EVAPORACIÓNEVAPORACIÓN

•Radiación solar (Energía suministrada al sistema)•Temperatura del aire y de la superficie evaporante•Humedad relativa del aire en la superficie < Humedad > evaporación•Presión atmosférica y la altitud: < Pa > altitud > evaporación•Velocidad del viento > viento > evaporación

La TRANSPIRACIÓN es el fenómeno biológico por el cual las plantas pierden agua hacia la atmósfera, tomándola del suelo por sus raíces, aprovechando una parte de ella en su crecimiento y transpirando el resto a través de los estomas o de la cutícula.

Apertura de los estomas:

Con fuertes vientos los estomas se cierran para no perder agua.

Con Humedad alta, las plantas eliminan agua para permitir el movimiento de la savia.

FACTORES METEOROLÓGICOS QUE FACTORES METEOROLÓGICOS QUE DETERMINAN LA EVAPOTRANSPIRACIÓNDETERMINAN LA EVAPOTRANSPIRACIÓN

FACTORES DEL CULTIVO QUE DETERMINAN FACTORES DEL CULTIVO QUE DETERMINAN LA EVAPOTRANSPIRACIÓNLA EVAPOTRANSPIRACIÓN

• Tipo de planta: Naturaleza de los estomas, tamaño, densidad, localización y exposición.

• Período del año: Pérdida de hoja y por cuanto tiempo

• Hora del día: Por el balance de radiación y los ritmos de fotosíntesis y crecimiento de la planta y la actividad estomática. En la noche la transpiración es entre el 5 y 10% de la tasa diurna.

• Estado de crecimiento del cultivo. > consumo de agua durante el crecimiento activo o construcción de biomasa.

La evapotranspiración depende de la facilidad con la cual es reemplazada el agua que se consume.

Una región o un periodo de tiempo son húmedos o secos en la medida en que la oferta de agua (precipitación), puede ser comparada con la demanda de la vegetación para no sufrir sequía (evapotranspiración).

Mientras exista agua disponible, la ET tendrá lugar a la mayor tasa posible. Si esa cantidad de agua disminuye, la ET también; por lo tanto, la ET está determinada por la cantidad de agua en la superficie del suelo y la contenida en la zona radicular.

EVAPOTRANSPIRACIÓN Vs. PRECIPITACIÓNEVAPOTRANSPIRACIÓN Vs. PRECIPITACIÓN

BALANCE DE AGUA EN EL SUELO EN LA BALANCE DE AGUA EN EL SUELO EN LA ZONA RADICULARZONA RADICULAR

•Thornthwaite (1948): Introduce una ecuación en la que involucra el factor Ta e insolación, pero no considera tipo de superficie ni la transpiración.

•Penman (1948): Considera tanto la fuente de energía (radiación) como el transporte del vapor de agua a partir de una superficie, pero no considera el tipo de superficie.

•Penman modificado: (Penman-Monteith, 1963) considera una resistencia del cultivo (estomática) y una resistencia aerodinámica, ambos términos se agrupan en el término (Coeficiente del cultivo).

CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓNCÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN

Doorembos y Pruit (1975, 1977): Introducen el concepto de Evapotranspiración de referencia (ETo).

Allen et al (1994): Unifica los términos suponiendo un cultivo hipotético de referencia, con unas condiciones aerodinámicas fijas, para obtener una ETo, comparable y tomar los datos meteorológicos a 2 m de altura de la superficie.

Se desarrollaron expresiones matemáticas para calcular una ET que difiere de la evapotranspiración real (ETR) en una región, que depende de la disponibilidad de agua en las superficies.

CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓNCÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN

EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL O DE EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL O DE REFERENCIA (ETo)REFERENCIA (ETo)

EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL O DE EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL O DE REFERENCIA (ETo)REFERENCIA (ETo)

EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL O DE EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL O DE REFERENCIA (ETo)REFERENCIA (ETo)

La evapotranspiración de referencia es la tasa de evapotranspiración desde un cultivo hipotético de referencia que se asume que tiene una determinada altura (12 cm.), una resistencia fija de la superficie del cultivo (70 s m-1), un albedo determinado (0.23), y que asemeja la evapotranspiración de una superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, que crece activamente, cubre completamente el suelo y con un adecuado abastecimiento de agua.

La evapotranspiración de referencia es la tasa de evapotranspiración desde un cultivo hipotético de referencia que se asume que tiene una determinada altura (12 cm.), una resistencia fija de la superficie del cultivo (70 s m-1), un albedo determinado (0.23), y que asemeja la evapotranspiración de una superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, que crece activamente, cubre completamente el suelo y con un adecuado abastecimiento de agua.

EVAPOTRANSPIRACIÓN DEL CULTIVO (ETc)EVAPOTRANSPIRACIÓN DEL CULTIVO (ETc)

EVAPOTRANSPIRACIÓN Y ETAPAS DEL CULTIVOEVAPOTRANSPIRACIÓN Y ETAPAS DEL CULTIVO

En un cultivo, la evaporación es la principal componente en las etapas iniciales, porque la fracción de radiación solar que llega a la superficie del suelo disminuye a medida que aumenta el área foliar.

Cuando el follaje cubre la superficie del suelo, la transpiración desde el tejido vegetal se convierte en la mayor proporción de la evapotranspiración del cultivo.

En un cultivo completamente desarrollado la transpiración es responsable de casi el 90% del consumo de agua.

Fuente: Evapotranspiración del Cultivo. Guía No. 56 para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos.

EVAPOTRANSPIRACIÓN Y ETAPAS DEL CULTIVOEVAPOTRANSPIRACIÓN Y ETAPAS DEL CULTIVO

COEFICIENTE KcCOEFICIENTE Kc

Relación entre el coeficiente de consumo de agua en un cultivo y su cobertura. Adaptado de Allen, et al, 1998.

Esquema de la distribución de los coeficientes de consumo (Kc) en las diferentes fases de desarrollo del cultivo (Allen et al., 1998).

EVAPOTRANSPIRACIÓN EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL (ETR)REAL (ETR)

La EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL (ETR): Es la cantidad de agua evaporada desde el complejo planta-suelo en las condiciones meteorológicas, edafológicas y biológicas presentes (tipo de cultivo y fases de crecimiento y desarrollo).

La ETR < o = ETP. Esto ocurre en un campo de cultivo bien regado o en un área con vegetación natural en un periodo de lluvia suficiente.

MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA EToMÉTODOS DE CÁLCULO DE LA ETo

La ETo determina las necesidades de riego, en zonas áridas y semiáridas.

Métodos de cálculo de la ETo

1)Métodos de Medición directa Lisímetros y Tanque de Evaporación Clase A

2)Método HidrológicoBalance de agua

3)Métodos climáticosThornthwaite, Blaney-Criddle, Turc, Hargraves, García

y López4)Métodos Combinados

Balance de energía y aerodinámico (Penman)

MEDICIÓN DIRECTAMEDICIÓN DIRECTA

P + Riego = ETP + IP + Riego = ETP + I

Lisímetros:

Tanque de evaporación CLASE A:Las condiciones de evaporación en los tanques no son las mismas que en una superficie mayor y hay que normalizar las medidas con el denominado coeficiente de tanque (0.7-0.8).

MEDICIÓN DIRECTAMEDICIÓN DIRECTA

MÉTODO HIDROLÓGICOMÉTODO HIDROLÓGICO

Balance de Agua:

El balance de agua en el ciclo hidrológico (Agua que Entra menos lo que sale), está dado por:

P + E + I + ET + ΔSW= 0P + E + I + ET + ΔSW= 0

P: recarga por lluvia o riego, E escorrentía, I infiltración, ET evapotranspiración,ΔSW contenido de Humedad en el suelo.

