EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO

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EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Ivory
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Introdução
A evaporação é o processo pelo qual a água se transforma do estado líquido para o de vapor.
Embora o vapor d’água possa ser formado diretamente, a partir da fase sólida, o interesse da hidrologia está concentrado nas perdas por evaporação, a partir de superfícies líquidas (transformação de líquido em gás). Além da evaporação, o retorno da água para a atmosfera pode ocorrer através do processo de transpiração, no qual a água absorvida pelos vegetais é
 evaporada a partir de suas folhas. 
Evapotranspiração é o total de água perdida para a atmosfera em áreas onde significativas perdas de água ocorrem através da transpiração das superfícies das plantas e evaporação do solo.
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A evaporação e a transpiração representam uma porção significativa do movimento da água através do ciclo hidrológico. Em comparação com o escoamento, a evaporação e a transpiração não são variáveis muito importantes para a engenharia hidrológica.
 Com exceção de algumas situações de projeto, a evaporação é considerada apenas como parte da equação de perdas, representando uma pequena fração das perdas durante uma precipitação.
As perdas por evaporação são importantes no projeto de grandes reservatórios, devendo ser
 consideradas nestes projetos.
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Evaporação
Evaporação é o processo físico no qual um líquido ou sólido passa ao estado gasoso, devido à radiação solar e aos processos de difusão molecular e turbulenta. Além da radiação solar, outras variáveis como: temperatura do ar, vento e pressão de vapor, também interferem na evaporação principalmente em superfícies livres de água.
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Os métodos normalmente utilizados para determinar a evaporação são:
 evaporímetros;
 transferência de massa;
 balanço de energia;
 balanço hídrico.
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Evaporímetros
Os evaporímetros são instrumentos que possibilitam uma medida direta do poder evaporativo da atmosfera, estando sujeitos aos efeitos de radiação, temperatura, vento e umidade. Os mais conhecidos são os atmômetros e os tanques de evaporação.
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Atmômetros:
são equipamentos que dispõem de um recipiente com água conectado a uma placa porosa, de onde ocorre a evaporação. Cabe destacar o de Piché, bola preta e branca, e Bellani. O mais comum entre estes é o de Piché, constituído de um tubo de vidro com 11 cm e discos planos horizontais de papel de filtro, com 3,2 cm de diâmetro, ambos os lados são expostos ao ar.
 O balanço energético de um atmômetro difere consideravelmente do balanço de uma superfície livre de água, solo descoberto ou vegetado. A energia para evaporação provém da radiação, transporte de calor sensível e condução de calor através do recipiente de abastecimento. A instalação, geralmente bem acima da superfície do solo e o meio circundante, afetam as reações deste aparelho, tornando-o pouco confiável. Tem como pontos positivos a fácil instalação, operação e portabilidade.
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Tanques de evaporação:
podem ser reunidos em quatro classes: enterrados, superficiais, fixos e flutuantes. O mais usado em nível mundial é o tanque classe A, Figura 4.1, 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. A taxa de evaporação, medida com auxilio de uma ponta limnimétrica apoiada em um tranquilizador, é resultado das mudanças de nível de água no tanque, levando em consideração a precipitação ocorrida.
A manutenção da água entre profundidades recomendadas, evita erros que podem chegar a 15% do valor determinado, quando por exemplo, o nível de água estiver 10cm abaixo dos níveis estabelecidos. Também a água dentro do tanque deve ser renovada regularmente para evitar a turbidez, responsável por erros que podem superar 5% dos valores determinados.
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Ao instalar um tanque de evaporação, deve-se dar especial atenção à finalidade a que se destina a informação evitando, desta maneira, ampliar os erros cometidos correntemente. O fato do tanque ser instalado sobre o solo faz com que as paredes do mesmo sofram influência da radiação e da transferência de calor sensível, traduzindo-se num aumento da evaporação medida. Os tanques são mais uscetíveis à advecção do que, por exemplo, uma comunidade vegetal. Alguns estudos atribuem incrementos na temperatura de 2 a 5ºC e redução na umidade relativa de 20 a 30%, ao nível do tanque, quando instalados sobre pisos inadequados. Quando circundados por cultivos de elevada estatura, subestimam a evaporação.
 Os valores da evaporação medida em tanques superam os obtidos em lagos e/ou reservatórios, devido às diferenças de volume, superfície, localização e também pelo fato do lago e/ou reservatório depender da variação do transporte de massa e balanço de energia, que influenciam os dias subsequentes, enquanto que no tanque, isto não ocorre.
 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.
