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INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIÑO PUERTO ORDAZ-ESTADO BOLIVAR ESCUELA 42 CATEDRA: HIDROLOGIA

REALIZADO POR:

Gianina Sánchez CI: 13.995.482 Franyelis perozo CI: 19.576.099 Miguel Pineda CI: 18.357.706 Nanyelis Rojas CI: 19.159.272 Darvis Quijada CI: 20.504.678 Karlina Veliz CI: 19.759.935

Puerto Ordaz, Mayo 2013

EVAPORACION La evaporación es un proceso físico en la cual las moléculas de la superficie libre adquieren energía cinética por acción de la energía solar y vencen la retención de la masa de agua, salen al aire y se acumulan formando una capa encima del agua; para que continúe el proceso es necesario remover esta capa de vapor de agua y esto lo hace el viento. La temperatura aumenta la energía cinética de las moléculas y disminuye la tensión superficial que trata de retenerlas.

EVAPOTRANSPIRACIÓN Cuando una planta absorbe agua del suelo, solo una parte muy pequeña se queda para formar parte de los tejidos de la planta, el resto regresa a la atmosfera en forma de vapor, configurando la transpiración; este fenómeno constituye una fase importante del ciclo hidrológico porque este es el mecanismo por el cual el agua precipitada a la tierra regresa a la atmosfera.

El termino Evapotranspiración Potencial fue introducido por Thornthwaite y se define como la pérdida total de agua que ocurriría si en ningún momento existiera deficiencia de agua en el suelo para el uso de la vegetación.

FACTORES METEOROLÓGICOS QUE DETERMINAN LA EVAPORACIÓN Los principales factores en la evaporación son: 

Radiación solar (época del año, latitud, hora del día y nubosidad)



Temperatura del aire



Presión de vapor



Viento



Presión atmosférica.

El estudio de la evaporación y evapotranspiración se puede clasificar como:

Evaporación en Embalses 

Balance Hídrico



Monograma de Penman



Balance Energético de Penman



Formulas Empíricas

Medición Directa de Evaporación 

Tanques de Evaporación



Evaporímetro Piche

Evapotranspiración 

Método de Thornthwaite



Método de Blaney-Criddle

MEDICION DE LA EVAPORACIÓN La evaporación natural puede ser medida como la pérdida de agua desde la superficie o como la ganancia de vapor de agua por la atmósfera. En

la

actualidad

es

difícil

medir

directamente

la

evaporación

o

la

evapotranspiración de grandes superficies; sin embargo, existen diferentes métodos indirectos que dan resultados aceptables.

Tanques de evaporación Por su aparente simplicidad, los tanques de evaporación son los instrumentos más utilizados para estimar la evaporación potencial. Existen numerosos modelos de tanques de evaporación: unos son cuadrados y otros circulares; unos están instalados por encima del nivel del suelo, y otros están enterrados de forma que el nivel de agua coincida aproximadamente con la del terreno. Los tanques enterrados tienden a eliminar los efectos perjudiciales de los límites, como la radiación sobre las paredes laterales y el intercambio de calor entre la

atmósfera y el tanque, pero presentan dificultades para la observación, captan fácilmente basura, son difíciles de instalar, limpiar y reparar; además, las fugas no se detectan con facilidad y la vegetación que circunda al tanque puede tener ciertos efectos nocivos, y más aún, puede existir un intercambio apreciable de calor entre el tanque y el suelo. La evaporación en un tanque flotante en un embalse o lago es más aproximada a la evaporación del vaso, que la de los evaporímetros instalados en su orilla. Sin embargo, se tienen dificultades para efectuar las mediciones, las salpicaduras distorsionan los cálculos y en general los costos de instalación y mantenimiento son elevados.

MÉTODOS PARA ESTIMAR LA EVAPORACIÓN DESDE SUPERFICIES LIBRES DE AGUA La evaporación en lagos y embalses no puede ser medida directamente como la precipitación y el caudal. Es necesario determinarla por uno o más de los diferentes métodos descriptos: métodos del balance hídrico, del balance energético, aerodinámico y de tanques de evaporación.

