Hidrologia apostila Cap 6

Hidrologia apostila Cap 6

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_ _EVAPORAÇÃO e TRANSPIRAÇÃO Fatores e Processos

APOSTILA DE HIDROLOGIA__

6.1. Introdução

O conhecimento da perda d’água de uma superfície natural é de suma importância nos diferentes campos do conhecimento científico, especialmente nas aplicações da meteorologia e da hidrologia às diversas atividades humanas.

Na hidrologia, o conhecimento da perda de água em correntes, canais, reservatórios, bem como, a transpiração dos vegetais, têm muita importância no balanço hídrico de uma bacia hidrográfica.

6.2. Definições e Fatores Físicos

· Evaporação: é o processo natural pelo qual a água, de uma superfície livre

(líquida) ou de uma superfície úmida, passa para a atmosfera na forma de vapor, a uma temperatura inferior a de ebulição.

• Transpiração: é a evaporação devida a ação fisiológica dos vegetais, ocorrida, principalmente, através dos estômatos.

• Evapotranspiração: evaporação + transpiração.

A transferência natural de água no estado de vapor da superfície do globo para a atmosfera interpreta-se facilmente pela teoria cinética da matéria. Nos sólidos e líquidos predominam as forças de atração entre as partículas do corpo. Nos sólidos, cada partícula tem oscilações de muito pequena amplitude em volta de uma posição média quase permanente. Nos líquidos, a energia cinética média das partículas é maior do que nos sólidos, mas uma partícula que se liberta da atração daquelas que a rodeiam é logo captada por um grupo de partículas vizinhas. Nos gases, a energia cinética média das partículas é ainda maior e suficiente para libertá-las umas das outras.

A mudança do estado sólido ou líquido para o estado gasoso corresponde a um aumento da energia cinética das partículas da substância, exigindo por isso, com temperatura constante, o consumo de uma quantidade de energia que, por unidade de massa da substância, é o calor de vaporização.

Simultaneamente com o escape das partículas de água para a atmosfera dá-se o fenômeno inverso: partículas de água na fase gasosa, que existem na atmosfera, chocam à superfície de separação e são captadas pelo corpo

Cap. 6

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evaporante. A evaporação mantém-se até atingir o estado de equilíbrio, que corresponde à saturação do ar em vapor d’água: o número de partículas de água que escapam do corpo evaporante é então igual ao número de partículas de água na fase gasosa que são capturadas pelo corpo no mesmo intervalo de tempo.

Portanto, se tivermos uma superfície exposta às condições ambientais, que contém certo conteúdo de vapor d’água, vamos notar a troca de moléculas entre as fases de vapor e líquida, a qual envolve os fenômenos de condensação e evaporação: As condições básicas para a ocorrência do mecanismo são:

a) existência de uma fonte de energia que pode ser a radiação solar, calor sensível da atmosfera ou da superfície evaporante. Em geral, a radiação solar é a principal fonte para a evaporação. A mudança da fase líquida para a fase de vapor consome 540 cal.g-1 a 100 oC e 586 cal.g-1 a 20 oC; e b) existência de um gradiente de concentração de vapor, isto é, uma diferença entre a pressão de saturação do vapor na atmosfera (es) à temperatura da superfície e a pressão parcial de vapor dágua na atmosfera (ea).

A literatura antiga dava mais enfoque à evaporação. A mais moderna dá maior enfoque à evapotranspiração pois numa bacia hidrográfica a superfície do solo vegetada costuma ser maior que a superfície livre de água.

6.3. Fatores Intervenientes no Processo de Evaporação e Transpiração a) Radiação Solar

A radiação solar é fonte energética necessária ao processo evaporativo, sendo que a incidência direta fornece mais energia quando comparado com a difusa.

b) Temperatura de Superfície A variação da intensidade da radiação solar recebida na superfície produz uma variação na temperatura da superfície, modificando a energia cinética das

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moléculas. À altas temperaturas, mais moléculas se escapam da superfície, devido à sua maior energia cinética.

c) Temperatura e Umidade do Ar

O aumento da temperatura torna maior a quantidade de vapor dágua que pode estar presente no mesmo volume de ar. Assim:

· aumentando a temperatura do ar, es aumenta, diminuindo a umidade relativa (efeito indireto).