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Métodos de transferência de massa
São métodos que se baseiam na primeira lei de Dalton, e podem ser expressos por:
 Eo=C(es-e)
onde: Eo = evaporação
e = pressão de vapor do ar
C = coeficiente característico da localidade
es = pressão de vapor de saturação na temperatura da superfície
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O efeito do vento é introduzido através do parâmetro C, de acordo com a seguinte expressão:
 N.f(w)(es-e)
 C = -----------------
 f(r)
N = parâmetro relativo à densidade e a pressão do ar;
f (w) = função velocidade do vento;
f( r ) = parâmetro de rugosidade
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Balanço hídrico
O Balanço hídrico possibilita a determinação da evaporação com base na equação da continuidade do lago ou reservatório. A referida equação pode ser escrita da seguinte forma:
dv/dt= I – Q – Eo . A + P. A
V = volume de água contido no reservatório;
t = tempo;
I = vazão total de entrada no reservatório;
Q = vazão de saída do reservatório;
Eo = evaporação;
P = precipitação sobre o reservatório;
A = área do reservatório.
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Utilizando as unidades usuais de cada variável, e considerando que o volume e a área podem se relacionar por uma função do tipo V = a Ab , (V em hm e A em km2) ou utilizando tabelas, a Equação resulta em:
Eo ( mm/mês ) = 2,592.( I - Q )/A + P - 1000 . a b A b-l . [A( t+1 )-A( t )]/∆t
onde A é a área da superfície do reservatório no mês (km2); P (mm/mês); I e Q as vazões médias do mês em m3/s.
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O uso de uma equação de balanço hídrico para estimar a evaporação é teoricamente correto, pois está alicerçado no princípio de conservação de massa. Na prática as dificuldades para medir as demais variáveis limitam este procedimento. As imprecisões ficam por conta principalmente das contribuições diretas que aportam ao reservatório. 
Quando a contribuição direta não controlada é grande, o erro na sua avaliação pode produzir erros significativos na determinação da evaporação.
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a precipitação total no mês de janeiro foi de 154 mm, a vazão de entrada drenada pelo rio principal foi de 24 m3/s. Este rio drena 75 % da bacia total que escoa para o reservatório. Com base nas operações do reservatório ocorreu uma vazão média de saída de 49 m3/s. A relação entre o volume e a área do reservatório encontra-se na tabela abaixo. O volume no início do mês era de 288.106 m3 e no final 244.106 m3. Estime a evaporação no Reservatório.
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Evapotranspiração
A evapotranspiração é considerada como a perda de água por evaporação do solo e transpiração das plantas.
 A evapotranspiração é importante para o balanço hídrico de uma bacia como um todo e, principalmente, para o balanço hídrico agrícola, que poderá envolver o cálculo da necessidade de irrigação.
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O solo, as plantas e a atmosfera podem ser consideradoscomo componentes de um sistema fisicamente inter-relacionado e dinâmico, no qual os vários processos de fluxo estão interligados como os elos de uma corrente. Neste sistema, é valioso e aplicável o conceito de potencial hídrico, ou seja, o fluxo de água ocorre dos pontos de maior potencial para os de menor potencial (o fluxo ocorre em direção do gradiente de potencial negativo).
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A quantidade de água transpirada diariamente é grande em relação às trocas de água na planta, de modo que se pode considerar o fluxo através da planta, em curtos períodos de tempo, como um processo em regime permanente. As diferenças de potencial, em distintos pontos do sistema são proporcionais à resistência do fluxo. A menor resistência ao fluxo é encontrada na planta. E a maior resistência é encontrada no fluxo das folhas para a atmosfera, devido à mudança do estado líquido para vapor.
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A passagem para a atmosfera ocorre através dos estômatos localizados nas folhas e a diferença total do potencial entre o solo e a atmosfera pode chegar a centenas de bares. O transporte de água desde as folhas até a massa de ar ocorre também através do processo de difusão de vapor, sendo proporcional ao gradiente de tensão do vapor de água. A umidade relativa ou seja, a relação entre a tensão real e a de saturação de vapor, relaciona-se exponencialmente com o potencial hídrico.
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A transferência de água de uma área cultivada, onde a umidade do solo não é um fator limitante, ocorre segundo sua intensidade potencial e, qualquer variação será devida somente a diferenças de condições meteorológicas, incluindo os efeitos de advecção. De acordo com Berlato e Molion (l981), o controle exercido pela vegetação seria através da sua estrutura, afetando o albedo, a rugosidade e o sistema radicular. Na medida em que diminui a umidade do solo, ocorrem restrições à transferência de água para a atmosfera, que passa a depender não somente das condições meteorológicas, mas também do sistema radicular das plantas, bem como de outras características, como o estado fitossanitário das mesmas. Esta condição permite distinguir entre evapotranspiração potencial e real.