Método del balance hídrico

Estos métodos están basados en el principio de conservación de la masa aplicado a una parte del ciclo hidrológico. La evaporación en un cuerpo de agua natural o artificial queda determinada por la diferencia entre las variables de entrada, precipitación P y caudal de entrada I, y las variables de salida: almacenamiento en las orillas Vs, caudal de salida O y la variación en el volumen de almacenamiento ΔS. E = P + I -Vs -O± ΔS (3.2) Este método no es el más recomendado, debido a que los errores en las mediciones de las variables de entrada, salida y almacenamiento son a menudo grandes comparados con la evaporación calculada.

Método del balance energético Para desarrollar las ecuaciones de continuidad y energía aplicables a la evaporación, se considera la evaporación desde un tanque de evaporación como el que se muestra en la Fig. 1.

Es un tanque circular que contiene agua, en el cual la tasa de evaporación se calcula midiendo la tasa de disminución del nivel de la superficie del agua. Se considera una superficie de control alrededor del tanque que incluya el agua en éste y el aire por encima.

Continuidad: Debido a que el volumen de control contiene agua en sus fases líquida y de vapor, la ecuación integral de continuidad debe ser escrita en forma separada. Para la fase líquida la propiedad extensiva es B=mw (masa de agua líquida); β=1, ρ=ρw (densidad del agua) y dB / dt == ṁw es la tasa de flujo de masa de evaporación. La ecuación de continuidad para la fase líquida es:

El tanque tiene lados impermeables, luego no existe flujo de agua líquida a través de la superficie de control y la integral de superficie es nula. La tasa de cambio de almacenamiento dentro del sistema está dada por la derivada temporal local de la integral de volumen y es igual a ρwA dh/dt, donde A es el área de la sección transversal del tanque y h es la profundidad del agua dentro de él. Dado que ṁw=ṁv, y sustituyendo en la ec. (3.3), tenemos:

Donde E=-dh/dt es la tasa de evaporación. Para la fase de vapor, B=mv es la masa de vapor de agua, β=1, ρ=ρv es la densidad del vapor y v dB / dt = ṁv. Luego, la ecuación de continuidad para esta fase es:

En términos de la humedad específica qv=ρv/ρa, donde ρa es la densidad del aire, tenemos:

La derivada temporal del vapor de agua almacenado dentro del volumen de control es cero para un flujo estacionario de aire sobre el tanque de evaporación. Luego, después de sustituir para ṁv de la ec. (3.4), la ec. (3.6) se convierte en:

Que es la ecuación de continuidad para un tanque de evaporación considerando tanto el agua como el vapor de agua. En un sentido más general, la ec. (3.7) puede usarse para definir las tasas de evaporación o evapotranspiración desde cualquier superficie cuando se escribe en la forma:

Donde E es la profundidad equivalente de agua evaporada por unidad de tiempo (mm/día). Energía: La cantidad de energía del sistema U (=B, en el teorema de transporte de Reynolds) estará dada por la suma de la energía interna, la energía cinética y energía potencial,

Luego, la propiedad intensiva correspondiente es:

Donde eu=Eu/m es la energía interna por unidad de masa. Por otro lado, la primera ley de la termodinámica indica que la tasa neta de transferencia de energía hacia el fluido es igual a la diferencia entre la tasa a la cual se transfiere calor al fluido desde fuentes externas, y la tasa a la cual el fluido realiza trabajo sobre el medio, esto es:

Utilizando la ecuación de balance de energía para un flujo no estacionario de densidad variable obtenemos

Para el tanque de evaporación considerado, dW/dt=0, eu es la energía calórica específica interna del agua, v = 0 (energía cinética cero) y el cambio en z es muy pequeño por lo cual,

Para el tanque de evaporación considerado, dW/dt=0, eu es la energía calórica específica interna del agua, v = 0 (energía cinética cero) y el cambio en z es muy pequeño por lo cual,

Considerando un área unitaria en la superficie de agua, la fuente de energía calórica es el campo de flujo neto de radiación Rn (potencia por unidad de área); el agua suministra un campo de flujo de calor de suelo G a la superficie de suelo, luego

Si se supone que la temperatura del agua dentro del volumen de control es constante en el tiempo, el único cambio en el calor que se almacena dentro del volumen de control es el que se produce en la energía interna del agua evaporada, el cual es igual a Le ṁv , donde Le es el calor latente de vaporización. Luego, la ec. (3.15) puede ser reescrita como:

