Unidade II - Evaporação e Evapotranspiração - estudado

Prévia do material em texto

Hidrologia Aplicada
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Profª. Esp. Viviane Milani Manarini 
Revisão Textual:
Profª. Ms. Selma Aparecida Cesarin
 
Evaporação e Evapotranspiração
5
 · Introdução
 · Evaporação
 · Evapotranspiração
 · Evaporação: incide na transformação da água no seu estado líquido para 
o estado gasoso à medida que se desloca da superfície para a atmosfera.
 · Evapotranspiração: trata-se do processo conjunto pelo qual a água que 
cai é absorvida pelas plantas para, depois, voltar à atmosfera por meio da 
transpiração ou evaporação direta (quando não absorvida).
Nesta Unidade, abordaremos dentro do ciclo hidrológico, a evaporação que é a transferência 
do estado líquido para o gasoso da água da atmosfera e evaporação que ocorre a partir do 
solo em conjunto com a transpiração dos vegetais, em uma bacia hidrográfica.
O principal objetivo desta Unidade é analisar a Evaporação que incide na transformação 
da água no seu estado líquido para o estado gasoso na medida que se desloca da superfície 
para a atmosfera. A Evapotranspiração trata-se do processo conjunto pelo qual a água 
que cai é absorvida pelas plantas para, depois, voltar à atmosfera pela transpiração ou 
evaporação direta (quando não absorvida). 
Aqui você terá um entendimento sobre alguns elementos que compõem o ciclo hidrológico.
Em materiais didáticos você encontrará o conteúdo e as atividades propostas para os temas 
da evaporação e evapotranspiração.
Evaporação e Evapotranspiração
6
Unidade: Evaporação e Evapotranspiração
Contextualização
Para iniciar esta Unidade, a partir do texto a seguir, reflita sobre a questão do conceito de 
evaporação. Trata-se de uma letra de música.
PLANETA ÁGUA 
Água que nasce na fonte serena do mundo 
E que abre o profundo grotão 
Água que faz inocente riacho e deságua 
Na corrente do ribeirão 
Águas escuras dos rios 
Que levam a fertilidade ao sertão 
Águas que banham aldeias 
E matam a sede da população 
Águas que caem das pedras 
No véu das cascatas ronco de trovão 
E depois dormem tranquilas 
No leito dos lagos, no leito dos lagos 
Água dos igarapés onde Iara mãe d’água 
É misteriosa canção 
Água que o sol evapora 
pro céu vai embora 
Virar nuvens de algodão 
Gotas de água da chuva 
Alegre arco-íris sobre a plantação 
Gotas de água da chuva 
Tão tristes são lágrimas na inundação 
Águas que movem moinhos 
São as mesmas águas 
Que encharcam o chão 
E sempre voltam humildes 
Pro fundo da terra 
Pro fundo da terra 
Terra, planeta água 
Terra, planeta água 
Terra, planeta água
Guilherme Arantes
Considerando o texto Planeta Água, de 
Guilherme Arantes, discuta:
• No Ciclo Hidrológico, a Evaporação é 
apresentada de forma muita delicada e repleta 
de adjetivos como:
a. Água que nasce na fonte serena do 
mundo e que abre um profundo grotão;
b. Água que o sol evapora, pro céu vai 
embora, virar nuvem de algodão;
c. Gotas de água da chuva, alegre arco-íris 
sobre a plantação. 
• Você acha estas frases que simbolizam a etapa 
de Evaporação?
7
Introdução
A evaporação e a transpiração são fenômenos físicos de mudança de estado da água, em 
condições naturais. São de grande interesse bioclimatológico, pois afetam a disponibilidade 
de água no perfil do solo em áreas agrícolas ou de vegetação natural e em reservatórios 
superficiais. Em uma determinada região, estes processos determinam o tipo climático.
Espaço
Ondas
curtas
Ra
di
aç
ão
 so
lar
In
cid
en
te
Re
�e
tid
a p
ela
 su
pe
rfí
cie
Ondas
longas
Emitida pelo
vapor de H2O
e CO2
Absorvida pelo
vapor de H2O
e CO2
Fluxo de
calor latente
Fluxo de
calor sensível
Emitida pelas
nuvens
Atmosfera
Absorvida pelo
ar e poeira
Absorvida pelas
nuvens
Absorvida pela
superfície
Superfície (Terra + Oceanos)
Emitida pela
superfície
Re
�e
tid
a
pe
las
 nú
ve
ns
Re
�e
tid
a
pe
lo 
ar
Evaporação
É um fenômeno físico no qual a água do estado líquido passa para o estado de vapor d’água; 
isto ocorre em função da radiação solar e dos processos de difusão turbulenta e molecular.
