Evapotranspiração: Conceitos e Medição

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Evapotranspiração
Profº Edenir Luis Grimm
Alegrete, RS
Climatologia
• Conceito Geral
• Fatores que afetam a evapotranspiração
• Medição da evaporação
• Evaporação em lagos e reservatórios
• Estimativa da evapotranspiração
– Medição
– Cálculo
Evapotranspiração
Evaporação (E) – Processo pelo qual se transfere água do solo
e das massas líquidas para a atmosfera. No caso da água no
planeta Terra ela ocorre nos oceanos, lagos, rios e solo.
Transpiração (T) – Processo de evaporação que ocorre através
da superfície das plantas. A taxa de transpiração é função dos
estômatos, da profundidade radicular e do tipo de vegetação.
Conceito Geral
 umidade do ar
 tipo de solo
 temperatura
 vento
 radiação solar
Conceito Geral
Fatores que afetam a Evaporação (E)
A transpiração ocorre desde as
raízes até as folhas, pelo sistema
condutor, pelo estabelecimento de um
gradiente de potencial desde o solo
até o ar. Quanto mais seco estiver o ar
(menor Umidade Relativa), maior será
esse gradiente.
Processo de Transpiração no Sistema Solo Planta Atmosfera.
Definições
Processo de Transpiração no Sistema Solo Planta Atmosfera.
Definições
Evapotranspiração (ET)
Processo simultâneo de
transferência de água para a
atmosfera através da evaporação
(E) e da transpiração (T).
TEET 
Evapotranspiração Potencial 
(ETP)
Quantidade de água
transferida para a atmosfera por
evaporação e transpiração, em
uma unidade de tempo, de uma
superfície extensa,
completamente coberta de
vegetação de porte baixo e bem
suprida de água (Penman, 1956)
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 ETR é igual ou menor
que a evapotranspiração
potencial (Gangopadhyaya et al,
1968)
Definições
•Umidade do ar
•Temperatura do ar
•Velocidade do vento
•Radiação solar
•Tipo de solo
•Vegetação (transpiração)
Fatores que afetam
• Quanto maior a temperatura,
maior a pressão de saturação do
vapor de água no ar, isto é,
maior a capacidade do ar de
receber vapor.
• Para cada 10oC, P0 é duplicada.
Temp. oC 0 10 20 30
P0 (atm) 0,0062 0,0125 0,0238 0,0431
Temperatura
A umidade relativa é a medida do conteúdo de vapor de água
do ar em relação ao conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse
saturado. Assim, ar com umidade relativa de 100% está saturado
de vapor, e ar com umidade relativa de 0% está completamente
isento de vapor.
Umidade do Ar
se
e
.UR 100
onde UR é a umidade relativa; e é a massa de vapor pela massa
de ar e, es é a massa de vapor por massa de ar no ponto de
saturação.
% em
• O vento renova o ar em contato com a superfície que está
evaporando (superfície da água; superfície do solo;
superfície da folha da planta).
• Com vento forte a turbulência é maior e a transferência
para regiões mais altas da atmosfera é mais rápida, e a
umidade próxima à superfície é menor, aumentando a taxa
de evaporação.
pouco vento muito vento
Vento
A quantidade de energia solar que atinge a Terra no topo da
atmosfera está na faixa das ondas curtas. Na atmosfera e na
superfície terrestre a radiação solar é refletida e sofre
transformações, de acordo com a figura.
Radiação Solar
Parte da energia incidente é refletida pelo ar e pelas nuvens
(26%) e parte é absorvida pela poeira, pelo ar e pelas nuvens
(19%). Parte da energia que chega a superfícies é refletida de
volta para o espaço ainda sob a forma de ondas curtas (4% do
total de energia incidente no topo da atmosfera).
Radiação Solar
A energia absorvida pela terra e pelos oceanos contribui para
o aquecimento destas superfícies que emitem radiação de ondas
longas. Além disso, o aquecimento das superfícies contribuem
para o aquecimento do ar que está em contato, gerando o fluxo
de calor sensível (ar quente), e o fluxo de calor latente
(evaporação).
Finalmente, a energia absorvida pelo ar, pelas nuvens e a
energia dos fluxos de calor latente e sensível retorna ao espaço
na forma de radiação de onda longa, fechando o balanço de
energia.
Radiação Solar
• Solos arenosos úmidos tem evaporação maior
do que solos argilosos úmidos.
Solo
• Controla a transpiração
• Pode agir fechando os estômatos
• Busca a umidade de camadas profundas do
solo
Vegetação
• Tanque classe A
• Evaporímetro de Piché
Medição de evaporação
• O mais usado é o tanque classe A, 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.
Tanque classe A
• 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.
Tanque classe A
Tanque "Classe A" – US Weather Bureau
Fonte : Sabesp
Tanque Classe A
Medindo a evaporação
Tanque classe A
O evaporímetro de Piché é constituído
por um tubo cilíndrico, de vidro, de
aproximadamente 30 cm de comprimento e
um centímetro de diâmetro, fechado na
parte superior e aberto na inferior. A
extremidade inferior é tapada, depois do
tubo estar cheio com água destilada, com um
disco de papel de feltro, de 3 cm de
diâmetro, que deve ser previamente
molhado com água. Este disco é fixo depois
com uma mola. A seguir, o tubo é preso por
intermédio de uma argola a um gancho
situado no interior do abrigo.
Evaporímetro de Piché
Evaporímetro de Piché
• Piché é pouco confiável
Comentários
• Medição
• Cálculo
Estimativa da evapotranspiração
• Lisímetro
– Peso
– Medir chuva
– Coletar água percolada
– Coletar água escoada
– Superfície homogênea
Medição da evapotranspiração
Medidas diretas:
Lisímetro: depósito enterrado, aberto na parte superior, contendo o
terreno que se quer estudar. O solo recebe a precipitação, e é drenado
para o fundo do aparelho onde a água é coletada e medida.
ET = P - D - R
Medições de evapotranspiração
Medidas de umidade do solo:
medir sucessivamente a umidade e
estabelecer por  o valor da
evapotranspiração.
arm/t = ET + Percolado
Lisímetro
Lisímetro
Medições 
micrometeorológicas
Medições 
micrometeorológicas
• Balanço Hídrico
• Equações de evapotranspiração
Cálculo da evapotranspiração
• Usando apenas a temperatura
• Usando a temperatura e a umidade do ar
• Usando a temperatura e a radiação solar
• Equações de Penmann (insolação,
temperatura, umidade relativa, velocidade
do vento)
Equações de Cálculo da 
evapotranspiração
Cálculo da Evapotranspiração (mm)
Métodos baseados na temperatura:
Thornthwaite: empírica, caracterizada por um único fator, a
temperatura média. Foi desenvolvida para climas temperados (inverno
úmido e verão seco).
E = c Ta
t = temperatura de cada mês ºC;
T = temperatura média ºC;
Blaney-Criddle: também utiliza a temperatura média e horas do dia
com insolação, para regiões semi-áridas. ETP=(0,457 T + 8,13) p ; p % luz
diária
ET = ETP . Kc
Kc = é o coeficiente de cultura.
Equações de Cálculo da 
evapotranspiração
a
I
T10
16ET 


