Evaporación: definición y estimación
Lee este artículo para aprender sobre la definición y estimación de la evaporación.
Definición:
La evaporación es el proceso durante el cual el agua cambia de estado líquido o sólido a vapor a través de la transferencia de energía térmica. El proceso de evaporación del agua es uno de los componentes básicos del ciclo hidrológico y consiste en la fase en la cual la precipitación que llega a la superficie de la tierra se devuelve a la atmósfera en forma de vapor.
Hay tres tipos de procesos de evaporación, a saber:
yo. Evaporación de superficies de agua libre (por ejemplo, reservorios, arroyos y estanques y lagos);
ii. Evaporación de superficies terrestres; y
iii. Evaporación de la cubierta vegetal (es decir, transpiración).
La evaporación es un proceso de difusión en el cual el vapor se transfiere de las superficies naturales de la tierra a la atmósfera. Hay dos requisitos esenciales para que se produzca la evaporación.
Son:
yo. Disponibilidad de fuente de energía térmica para vaporizar el agua. Para la vaporización, independientemente de la superficie desde donde se produce la evaporación, se requiere un intercambio de 590 calorías por gramo de agua evaporada a 20 ° C. La fuente de energía térmica puede ser la radiación solar o el aire que sopla sobre la superficie o desde la superficie subyacente.
ii. Existencia de gradiente de concentración de vapor entre la superficie de evaporación y el aire circundante. La evaporación puede tener lugar solo si la concentración de vapor en la superficie de evaporación es mayor que la que está presente en el aire suprayacente.
Estimación de la evaporación de la superficie del agua libre:
El cambio de estado de agua a vapor ocurre cuando algunas moléculas en el cuerpo de agua alcanzan suficiente energía cinética para alcanzar el aire por encima. Este movimiento de moléculas (vapor acuoso) a través de la superficie del agua produce una presión y se llama presión de vapor.
Algunas de las moléculas que escapan del cuerpo de agua vuelven a caer en el agua cuando el vapor acuoso se condensa. Por lo tanto, la evaporación y la condensación en la superficie del agua son procesos continuos. Cuando la cantidad de moléculas que dejan el cuerpo de agua como vapor es igual a la cantidad que cae después de la condensación, se dice que alcanza una condición de saturación.
Indica un estado de equilibrio entre la presión ejercida por las moléculas que escapan y la presión de la atmósfera circundante. Por lo tanto, está claro que la evaporación será más que la condensación si el espacio sobre la superficie del agua no está saturado. En resumen, la evaporación es una función de la diferencia entre la presión de vapor del cuerpo de agua y la presión de vapor del aire de arriba.
Dalton (en 1802) mostró que bajo condiciones dadas:
E α (e s - e d )
o E = (e s - e d ) Ѱ
Donde E es la evaporación
e s es la presión de vapor saturada a la temperatura de la superficie de evaporación (mm Hg)
e d es la presión de vapor de saturación a la temperatura del punto de rocío (mm Hg).
y Ѱ es un factor del viento.
Varias ecuaciones empíricas para estimar la evaporación se han desarrollado sobre la base de la ley de Dalton. Algunos de ellos se mencionan a continuación. (Cabe señalar que estas ecuaciones están en unidades FPS).
(i) Fórmula de Meyer (desarrollada en 1915):
E = c (e s - e d ) Ѱ
Donde E es la tasa de evaporación en pulgadas por mes de 30 días
c es una constante = 11 para grandes cuerpos de agua profunda, y
= 15 para pequeños cuerpos de agua poco profundos
e s es la presión máxima de vapor en pulgadas de Hg.
(i) Corresponde a la temperatura media mensual del aire para cuerpos de agua pequeños y poco profundos, y
(ii) Corresponde a la temperatura del agua para cuerpos de agua grandes y profundos.
e d es la presión de vapor real en el aire en pulgadas de Hg.
(i) Sobre la base de la temperatura media mensual del aire y la humedad relativa para cuerpos de agua pequeños y poco profundos, y
(ii) Basado en información sobre 30 pies sobre la superficie del agua para cuerpos de agua grandes y profundos.
Ѱ es un factor de viento = (1 + 0.1 ω)
ω es la velocidad del viento media mensual en mph a aproximadamente 30 pies sobre la superficie del agua.
(ii) Fórmula Rohwer (desarrollada en 1931):
E = 0.771 (1.465 - 0.0186 B) Ѱ (e s - e d )
Consideró el efecto de la presión atmosférica e introdujo un factor (1.465 - 0.0186 B)
En la ecuación anterior
Ѱ = 0.44 + 0.118 ω
En esta ecuacion
E es la tasa de evaporación en pulgadas por día.
B es la lectura barométrica media en pulgadas de mercurio (Hg) a 32 ° F.
e s es la presión máxima de vapor en pulgadas de Hg.
e d es la presión de vapor real en el aire según la temperatura media mensual del aire y la humedad relativa en pulgadas de Hg.
ω es la velocidad media mensual del viento en mph.
(iii) Fórmula Christiansen (es unidades métricas):
E p = 0, 473 R. C t . C w . C s . C e . C m
donde E p es la pérdida por evaporación en mm
R es la radiación extraterrestre en mm (el valor de R varía con la latitud y también mes a mes).
C m es un coeficiente para representar la evaporación como media para el mes.
C t, C w, C h, C s y C e son coeficientes de temperatura, velocidad del viento, humedad relativa, porcentaje de luz solar posible y elevación, todo expresado en las mismas unidades que E p . Para calcular los valores de varios coeficientes, Christiansen dio expresiones separadas. Las expresiones son complicadas y no están dentro del ámbito de estudio.
Limitaciones de las ecuaciones empíricas:
Las ecuaciones anteriores sufren de las siguientes limitaciones:
(i) La aplicación de estas ecuaciones es difícil porque puede que no sea posible obtener la información necesaria para su solución en los lugares deseados.
(ii) La mayoría de las cantidades utilizadas son valores promedio basados en promedios mensuales, mientras que en la práctica la evaporación depende de la situación real en un momento diferente.
Evaporación de las superficies del suelo:
La mecánica de evaporación de las superficies del suelo es, en principio, similar a la observada para la evaporación de las superficies del agua. Además, las moléculas que escapan del vapor de agua del suelo tienen que superar la resistencia debida a la atracción de las partículas del suelo por el agua.
Los mismos factores que afectan la evaporación de la superficie del agua libre también afectan la evaporación de la superficie terrestre, sin embargo, la diferencia que existe se debe al grado de humedad de la superficie terrestre. La velocidad de evaporación de los suelos saturados es casi idéntica a la velocidad de evaporación de la superficie del agua libre.
Cuando el contenido de humedad de la superficie del suelo disminuye, la pérdida de humedad por evaporación disminuye y cuando disminuye bastante, la evaporación prácticamente cesa. Se ve que la evaporación de la superficie del suelo continuará mientras la capa superficial del suelo, por ejemplo, 10 cm para suelos arcillosos y 20 cm para suelos arenosos permanezca húmeda. La evaporación de la superficie del suelo se puede medir por lisímetro.
