Presentación de PowerPoint - Relación Suelo Agua Planta

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
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