 










12
1j
514.1
j
5
T
I
Para estimar evapotranspiração potencial mensal
T = temperatura média do mês (oC)
a = parâmetro que depende da região
I = índice de temperatura
49239.0I10792.1I1071.7I1075.6a
22537  
Thornthwaite
Exemplo
Mês Temperatura
Janeiro 24,6
Fevereiro 24,8
Março 23,0
Abril 20,0
Maio 16,8
Junho 14,4
Julho 14,6
Agosto 15,3
Setembro 16,5
Outubro 17,5
Novembro 21,4
Dezembro 25,5
Calcule a evapotranspiração
potencial mensal para o mês de
Agosto de 2006 em Porto Alegre
onde as temperaturas médias
mensais são dadas na figura
abaixo. Suponha que a
temperatura média de agosto de
2006 tenha sido de 16,5°C.









12
1j
514.1
j
5
T
I
49239.0I10792.1I1071.7I1075.6a22537  
a
I
T10
16ET 


 

Exemplo
O primeiro é o cálculo do coeficiente I a partir das
temperaturas médias obtidas da tabela. O valor de I é 96. A partir
de I é possível obter a= 2,1. Com estes coeficientes, a
evapotranspiração potencial é:
mm/mês 1,53
96
5,16.10
.16E
1,2





Portanto, a evapotranspiração potencial estimada para o mês
de agosto de 2006 é de 53,1 mm/mês.
• Jensen Haise
• Turc
• Grassi
• Stephens – Stewart
• Makkink
Métodos Empíricos baseados na 
temperatura e radiação
Métodos Empíricos baseados na 
temperatura do ar e na umidade
• Blaney-Morin
• Hamon
• Hargreaves
• Papadakis
Equações combinadas (métodos 
aerodinâmicos)
• Penman
• Christiansen
• Van Bavel
• Penman-Monteith
• Combina 
– poder evaporante do ar
• temperatura, umidade, velocidade do vento
– poder evaporante da radiação
 
