EVAPOTRANSPIRACION Lab. Relación Suelo-Agua-Planta Fac. Ciencias Agronómicas Universidad de Chile Evapotranspiración: La combinación de 2 procesos separados por los que se pierde agua, desde la superficie del suelo por evaporación y desde el cultivo por transpiración. Este proceso depende del intercambio de energía en la superficie de las plantas y esta determinado por la cantidad de energía disponible. Evaporación - Es el proceso mediante el cual el agua liquida es convertida en vapor de agua (vaporización). - Para el cambio de estado de liquido a vapor se requiere energía, ésta la provee la radiación solar y en menor medida la temperatura. - La fuerza necesaria para remover el vapor de agua desde la superficie evaporante es el gradiente de presión de vapor entre la superficie evaporante y la atmosfera alrededor de ella. - El reemplazo del aire saturado por aire seco depende en gran medida de la velocidad del viento. Transpiración - Consiste en la vaporización de agua liquida contenida en los tejidos de las plantas y la remoción del vapor a la atmosfera. - Los cultivos pierden agua principalmente a través de los estomas -La transpiración, al igual que la evaporación, depende del aporte de energia, del gradiente de presión de vapor y del viento. -También influyen: - el contenido de agua del suelo - la capacidad del suelo de conducir agua - La capacidad de almacenamiento - la salinidad del agua - caracteristicas del cultivo - practicas culturales Evapotranspiración La evaporación y la transpiración ocurren simultáneamente y no es fácil distinguir entre ambos procesos. Este proceso depende del intercambio de energía en la superficie de las plantas y esta limitado por la cantidad de energía disponible. BALANCE DE ENERGÍA Rn = H + LE + G (cal cm-2 min –1) Rn : H : LE : G : radiación neta flujo de calor sensible flujo de calor latente flujo de calor que ingresa al suelo BALANCE DE RADIACIÓN Rs (1-) – RL = Rn (cal cm-2 min –1) Rs = radiación solar = albedo RL = radiación emitida por la Tierra Rn = radiación neta BALANCE DE ENERGÍA Rn = H + LE + G (cal cm-2 min –1) Rn = radiación neta H = flujo de calor sensible LE = flujo de calor latente G = flujo de calor que ingresa al suelo 1,5 G 0 1 0,5 + + 0 -0,5 -1 -1,5 _ •Metodo de radiación Rn = H + LE + G Rn LE = H + G LE LE Rn = LE LE = + LE LE + 1+ Rn +1 = H = LE G LE Rn_____ 1 + T/q TRANSFERENCIA TURBULENTA Movimiento laminar :Las propiedades de un fluido se transmiten por el movimiento al azar de sus moléculas (difusión). Movimiento Turbulento : Se desplazan pequeños “paquetes” o “eddies” con las propiedades de un fluido, los que luego de desplazarse una corta distancia se mezclan nuevamente. Los eddies son muy efectivos para transferir las propiedades físicas del fluido. Los movimientos atmosféricos cerca de la superficie de la Tierra son generalmente turbulentos a exepción de una capa de unos pocos milímetros en contacto con las superficies o capa límite. Re = l u > 2000 = densidad del fluido (K m –3) l = Grosor de la capa (m) u= velocidad del fluido (m s-1) = viscosidad del fluido (K m-1s –1) Brisa suave : 3 m s –1 Capa grosor : 0.01 m Aire : 1.29 K m-3 Aire : 1.71 x 10-5 K m-1 s -1 Re = 2250 Cerca de superficie, u 0 ⁂ Re 0 Dentro de la capa límite las propiedades de la atmósfera (calor, materia, momentum ) se transmiten por flujo laminar, dominan los procesos moleculares (difusión). H = - cp Dh ( T / z )0 LE= - L