MÉTODOS CLIMÁTICOSMÉTODOS CLIMÁTICOS

Método de Thornthwaite (1948), se utiliza para calcular la ETP mensual en mm:

Datos de entrada: Temperatura media mensual (T)Duración promedio del día (N) en cada mes.

ETP = 0.53* 10T α

I

ETP Evapotranspiración Potencial media diaria sin ajustar T Temperatura media mensual ºC I Índice calórico anual (Suma de los 12 índices mensuales i)

i= T 1.514

5

Puede calcularse con un error del 1% como:

I= 12* T anual 1.514

5

Finalmente se aplica un factor de ajuste por latitud y época del año. :

ETP = FCN * ETFCN = FCN = (D/30)*(N/12)

MÉTODO DE THORNTHWAITEMÉTODO DE THORNTHWAITE

LIMITACIONES

La fórmula es aplicable a zonas donde la T tiene una alta correlación con la radiación. La T no es un buen indicador de la cantidad de energía disponible para la evapotranspiración, hay lugares con Ta similares, pero la intensidad de radiación es distinta.

No tiene en cuenta ni la HR, ni el viento.

MÉTODO DE THORNTHWAITEMÉTODO DE THORNTHWAITE

MÉTODO DE BLANEY-CRIDDLE

Blaney-Criddle (1950), solo requiere datos medios de Ta. Se debe calcular para periodos mensuales y en zonas donde no haya datos disponibles.

ETP = K*P*(0.457T+8.12)

ETP= Evapotranspiración PotencialK= Coeficiente del cultivoT= Temperatura media mensual, °CP= Porcentaje de horas de brillo solar mensual

respecto al año

En regiones ecuatoriales la Ta y la insolación son mas o menos constantes, pero los otros elementos varían. Tiene limitaciones en esta zona.

MÉTODO DE TURC

ETP = K T__ (RG+50)* 1+50-HR Para HR<50%

T+15 70 media mensual

ETP= K T__ (RG+50) mm/mes Para HR>50%

T+15 media mensual

ETP Evapotranspiración Potencial mensual en mmK 0.40 para meses de 30 a 31 díasK 0.37 para el mes de febreroK 0.13 para un total de 10 díasT T media ºCRG Radiación global (cal/cm2/dia)HR Humedad relativa media mensual

MÉTODO DE HARGRAVES

G. H. Hargraves (1948), Por medio del tanque de evaporación Clase A. En muchos lugares no se dispone de la medida directa del tanque, entonces:

EV = 17.4*D*Tc*(1.0 – Hn)

EV: Evaporación del tanque Clase A, en mmD: Coeficiente mensual de luz solarTc: Temperatura media mensualHn: Humedad Relativa media mensual, al medio día en decimales.

Una vez conocido el valor de la evaporación del Tanque, se introduce un coeficiente del cultivo K, para obtener la ERP:

ETP = 17.4*D*Tc*Fh*Fw*Fs*Fe*K

ETP: Evapotranspiración Poencial mensual, en mmD: Coeficiente mensual del duración del día, relacionado con el factor P de Blaney-Criddle: D=0.12PTc: Temperatura media mensual, ºCFh: 0.59-0.55 Hn2, Hn=Humedad relativa media al medio día en decimales.Fw: 0.75+0.0255√WkdWkd=velocidad media del viento a 2 m. de altura, en Km/dia

MÉTODO DE HARGRAVES

Fs: 0.478+0.58ss=porcentaje de brillo solar, en decimalesFe: 0.950+0.0001ee=Elevación del lugar, en metrosK: Coeficiente empírico de desarrollo del cultivoPara calcular la HR al medio día, a partir de otros datos de humedad:

Hn=0.40 Hm+0.60Hm2

Hn=0.40Hi+0.10Hx+0.18Hm+0.32Hm2

Donde:

Hm=Humedad Relativa media diariaHi=Humedad Relativa media mínima, en decimalesHx=Humedad Relativa media máxima, en decimales

MÉTODO DE HARGRAVES

Correcciones:

Velocidad del viento. Por cada 50 Km/día respecto a 100Km/dia (condiciones de desarrollo de la fórmula), se debe aumentar o disminuir en un 9%.