 
W
a
s
a
ds
pAL
1
r
r
1
r
ee
cGR
E


























Penman
 
 
W
a
s
a
ds
pAL
1
r
r
1
r
ee
cGR
E


























Penman - Monteith
água; da específica massa ][kg.m 
ar; do específica massa ][kg.m 
solo; o para energia de fluxo ]s.[MJ.m G
;superfície na líquida radiação ]s.[MJ.m R
vapor; do saturação de pressão da variação de taxa ]C[kPa. 
o;vaporizaçã de latentecalor ][MJ.kg 
água; da evaporação de taxa ][m.s E
3-
W
3-
A
-12-
-12-
L
-1
-1
-1




Penman - Monteith
ca;aerodinâmo aresistênci ]s.m[ r
vegetação; da lsuperficia aresistênci ]s.m[ r
0,66);( icapsicrométr constante ]C[kPa. 
vapor; do pressão ][kPa e
vapor; do saturação de pressão ][kPa e
);C.MJ.kg 10.013,1(C úmidoar do específicocalor ]C.[MJ.kg C
-1
a
-1
s
-1
s
s
113
p
-1-1
p

 
• Baseados na temperatura : Thorntwaite- muito
limitado e tende a subestimar a evapotranspiração;
Blaney-Criddle: utilizado para irrigação e considera
o tipo de cultura
• Radiação ou combinado: Método Penman: utiliza
dados climáticos como temperatura, radiação solar,
insolação, umidade do solo e velocidade do vento.
Comentários sobre os métodos
de estimativa
• Evapotranspiração potencial : é a evaporação do
solo e a transpiração das plantas máxima que pode
ser transferida para atmosfera. Com base nas
condições climáticas e características das plantas é
possível estimar a EVT potencial;
• Evapotranspiração real: é a o total transferido para
a atmosfera de acordo com a disponibilidade hídrica
existente (umidade do solo) e a resistência das
plantas.
Evapotranspiração
• Ec =Ep . Kc
Coeficiente de cultivo
Evapotranspiração 
Máxima da Cultura 
(ETm)
Conceito: 
É a evapotranspiração máxima da cultura 
(ETc ou ETm). 
Depende do estágio em que a planta se 
encontra. 
ETm = ETo* kc 
Coeficiente de Cultura
(Kc)
Conceito: 
É a razão entre a evapotranspiração 
máxima (ETc ou ETm) e a 
evapotranspiração de referência ou 
potencial da cultura (ETo) 
Kc = ETc/ETo
Cultura Estágios de Desenvolvimento da Cultura
(I) (II) (III) (IV) (V)
Banana 0,5-0,55 0,7-0,85 1,0-1,1 0,9-1,0 0,75-0,85
Feijão 0,3-0,4 0,7-0,8 1,05-1,2 0,65-0,75 0,25-0,3
Algodão 0,4-0,5 0,7-0,8 1,05-1,25 0,8-0,9 0,65-0,7
Amendoim 0,4-0,5 0,7-0,8 0,95-1,1 0,75-0,85 0,55-0,6
Milho 0,3-0,5 0,8-0,85 1,05-1,2 0,8-0,95 0,55-0,6
Cebola 0,4-0,6 0,7-0,8 0,95-1,1 0,85-0,9 0,75-0,85
Ervilha 0,4-0,5 0,7-0,85 1,05-1,2 1,0-1,15 0,95-1,1
Pimenta 0,3-0,4 0,6-0,75 0,95-1,1 0,85-1,0 0,8-0,9
Batata 0,4-0,5 0,7-0,8 1,05-1,2 0,85-0,95 0,7-0,75
(Fonte: KLAR, 1991)
(Fonte: KLAR, 1991)
Arroz 1,1-1,15 1,1-1,15 1,1-1,3 0,95-1,05 0,95-1,05
Sorgo 0,3-0,4 0,7-0,75 1,0-1,15 0,75-0,8 0,5-0,55
Cana 0,4-0,5 0,7-0,1 1,0-1,3 0,75-0,8 0,5-0,6
Fumo 0,3-0,4 0,7-0,8 1,0-1,2 0,9-1,0 0,75-0,85
Tomate 0,4-0,5 0,7-0,8 1,05-1,25 0,8-0,95 0,6-0,65
Trigo 0,3-0,4 0,7-0,8 1,05-1,2 0,65-0,75 0,2-0,25
Alfafa 0,3-0,4 1,05-1,2
ETo = 7,4 mm
 Cultura Arroz: Estágio II
 Umidade Relativa do Ar (mínima): 15%
Kc:
ETc = ETo x kc
ETc =????
EXEMPLO:
ETo = 7,4 mm
 Cultura Arroz: Estágio II
Kc: 1,1
ETc = ETo x kc
ETc = 7,4 x 1,1  8,14 mm
SEGUINDO NOSSO EXEMPLO:
d = distância da bordadura (m)
U2= Velocidade do vento (m.s
-1)
UR = Umidade Relativa do Ar (%)
ECA = Evaporação do tanque Classe A