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Evapotranspiração potencial (ETP):
quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, na unidade de tempo, de uma superfície extensa completamente coberta de vegetação de porte baixo e bem suprida de água.
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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 evapotranspiração real é igual ou menor que a evapotranspiração potencial (ETR < ETP).
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Informações confiáveis sobre evapotranspiração real são escassas e de difícil obtenção, pois demandam um longo tempo de observação e custam muito caro. Já a evapotranspiração potencial, pode ser obtida a partir de modelos baseados em leis físicas e relações empíricas de forma rápida e suficientemente precisas. Várias teorias, relacionam a ETR e ETP em função da disponibilidade de água no solo. Apesar destas tentativas não existe, ainda hoje, nenhuma teoria que seja aceita universalmente.
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Sendo um processo complexo e extremamente dinâmico, que envolve organismos vivos como o solo e a planta é muito difícil estabelecer um valor exato de evapotranspiração real. Entretanto, a conjugação de inúmeras informações associadas ao conceito de ETP, nos permite estimativas suficientemente confiáveis para a grande maioria dos nossos objetivos.
As diferenças entre a evapotranspiração real e potencial diminuem sempre que os intervalos de tempo utilizados para o cálculo da segunda são ampliados (um mês ou mais).
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procedimentos usualmente empregados para medir ou estimar a evapotranspiração:
 medidas diretas;
 métodos baseados na temperatura;
 métodos baseados na radiação;
 método combinado;
 balanço hídrico.
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Medidas diretas
O processo mais correto para a determinação da evapotranspiração é através de lisímetros. Estes são aparelhos, constituídos de um reservatório de solo (volume mínimo = 1 m3), provido de um sistema de drenagem e instrumentos de operação (medidores, válvulas, etc.)
As variáveis controladas junto ao lisímetro: precipitação, escoamento, infiltração, armazenamento e percolação profunda, permitem estabelecer a evapotranspiração real e/ou potencial.
Para a determinação da ETR, mantém-se as condições de umidade natural do solo.
Para determinar a ETP, promove-se a irrigação da cultura implantada no lisímetro, mantendo-se o solo em
 capacidade de campo (solo drenado por gravidade).
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Método de Blaney e Criddle
Esse método, como o de Thornthwaite, utiliza a temperatura média mensal e um fator ligado ao comprimento do dia. Os dados são obtidos em base pela fórmula:
 t. p. k
 u = ---------- t temperatura (p) %
 100 k coef emp
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Em regiões temperadas 70% da precipitação evapora e apenas 30% vai para os aqüíferos ou rios. A evaporação varia menos de ano para ano que a vazão dos cursos d’água.
A topografia e a elevação do sol afetam a Disponibilidade de energia. A radiação solar (teórica) varia ao longo do ano para encostas de diferentes orientações (hemisfério norte, mostrando grandes diferenças no inverno). A difusão de radiação por nuvens tende a reduzir estas diferenças).
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Evaporação de solo nu
. Existem duas formas de transporte de umidade do solo até a superfície:
Fluxo de filme d’água que ocorre sob gradiente de potencial matricial até a zona em que a evaporação ocorre. O movimento se torna negligenciável a medida que a umidade se aproxima do PMP.
Fluxo de vapor ocorre a partir da zona em que ocorre evaporação até a superfície. Temperatura e gradientes de pressão de vapor movem água em direção à superfície. Embora muito lento, o fluxo de vapor poder secar solos de regiões desérticas até grandes profundidades.
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Evaporação de água interceptada
. Processo de interceptação de água acima da superfície mineral.
Estoque interceptado é a quantidade de água retida por tecidos vivos e não vivos de plantas.
Interceptação perdida pelo dossel (IC) é a quantidade perdida diretamente por evaporação.
Precipitação no solo (Pt) é a fração da precipitação total que cai no solo.
Fluxo no tronco (Ps) é a fração que escoa pelos galhos e troncos.
Interceptação perdida pela cobertura do solo (If) é a fração evaporada da cobertura do solo antes de atingir a fração mineral.
Perda total por interceptação (It) é a fração total evaporada da água retida por material vivo e morto de plantas.
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Os fatores que afetam a disponibilidade de água no processo de interceptação são: Aspectos da vegetação – Índice de Área Foliar, variações sazonais, natureza da superfície (rugosidade, repelência, arranjo das folhas e galhos.
Aspectos meteorológicos – número e intervalo entre eventos de precipitação, intensidade da chuva, velocidade do vento durante e depois da chuva
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