Brillo Solar: Fórmula, Insolación del 90%, ajustes:

Insolación (%) 30 40 50 60 70 80 90Corrección (%) -34 -28 -24 -20 -16 -9 0

Altura:Partiendo de 150 m, por cada 100 m. de incremento hay que aumentar los resultados en 1%.

MÉTODO DE HARGRAVES

MÉTODO DE GARCÍA Y LÓPEZ

García y López (1970): Desarrollaron una fórmula adapatada al trópico (15ºN – 15ºS), mediante la combinación de datos de déficit de saturación y T con la ETP medidas en 6 estaciones de régimen tropical:

ETP = 1.21*10n*(1-0.01 HR) + 0.21T – 2.30

Donde:

N: = _7.45T _ 234.7 + T

T = Temperatura media del aire, en ºCHR = Humedad Relativa media diurna:

HR = HR(8 horas) + HR(14 horas) 2

Penman (1948): Integra el balance de energía (Radiación Solar) y el aerodinámico (Viento y humedad). Requiere datos directos de Ta, HR, Viento, Insolación o radiación

Donde:

ETP= Evapotranspiración PotencialPo= Presión atmosférica media a nivel del mar, en milibaresP= Presión atmosférica media en función de la elevación del lugar en milibaresΔ=Gradiente de la presión de vapor de saturación respecto a la T, en milibares por grado centígrado

MÉTODO DE PENMAN

Donde:

γ= Coeficiente sicrométrico; para el sicrómetro con ventilación forzada= 0.660.75= Factor de reducción de la radiación global (radiación total de onda corta entrante) y que corresponde a un albedo de 0.25RA=Radiación de onda corta recibida en el límite de la atmósfera (1mm=59 calorías), en mm de agua evaporablen= Duración de la insolación (dato directo) durante el periodo que se estudia, en horas y décimas de hora.N= Duración de la insolación astronómicamente posible, en un periodo dado. = Radiación del cuerpo negro para la temperatura prevaleciente del aire en mm de agua evaporable

MÉTODO DE PENMAN

Donde:

ea = Presión de vapor de saturación, en milibaresed = Presión de vapor durante el periodo que se estudia, en milibares TºC= Temperatura del aire medida en la caseta meteorológica, en ºC.TºK= Temperatura del aire, en grados Kelvin, en donde TºK=TºC+273U= Velocidad media del viento a 2 m. de altura durante el periodo que se estudia en m/s.

MÉTODO DE PENMAN

Es la fórmula recomendada para calcular la ETP cuando hay datos disponibles.

En 1990, fue adaptada la fórmula de Penman original para estimar directamente la ETP de los cultivos, mediante la incorporación del albedo, la resistencia de las plantas a la transpiración y de funciones de viento que toman en cuenta las condiciones hidrodinámicas con el crecimiento del cultivo. Pero, en términos prácticos, se utiliza la fórmula original, adicionando una función del viento y un factor correctivo que toma en cuenta las condiciones meteorológicas diurna y nocturnas:

MÉTODO DE PENMAN - MODIFICADO

MÉTODO DE PENMAN - MONTEITH

La ecuación de Penman-Monteith se usa para los cálculos de la evapotranspiración de referencia de 24 horas, a partir de datos diarios o mensuales. La Ecuación FAO Penman-Monteith para el cálculo de ETo : Donde:

ETo: evapotranspiración del cultivo de referencia [mm d-1 ] Rn : radiación neta sobre la superficie del cultivo [MJ m-2 d-1 ] G : Flujo de calor del suelo [MJ m-2 d-1 ] T : Temperatura media del aire [C̊] U2 : velocidad del viento medida a 2 m de altura [m s-1 ] (ea-ed): déficit de presión de vapor [kPa] Δ : pendiente de la curva de presión de vapor [kPa C̊ -1 ] : constante psicrométrica [kPa C̊ -1 ] 900: factor de conversión

