tanque para determinar el movimiento del viento sobre el tanque, un pluviómetro o fluviógrafo, termómetros o termógrafos que proporcionan las temperaturas máxima, mínima y media del agua del tanque, termómetros o termógrafos de máxima y mínima para medir las temperaturas de aire, o un psicrómetro si se desea conocer la temperatura y humedad del aire. La relación entre valores medidos en una misma estación con tanques flotantes y evaporímetros está comprendida entre 0.45 y 0.6.


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Los tanques evaporímetros se los puede clasificar en dos categorías, según que estén dispuestos en la superficie del suelo o enterrados en este:

a. Los tanques s uperficiales; sus resultados no corren el riesgo de ser falseados por el rebote de las gotas de lluvia que caen en el terreno lindante. Son muy sensibles a las variaciones de la temperatura del aire y a los efectos de la insolación. Si se aíslan térmicamente las paredes exteriores del tanque para reducir el intercambio de calor con el ambiente, se observan tasas de evaporación más bajas.

El tanque tipo A es el más utilizado , tiene un diámetro de 121.9 cm y una profundidad de 25.4 cm, la profundidad del agua es mantenida entre 17.5 cm y 20 cm. Está construido de hierro galvanizado no pintado y colocado sobre un enrejado a 15 cm sobre el nivel del terreno. La medición se realiza apoyando en un tubo de nivelación un tornillo micrométrico que tiene un extremo en forma un tornillo micrométrico que tiene un extremo en forma de gancho cuya punta se enrasa con el nivel del agua. El coeficiente de reducción aconsejado para pasar de las medidas del estanque a la evaporación real anual es 0.7, variando mensualmente este valor entre 0.6 y 0.8.

Los tanques enterrados, son menos sensibles a las influencias de la temperatura y la radiación de las paredes, pero las gotas de lluvia que rebotan en el suelo y los detritos que recogen pueden ser la causa de errores de medición.


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Método del balance de energía Es uno de los principales flujos de energía en el intercambio energético entre la superficie terrestre y la atmósfera. El cambio de fase requiere una gran cantidad de energía disponible. Debido a esta limitación, es posible predecir la cantidad de evapotranspiración aplicando el principio de conservación de la energía según el cual, la energía que llega a la superficie debe ser igual a la energía que sale de la misma, dentro de un periodo determinado. La ecuación del balance de energía de una superficie, considerando sólo los flujos verticales es la siguiente:

Donde: R n: Radiación neta en la superficie (W m -2 ), es la energía intercambiada por radiación. G: Flujo de energía en forma de calor intercambiado por conducción entre la superficie del cultivo y el suelo (W m -2 ). λ ET: Calor latente, es el flujo de energía en forma de calor asociado al flujo de vapor de agua (W m -2 ). Esta es la energía que se requiere para el proceso de evaporación. Así λ es el calor de vaporización, es decir, la energía necesaria para evaporar la unidad de masa. H: Calor sensible, es el flujo de energía en forma de calor intercambiado por convección entre la superficie y la atmósfera (W m -2 ), es decir debido a la diferencia de temperaturas entre la superficie y la atmósfera.

En la ecuación del balance de energía no se ha tenido en cuenta el flujo de energía horizontal, llamado advección, puesto que su aplicación está indicada en grandes superficies de vegetación. El flujo de vapor de agua, ET, es la masa de agua transportada por unidad de tiempo y unidad de superficie (kg m -2 s-1) en el Sistema Internacional (SI). Es usual considerar en lugar de masa, el volumen de agua transportado.


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Método basado en el balance hídrico del suelo Este método consiste en determinar las entradas y salidas del flujo en la zona del suelo ocupada por las raíces en un determinado intervalo temporal. Los aportes de agua vienen dados por el riego (R) y la lluvia (P), mientras que las pérdidas pueden ser por escorrentía superficial (Es) y percolación profunda (D). Además, si el nivel freático se encuentra a escasa profundidad de las raíces, también aportará agua el ascenso capilar, mientras que en caso de pendientes en el terreno habría considerar entradas y salidas de flujos sub superficiales (Fs). Finalmente, la evaporación desde el suelo y la transpiración desde las plantas extraen agua de la zona de las raíces. Si todos estos flujos son medidos, la evapotranspiración puede deducirse, teniendo también en cuenta el cambio en el almacenamiento de agua en el suelo (∆w), para cuya determinación se pueden emplear técnicas de gravimetría. La ecuación del balance hídrico presenta la siguiente forma: ET = R + P – Es – D – Fs + ∆w

Este balance hídrico del suelo suele emplearse para estimar la evapotranspiración en períodos semanales o superiores.