Sustituyendo para ṁv de la ec. (3.4) para área A unitaria, la ec. (3.17) puede resolverse para E como:

Que es la ecuación de balance de energía para evaporación. Si el campo de flujo de calor sensible Hs y el campo de flujo de calor de suelo G equivalen a cero, entonces, la tasa de evaporación Er debida a la radiación puede calcularse como la tasa a la cual toda la radiación neta de entrada se absorbe por la evaporación:

FORMULAS SEMIEMPIRICAS Muchas expresiones empíricas se han desarrollado para estimar la evaporación desde superficies de agua libre, relacionándola con algunos factores que influyen en el fenómeno, englobando los demás en coeficientes empíricos (constantes para cada lugar), que deben ajustarse según las medidas experimentales obtenidas. La mayor parte de las formulas empíricas que se han propuesto se basan en el planteamiento aproximado de la ley de Dalton (Ev=k(es-ea)). Existe una gran cantidad de formulas de este tipo, pero todas ellas son muy similares, por lo que en este apartado se mencionaran solamente algunas. Formula de Meyer: Propuesta en el año 1915, no toma en cuenta la disponibiidad energetica: Em=C(es-ea)[1+Vw/16.09] Donde: Em = Evaporación mensual en cm. es = Presión de vapor de saturación media mensual en pulgadas de mercurio. ea = Presion de vapor media mensual en pulgadas de mercurio. Vw = Velocidad media mensual del viento, medida a 10 m de la superficie, en km/h.

C = Coeficiente empírico, cuyo valor puede formarse como de 38 para depósitos pequeños y evaporímetros y de 28 para grandes depósitos.

(Formula de Fitzgerald) Ev=(0.4+0.449*Vo)*(es-ea) Donde: Ev = Evaporación diaria, en mm. es = tensión de vapor de saturante para la temperatura superficial del agua, mmHg. ea = Tension de vapor en el aire, en mmHg. Vo = velocidad del viento sobre la superficie del agua.

NOMOGRAMA DE PENMAN: En 1948 Penman propuso dos formas de calcular la evaporación diaria (Eo) en mm., a partir de una superficie libre de agua. La primera de ellas es mediante el uso de un nomograma y segunda mediante un balance energético. Para el uso del nomograma se requiere la siguiente información: t = temperatura media del aire. h = humedad relativa media. U2 = velocidad media del viento a 2m de altura, en m/seg. n/D = duración relativa de insolación n = duración de insolación efectiva. D = duración del día astronómico (desde la salida hasta la puesta del sol)

n/D = 0 (cielo completamente cubierto) n/D = 1 (cielo completamente despejado) RA = valor de Argot. Es la cantidad de radiación solar, en calorías por día en un plano horizontal de 1 cm2., entrante en los límites exteriores de la atmósfera. Es una función de la posición geográfica y la época del año.

En el nomograma se encuentran Eo como la suma de tres términos. Eo = E1 + E2 + E3

LISIMETROS

Modelo esquemático de un lisímetro de balanza

Leyenda: A) Terreno en estudio B) Balanza C) Recolección del agua de drenaje D) Recolección del agua de escorrentía Un lisímetro es un dispositivo introducido en el suelo, rellenado con el mismo terreno del lugar y con vegetación. Es utilizado para medir la evapotranspiración

de referencia (ETo) o del cultivo (ETc). También se denomina evapotranspirómetro dependiendo de qué manera se ha hecho el procedimiento de medida. La medida de la evapotranspiración es determinada por el balance hídrico de los dispositivos. Normalmente hay una balanza en el fondo del lisímetro donde se puede determinar la cantidad de agua que se va evapotranspirando en el sistema. Otro tipo de lisímetro utiliza en lugar de una balanza un sistema de drenaje del agua donde la cantidad drenada de la misma equivale exactamente a la cantidad de agua evapotranpirada que es igual a la capacidad de campo.

BIBLIOGRAFIA

http://www1.ceit.es/asignaturas/Cursos/ii/cuarto/ciemedamTEMA1ciclohidrol.htm http://www.isf.uva.es/cursotsd/tsd4/ Agua_Saneamiento_e_Infraestructuras_I.pdf http://personales.com/colombia/manizales/BALANCEHIDRICO/