Dw (q / z )0 = - ( u / z )0 Difusividades Dh , Dw , , ( cm2 s-1) En flujo turbulento las velocidades se hacen función de la velocidad del viento. Las difusividades moleculares deben ser reemplazadas por las difusividades de los eddies Kh , Kw y Km. Si se suponen condiciones de estado estacionario, H = - cp Kh ( T / z ) LE= - L Kw (q / z ) Kh Kw Km Principio de similaridad = - Km ( u / z ) Perfil del Viento 120 100 Altura, z m1v1 80 m2v2 60 m3v3 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Velocidad del viento, u 8 9 10 Perfil Logaritmico del viento 10 U 8 6 4 2 0 0 1 2 ln Z 3 4 Perfil del viento. Relación entre la velocidad del viento y la altura Para condiciones cercanas a la neutralidad atmosférica (temperatura constante con la altura), u2 - u1 ln z2- lnz1 Si u = 0 = u ln (z2 / z1) a z = z0 = Constante u = (Constante ) ln z / z0 = transferencia Constante = (1 / k) ( / = u* / k vertical de momento 1 / 2 u* = velocidad de fricción = ( / ) =densidad del aire )1 / 2 K= Constante de Von Karman 0.7 ⁂ u / ln (z / z0) = (1 / k) ( / )1/2 = u* / k u = ( u* / k ) ln z / z0 u* =u k / ln (z / z0) Recordando, = - Km ( ∂u / ∂z ) , ( / ) = u*2 ; Km= u*2 / ∂u / ∂z ; u* = k z ∂u / ∂z ∂u / ∂z = ( u* / k ) (1 / z) ; y Km = u*k z Km = k2 u z ( ln z / z0 )-1 El valor de Km puede ser utilizado, en virtud del principio de similaridad como coeficiente de transferencia, para el cálculo de , LE y H. Integrando, además entre dos alturas, se tiene: = k2 u / ln ( z2 / z1) 〉2 LE = - L k2 u q / ( ln z2 / z1 )2 H = - cp k2 u T / ( ln z2 / z1 )2 Estas son las ecuaciones básicas en los métodos aerodinámicos para determinar los flujos verticales de calor, vapor de agua y momento. Evapotranspiración •Método aerodinámico : Suposiciones : 1. Perfil Logaritmico del viento 2. Transferencia de momento es constante con la altura 3. Kw = Km i.e. Atmósfera turbulenta, cercana a la neutralidad -Se aplica a una superficie vegetal densa y extensa. -Sólo se consideran los flujos verticales -LE representa la evapotanspiración, la que puede ser derivada si se conocen los otros terminos. Evapotranspiración de referencia (ET0) - Es la tasa de evapotranspiración de una superficie de referencia. - La superficie de referencia es un prado que crece activamente, de 0,12m de altura, una resistencia fija de 70 s/m, un albedo de 0,23 y sin limitaciones de agua. - El concepto de ET0 fue introducido para estudiar la demanda evaporativa de la atmosfera independientemente del tipo de cultivo, del desarrollo del cultivo y de las practicas de manejo. - ET0 depende exclusivamente de parámetros climáticos, por lo que expresa el poder de evaporación de la atmosfera en una localidad específica y época del año. Estimación de ET0 Método combinado (Penman) ET0 = c Rn + (1 - ) f (u) (ea – e ) Radiación Aerodinámico Donde, ET0 = ET de referencia (mm día-1). = factor relacionado a la temperatura. Rn = radiación neta (mm/ día). f(u) = función relacionada a la velocidad del viento. (ea- e) = diferencia entre la presión de vapor a saturación a la temperatura media del aire y la presión de vapor actual del aire (mb). c = factor de ajuste para compensar las condiciones climáticas del día y de la noche. Evapotranspiración de referencia (ET0) - El método de Penman-Monteith es recomendado por FAO como el método para estimar la ET0. - Este ha sido seleccionado porque se aproxima mucho a la ET0 de un prado en la localidad evaluada, se