Compreende-se, assim, uma troca de água entre dois corpos, sendo a superfície evaporante 
e a atmosfera, sendo necessária uma fonte de energia (no caso, a radiação solar) e de um 
gradiente de concentração de vapor para que aconteça este processo.
Este gradiente é a diferença entre a pressão de saturação do vapor d’água e a pressão de 
vapor do ar. 
Entendemos, então, que a diferença entre a pressão de vapor, quando o ar está saturado 
(que seria a pressão máxima, pois estaria com a máxima quantidade de vapor) e a pressão de 
vapor do ar nas condições reais, no instante em que está sendo analisado este processo, é o 
gradiente.
Evaporação = vaporização + remoção do vapor d’água
8
Unidade: Evaporação e Evapotranspiração
Fatores que influenciam o processo de evaporação
a) Umidade do ar 
É a quantidade de vapor d’água no ar dividida pela quantidade de vapor no mesmo volume 
de ar se estivesse saturado de umidade.
Maior grau de umidade
Menor evaporação
b) Temperatura 
Na temperatura, temos a proporcionalidade de:
Maior temperatura, maior evaporação que elevará a 
pressão de saturação do vapor, permitindo que maiores 
quantidades de vapor d’água possam estar presentes no ar.
c) Velocidade do vento 
Elemento de renovação de ar em contato com massas d’água, permitindo renovação de ar 
com menor umidade.
d) Radiação solar
 O sol transmite a energia motora por meio de seu calor para o próprio ciclo hidrológico.
Maior radiação
Menor intensidade de vapor d’água
Umidade
do ar
Velocidade
do vento
Radiação
solar
Temperatura
do ar
Transpiração
Evaporação
9
Desta forma, a radiação solar incidente na atmosfera e na superfície: 
 · Parte é refletida pelo ar e pelas nuvens (26%); 
 · Parte é absorvida pela poeira, pelo ar e pelas nuvens (19%); 
 · Parte chega à superfície (4%). 
e) Transpiração 
A vegetação retira água do solo e a transmite à atmosfera por ação da transpiração das 
suas folhas. 
As superfícies, sendo aquecidas, contribuem para o aquecimento do ar com o qual está 
em contato, gerando assim, o fluxo de calor sensível (ar quente) e o fluxo de calor latente 
(evaporação).
Este aquecimento da superfície emite a radiação de ondas longas, que é a absorção da 
energia através da terra ou oceanos. 
Esta radiação de onda longa retorna ao espaço através das nuvens, pelo ar quente e pela 
evaporação; desta forma, temos o ciclo do balanço de energia. 
A evaporação ocorre quando temos este fluxo de calor sensível.
Regiões mais próximas ao Equador recebem maior radiação solar, e apresentam maiores 
taxas de evapotranspiração.
10
Unidade: Evaporação e Evapotranspiração
Medição da evaporação
A evaporação é medida em um intervalo de tempo na lâmina evaporada. As medições mais 
comuns são a evaporação por meio dos métodos do Tanque Classe A e do Evaporímetro 
de Piche.
Tanque Classe A
O Tanque Classe A é um recipiente metálico 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 medição de evaporação no Tanque Classe A é realizada diretamente numa régua, ou 
ponta linimétrica, instalada dentro do tanque, sendo que são compensados os valores da 
precipitação do dia. 
Por esta razão, o Tanque Classe A é instalado em estações meteorológicas em conjunto 
com um pluviômetro.
Tanque Classe A para medição de evaporação
Com o valor da evaporação potencial (E), pode-se estimar a evapotranspiração potencial 
(ETP) pela correlação:
ETP = Kp x E
onde:
E = Evaporação medida no tanque em mm/dia;
ETP = Evapotranspiração potencial em mm/dia;
Kp = Coeficiente de correlação que depende do tipo de 
tanque e de outros parâmetros meteorológicos (fonte DAEE).
11
Evaporímetro de Piche
O Evaporímetro de Piche é constituídopor 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 de o 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 de um abrigo meteorológico padrão.
Evaporímetro de Piche. As medições mais confiáveis são feitas pelo Tanque Classe.