)U0.34+(1+

)e-e(U 273+T

900+G)-R( 0.408

= ET2

da2n

o

La ecuación de Penman-Monteith se usa para los cálculos de la evapotranspiración de referencia de 24 horas, a partir de datos diarios o mensuales. La Ecuación FAO Penman-Monteith para el cálculo de ETo : Donde:

ETo: evapotranspiración del cultivo de referencia [mm d-1 ] Rn : radiación neta sobre la superficie del cultivo [MJ m-2 d-1 ] G : Flujo de calor del suelo [MJ m-2 d-1 ] T : Temperatura media del aire [C̊] U2 : velocidad del viento medida a 2 m de altura [m s-1 ] (ea-ed): déficit de presión de vapor [kPa] Δ : pendiente de la curva de presión de vapor [kPa C̊ -1 ] : constante psicrométrica [kPa C̊ -1 ] 900: factor de conversión

)U0.34+(1+

)e-e(U 273+T

900+G)-R( 0.408

= ET2

da2n

o

VARIABLES DE ENTRADA

Tabla 2 Comparación de varios métodos de cálculo de la ETo (Jensens et al. 1990)

Tipo de clima Húmedo Arido

Indicador Puesto No.

Sobre- 1 Estimacion

Error 2

Estandard Puesto

No. Sobre- 1

Estimación Error 2

Estandard

METODOS COMBINADOS

Penman-Monteith 1 + 4% 0.32 1 - 1% 0.49

FAO-24 Penman (c=1) 14 + 29% 0.93 6 + 12% 0.69

FAO-24 Penman (corregido) 19 + 35% 1.14 10 + 18% 1.1

FAO –PPP-17 Penman 4 + 16% 0.67 5 + 6% 0.68

Penman (1963) 3 + 14% 0.60 7 - 2% 0.70

Penman 1963, VPD #3 6 + 20% 0.69 4 + 6% 0.67

1972 Kimberley Penman 8 + 18% 0.71 8 + 6% 0.73

1982 Kimberley Penman 7 + 10% 0.69 2 + 3% 0.54

Businger-van Bavel 16 + 32% 1.03 11 + 11% 1.12

METODOS DE RADIACION

Priestley Taylor 5 - 3% 0.68 19 - 27% 1.89

FAO-Radiación 11 + 22% 0.79 3 + 6% 0.62

METODOS DE TEMPERATURA

Jensen-Haise 12 - 18% 0.84 12 - 12% 1.13

Hargreaves 10 + 25% 0.79 13 - 9% 1.17

Turc 2 + 5% 0.56 18 - 26% 1.88

SCS Blaney-Criddle 15 + 17% 1.01 15 - 16% 1.29

FAO Blaney-Criddle 9 + 16% 0.79 9 0% 0.76

Thornwaite 13 - 4% 0.86 20 - 37% 2.4

METODOS DE TANQUE DE EVAPORACION

Tanque clase A 20 + 14% 1.29 17 + 21% 1.54

Christiansen 18 - 10% 1.12 16 - 6% 1.41

FAO Clase A 17 - 5% 1.09 14 + 5% 1.25

1 Sobre – o subestimado como porcentaje de datos de 11 sitios con lisímetros, corregiods por el tipo de cultivo de referencia

2 Error estandar ponderado de las estimaciones, mm/día

COMPARACIÓN DE MÉTODOS

Fuente: Evapotranspiración del Cultivo. Guía No. 56 para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos.

COEFICIENTE Kc PARA DIFERENTES CULTIVOSCOEFICIENTE Kc PARA DIFERENTES CULTIVOS

EVAPORACIÓN EN COLOMBIA

EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL EN COLOMBIA