Lisimetría 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. Al aislarse la zona del suelo en que se asientan las raíces de su entorno, tanto los flujos laterales como los de percolación o ascenso capilar son nulos. En los lisímetros de pesada el incremento o pérdida de agua se mide por el cambio en la masa obtenido pesando el recipiente en el que se encuentra el suelo. ING. SALAZAR SÁNCHEZ DANTE

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La ecuación del balance hídrico del suelo que representa las entradas y salidas de agua de un lisímetro para cada período de medida es la siguiente: P + R = ET + D ± ∆w

La precipitación (P) y el riego (R) son medidos utilizando pluviómetros o métodos volumétricos convencionales. Al tratarse de un recipiente con paredes laterales, la escorrentía sub superficial puede considerarse nula. Para drenar y medir el agua que percola a través de la masa de suelo (D) se utiliza una cámara de drenaje y un recipiente de volumen conocido.

Para conocer las variaciones en el contenido de agua en la masa de suelo (∆w) se utilizan métodos de gravimetría, tensiómetros, etc. De esta forma el lisímetro proporciona una medida directa de la evapotranspiración en el período considerado, siendo el procedimiento que proporciona valores más precisos de ET.

Métodos numéricos de estimación de la evapotranspiración de los cultivos La complejidad que presentan los métodos directos de estimación de la evapotranspiración real (ET act) ha llevado al desarrollo de una metodología basada en la evapotranspiración de referencia (ET ref ), utilizando parámetros climáticos y el coeficiente de cultivo (K c). ETact = Kc x Ks x ETref

La evapotranspiración de referencia (ET o o ETr ) recoge las características climáticas de la zona, representando la demanda operativa de la atmósfera. El coeficiente de cultivo (K c) recoge las características del cultivo en condiciones estándar, mientras que el coeficiente de estrés K s, define el efecto del estrés de los cultivos sobre la ET de los mismos (ET act). Se pueden encontrar valores típicos del coeficiente de cultivo bajo condiciones climáticas.


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CONCLUSIONES:

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Los métodos para los cálculos de evaporación sean, tanques de evaporación, balance hídrico, balance de energía, métodos numéricos. Cada una de estas etapas son estudiadas y calculadas mediante diversos métodos los cuales han sido expuestos y experimentados.

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La importancia cuantitativa de este proceso es muy grande. Como promedio global, el 57% de la precipitación anual es devuelta a la atmósfera por evapotranspiración alcanzando del 90% y hasta del 100% en zonas áridas y desérticas. Las cantidades de agua que por este proceso vuelven a la atmósfera y la energía necesaria para ello, alcanzan cifras realmente notables. La evapotranspiración tiene gran importancia, especialmente respecto al total de agua recibida por una zona, que muy frecuentemente, es del orden del 70% de ésta, llegando en algunos lugares al 90%.


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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Villón Béjar, M. (2002). Hidrología (2ª.ed.) Lima, Editorial Villón .

ana.gob.pe. (07 de Mayo de 2017). Obtenido de http://www.ana.gob.pe/media/325063/10%20perfil%20laguna%20mucurca.pdf Economiaandaluza.es. (07 de Mayo de 2017). Obtenido de http://www.economiaandaluza.es/sites/default/files/cap496.pdf ecured.cu. (07 de Mayo de 2017). Obtenido de https://www.ecured.cu/Evapotranspiraci%C3%B3n Hidrología.usal.es. (07 de Mayo de 2017). Obtenido de http://hidrologia.usal.es/temas/Evapotransp.pdf Miliarium. (07 de Mayo de 2017). Obtenido de http://www.miliarium.com/Proyectos/EstudiosHidrogeologicos/Memoria/Evapotrans piracion/evapotranspiracion.asp


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