12
Unidade: Evaporação e Evapotranspiração
Estimativa da evaporação
Existem diversos métodos para estimar a evaporação que ocorre em uma determinada 
bacia hidrográfica, sendo os principais:
a) Métodos de transferência de massa: baseados na primeira Lei de Dalton, segundo a 
qual a evaporação é relacionada com a pressão de vapor, da seguinte forma:
E = b.( es - ea )
onde:
E = é a evaporação, 
b = é um coeficiente empírico, 
es = é a pressão de vapor de saturação (na temperatura da superfície evaporante) e 
ea = é a pressão de vapor em certa altura acima da superfície evaporante;.
b) Balanço de energia: utiliza o método de Penman;
c) Equações empíricas: com base em medições e observações de campo, foram 
desenvolvidas algumas equações empíricas para estimar a evaporação. Entretanto, elas 
geralmente são restritas para uso nas regiões onde foram desenvolvidas e para algumas 
condições específicas;
d) Balanço hídrico: uma forma de estimar a evaporação de um lago ou reservatório é por 
meio do balanço hídrico, pelo qual são computadas as entradas e saídas de volumes de 
água:
variação do volume
armazenado
volume a�uente da
bacia contribuinte= -
-
+
+
volume a�uente
(captações, comportas, etc)
volume evaporado da
superfície líquida
volume precipitado sobre
a superfície líquida
13
Evaporação em reservatórios e lagos 
Lagos e reservatórios são feitos para regularizar a vazão dos rios e aumentar a disponibilidade 
de água e de energia nos períodos de escassez. 
Desta forma, cria-se uma grande superfície líquida que disponibiliza água para evaporação, 
o que pode ser considerado perda de água e de energia. 
Exemplo
Um rio, cuja vazão média é de 30 m³/s, foi represado por uma barragem para geração de 
energia elétrica. A área superficial do lago criado é de 6000 hectares. Medições de evaporação 
de um tanque classe A correspondem a 2000 mm por ano. Qual é a nova vazão média a 
jusante da barragem após a formação do lago?
Solução
E = 2000 x 0,7 = 1400 mm/ano 
A = 6000 ha = 60 km² 
2
3 ( / ). (km )( / ) .1000
3600.24.365
E mm ano AE m s =
Q = 30 – 2,23 = 27,77 m³/s 
Redução de 7,4% da vazão 
Transpiração
A transpiração é o transporte da água do solo através das raízes das plantas até suas folhas, 
sendo influenciada pela temperatura, radiação solar, pela velocidade do vento e pela umidade 
relativa do ar, também sofrendo influência do tipo de vegetação e do tipo de solo.
A umidade do solo é a variável mais significativa no processo de transpiração. Quando o 
solo está úmido, as plantas transpiram livremente, e a taxa de transpiração é controlada pelas 
variáveis atmosféricas, mas, quando o solo começa a secar, o fluxo de transpiração começa a 
diminuir. 
A Evapotranspiração Potencial é determinada pelo tipo de cobertura vegetal, a taxa de 
evapotranspiração que ocorre em condições ideais de umidade do solo.
A Evapotranspiração Real é a taxa que ocorre para condições reais de umidade do solo.
Portanto, a evapotranspiração real é sempre igual ou inferior à evapotranspiração potencial.
Exemplo
Numa planta 
de milho:
± 98 % da água absorvida é evaporada pela planta; 
± 1,8 % é retida na planta; 
± 0,2 % é utilizada na fotossíntese. 
Sérgio Casalecchi
Highlight
Qual a variável de maior importância na transpiração no solo?
	a.	
Velocidade do vento e radiação solar.
	b.	
Umidade do solo.
	c.	
Temperatura do ar e radiação solar.
	d.	
Radiação solar.
	e.	
Temperatura do ar.
14
Unidade: Evaporação e Evapotranspiração
Evapotranspiração
Tendo papel importantíssimo no Ciclo Hidrológico, a evapotranspiração é a forma pela 
qual a água da superfície terrestre passa para a atmosfera no estado de vapor.
Esse processo envolve a evaporação da água de superfícies de água livre (rios, lagos, 
represas, oceano etc.), dos solos e da vegetação úmida (que foi interceptada durante uma 
chuva) e a transpiração dos vegetais.