• UR é determinada por higrógrafo e pode ser estimada por meio de psicrômetros (conjunto de 2 termômetros sobre diferentes condições).

Exemplo: UR = 60% significa que a atmosfera contém 60% da umidade máxima que ela seria capaz de conter àquela temperatura. Portanto, quanto maior temperatura, maior es (maior a capacidade de o ar conter água) e menor UR.

A UR é baixa próximo ao meio dia e alta durante a noite, não por causa da umidade do ar em si (ea) (que provavelmente é até maior durante o dia) e sim porque a temperatura é alta durante o dia e baixa durante a noite. - A uma dada temperatura, quanto mais seco o ar maior será a sua capacidade de absorver água.

Em complemento, para cada 10oC de elevação da temperatura, a pressão de vapor de saturação praticamente dobra. A Tabela a seguir apresenta alguns desses valores.

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d) Vento

O vento modifica a camada de ar vizinha à superfície, substituindo uma camada muitas vezes saturada por uma com menor conteúdo de vapor d’água. Na camada em contato com a superfície (aproximadamente 1 m), o movimento de vapor é por moléculas individuais (difusão molecular), mas acima dessa camada limite superficial, o responsável é o movimento turbulento do ar (difusão turbulenta).

e) Aspectos Fisiológicos

Nos vegetais diversos aspectos estão associados a transpiração, sendo que o mecanismo de fechamento dos estômatos, quando a umidade do solo está abaixo do teor para o qual a demanda atmosférica é necessária, provoca redução da transferência de vapor para a atmosfera. Esse comportamento é mais comum durante as horas mais quentes do dia.

6.4. Definições Básicas

6.4.1. Evaporação: perda d’água para a atmosfera de uma superfície líquida (ou sólida saturada) exposta livremente às condições ambientais.

6.4.2. Transpiração: perda d’água para a atmosfera na forma de vapor, decorrente das ações físicas e fisiológicas dos vegetais (através dos estômatos). A taxa de transpiração é função dos estômatos, da profundidade efetiva das raízes, do tipo de vegetação, além dos fatores anteriormente citados.

6.4.3. Evapotranspiração (ET): conjunto evaporação do solo mais transpiração das plantas. O termo evapotranspiração foi utilizada, por Thornthwaite, no início da década de 40, para expressar essa ocorrência simultânea. Existem conceitos distintos de evapotranspiração que devem ser observados:

a) Evapotranspiração Potencial (ETp): perda de água por evaporação e transpiração de uma superfície natural tal que esta esteja totalmente coberta e o conteúdo de água no solo esteja próximo à capacidade de campo; b) Evapotranspiração de Referência (ETo): perda de água de uma extensa superfície cultivada com grama, com altura de 0,08 a 0,15 m,

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em crescimento ativo, cobrindo totalmente o solo e sem deficiência de água. c) Evapotranspiração Real ou Atual (ETr): perda de água por evaporação e transpiração nas condições reinantes (atmosféricas e de umidade do solo). Conclui-se que ETr é menor ou no máximo igual a ETp.

6.5. Fórmula Geral da Evaporação

A primeira equação para o cálculo da evaporação de uma superfície foi proposta por Dalton (1928):

onde: C é um coeficiente empírico, relativo a elementos meteorológicos; es é a pressão de saturação à temperatura da superfície; e ea é a pressão de vapor do ar.

Várias equações foram propostas para a estimativa da evaporação, todas elas baseadas na equação de Dalton ou mesmo sendo a própria equação de Dalton, com o estudo da função C para cada localidade. Das várias equações encontradas em livros sobre evaporação, podem-se citar:

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