basa en aspectos físicos e incorpora explicítamente parámetros fisiológicos y aerodinamicos. Datos climáticos necesarios para calcular la Evapotranspiración según el método de Penman-Monteith - Radiación solar Temperatura del aire Humedad atmosferica Velocidad del viento Unidades - La tasa de evapotranspiración normalmente se expresa como mm/tiempo. - Si 1mm=0,001m y 1ha=10.000m2, la pérdida de 1mm corresponde a 10m3 de agua/hectarea. o sea 1 mm/día = 10 m3/ha día - También puede ser expresada como energía recibida por unidad de área. La energía se refiere a la energía o calor necesario para evaporar agua libre Calor de Vaporización. - El calor de vaporización es función de la temperatura. - Ejemplo: - a 20°C el calor de vaporización es de 2,45 MJ kg-1 - Es decir, 2,45 MJ son necesarios para evaporar 1 kg ó 0,001 m3 de agua. - 2,45 MJ m-2 permiten vaporizar 0,001 m ó 1 mm de agua Altura Volumen por unidad de area Energía por unidad de area mm/día m3 ha-1 día-1 l s-1 ha-1 MJ m-2 día-1 1 10 0,116 2,45 0,1 1 0,012 0,245 1 l s-1ha-1 8,640 86,40 1 21,17 1 MJ m-2día-1 0,408 4,082 0,047 1 1 mm día-1 1 m3ha-1día-1 EVAPOTRANSPIRACIÓN DE CULTIVOS La evapotranspiración de cultivos se obtiene de: ETc= ET0*kc Donde ET0: evapotraspiración de referencia Kc: coeficiente de cultivo Método de Evapotranspiración de bandeja (ET0) - Es la tasa de evaporación de una bandeja llena de agua. - Se mide por el descenso del nivel de agua durante un periodo de tiempo (mm/día). - La bandeja entrega una medición del efecto integrado de la radiación, viento, temperatura y humedad en la evaporación de una superficie abierta de agua. - Sin embargo este valor difiere de la evapotranspiración de cultivo por varios factores (albedo, almacenaje de calor en la bandeja, T°, turbulencia y humedad en la superficie, etc.) - Este valor es corregido por un coeficiente de bandeja (kp). Este depende del tipo de bandeja, cobertura y las condiciones de viento y humedad. - Además considera si la bandeja se encuentra sobre cesped o sobre suelo descubierto. ET0= Eban*kp Pan coefficients (Kp) for Class A pan for different pan siting and environment and different levels of mean relative humidity and wind speed (FAO Irrigation and Drainage Paper No. 24) Class A pan RH mean (%) Case A: Pan placed in short green cropped area Case B: Pan placed in dry fallow area low < 40 medium 40 - 70 low < 40 medium 40 - 70 high > 70 1 .55 .65 .75 Windward side distance of dry fallow (m) 1 .7 .8 .85 10 .65 .75 .85 10 .6 .7 .8 100 .7 .8 .85 100 .55 .65 .75 1000 .75 .85 .85 1000 .5 .6 .7 Moderate 1 .5 .6 .65 1 .65 .75. .8 2-5 10 .6 .7 .75 10 .55 .65 .7 100 .65 .75 .8 100 .5 .6 .65 1000 .7 .8 .8 1000 .45 .55 .6. Strong 1 .45 .5 .6 1 .6 .65 .7 5-8 10 .55 .6 .65 10 .5 .55 .65 100 .6 .65 .7 100 .45 .5 .6 1000 .65 .7 .75 1000 .4 .45 .55 1 .4 .45 .5 1 .5 .6 .65 10 .45 .55 .6 10 .45 .5 .55 100 .5 .6 .65 100 .4 .45 .5 1000 .55 .6 .65 1000 .35 .4 .45 Wind speed (m -1 Lights ) <2 Very strong >8 Windward side distance of green crop (m) high > 70 Método de Penman-Monteith (es ea ) Rn G a c p ra ET rs 1 ra Rn G (es - ea) a cp rs ra : radiación neta : flujo de calor que ingresa al suelo : déficit de presión de vapor del aire : densidad media del aire a presión constante : calor especifico del aire : pendiente de la relación presión de vapor/T° : constante psicrométrica : resistencia de superficie (bulk) : resistencia aerodinámica www.sap.uchile.cl