Evapotranspiração = evaporação (E) + transpiração (T)
A perda de água na superfície das plantas é feita pela diferença de pressão de vapor no ar 
acima da superfície da folha e a pressão de vapor no espaço interno da folha. 
Evapotranspiração potencial x real
Evapotranspiração potencial (ETP) 
é a 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 (PENMAN, 1956, 
apud Tucci, 2000).
X
Evapotranspiração real (ETR) 
é a quantidade de água transferida 
para a atmosfera por evaporação 
e transpiração, nas condições reais 
(existentes) de fatores atmosféricos 
e umidade do solo. Logo, a 
evapotranspiração real é igual ou 
menor que a evapotranspiração 
potencial (Penman, 1956, apud 
Tucci, 2000).
Por serem escassas as informações a respeito da evapotranspiração real, são usados, 
geralmente, os valores de evapotranspiração potencial (estimados por equações conceituais 
ou empíricas), sendo depois aplicadas relações entre a ETR e a ETP.
15
Fonte: Penman, 1956, apud Tucci, 2000.
Medição da evapotranspiração
Existem alguns métodos desenvolvidos para a estimativa da evapotranspiração, como 
aqueles baseados na temperatura (exemplo: método de Thornthaite) ou na radiação. 
As formas de medição direta são por meio do emprego do lisímetro, ou indireta, por meio 
de medições sucessivas da umidade do solo.
O lisímetro é constituído por um reservatório de solo de volume em torno de 1 m3, no qual 
se tem controle dos volumes de água fornecidos, infiltrados e armazenados no solo, de modo 
que o balanço de volume (ou de peso) permite estimar o quanto foi absorvido pela vegetação 
e transpirado.
Equação
E = P - Qs – Qb – ΔV
Onde:
ΔV é a variação de volume de água (medida pelo peso);
P é a chuva (medida num pluviômetro);
E é a evapotranspiração;
Qs é o escoamento superficial (medido);
Qb é o escoamento subterrâneo (medido no fundo do tanque).
Clima Vegetação De
Referência
Evaporação
potencia de
referência (ET0)
+
Coe�ciente
de cultura
Kc Ks
Coe�ciente
de restrição
hídrica
Evapotranspiração
real de referência
Evapotranspiração
real
Evapotranspiração
potencial de cultura
16
Unidade: Evaporação e Evapotranspiração
Outras formas de calcular a evapotranspiração: 
 · Método dos Balanços Hídricos; 
 · Método de Thornthwaite; 
 · Método de Penman; 
 · Método de Grassi; 
 · Método de Stephens-Stewart; 
 · Método de Makkink; 
 · Método de Hamon;
 · Método de Hargreaves; 
Método dos Balanços Hídricos 
Método de estimativa simples com base nos dados de fluxo de água em uma bacia hidrográfica. 
Equação da 
continuidade
S(t+1) = S(t) + (P – E – Q + A)dt
Onde:
S = Quantidade de água contida em uma bacia; 
P = Precipitação; 
E = Evapotranspiração;
Q = Vazão na rede de drenagem;
A = Armazenamento.
Para intervalos de tempo (dt) longos, pode-se simplificar a equação, desprezando a diferença 
entre S(t+1) e S(t). 
Portanto: 
Q = P - E
Aplicação restrita a grandes projetos: 
 · Relaciona-se apenas a bacias hidrográficas; 
 · Requer a montagem de diversos equipamentos (vertedores, pluviômetros etc.); 
 · Em bacias em que há armazenamentos forçados (reservatórios), o valor fica mascarado.
17
Material Complementar
Para complementar os conhecimentos adquiridos nesta Unidade, acesse os seguintes 
conteúdos:
Sites:
http://www.daee.sp.gov.br
http://www2.ana.gov.br
http://www.inmet.gov.br/portal/
http://www.ciiagro.sp.gov.br/18
Unidade: Evaporação e Evapotranspiração
Referências
GRIBBIN, J. B. Introdução à hidráulica, hidrologia e gestão de águas pluviais. São 
Paulo: Cengage Learning, 2009.
PINTO, N. L. S. et al. Hidrologia básica. São Paulo: Edgard Blucher, 1976.
BRAGA, B. Introdução à engenharia ambiental. São Paulo. 2.ed. São Paulo: Pearson, 
2005.
GARCEZ, L. N. Hidrologia. São Paulo: Edgard Blucher, 1988.
TUCCII, C. E. M. - Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: UFRGS, 2009.
19
Anotações