Evaporación (Hidrología)

Evaporación (hidrología)
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El agua se condensa en gotitas visibles después de evaporarse de una taza de té caliente.
En hidrología, la evaporación es una de las variables hidrológicas importantes al momento
de establecer el balance hídrico de una determinada cuenca hidrográfica o parte de esta. En
este caso, se debe distinguir entre la evaporación desde superficies libres y la evaporación
desde el suelo.
La evaporación es un proceso físico que consiste en el pasaje lento y gradual de un estado
líquido hacia un estado más o menos gaseoso, en función de un aumento natural o artificial
de la temperatura, lo que produce influencia en el movimiento de las moléculas,
agitándolas. Con la intensificación del desplazamiento, las partículas escapan hacia la
atmósfera transformándose, consecuentemente, en vapor.
La evaporación es un fenómeno en el cual átomos o moléculas en el estado líquido (o
sólido, se la substancia sublima) ganan energía suficiente para pasar al estado de
vapor.
El movimiento térmico de una molécula de líquido debe ser suficiente para vencer la
tensión superficial y evaporar, esto es, su energía cinética debe exceder el trabajo de
cohesión aplicado por la tensión superficial a la superficie del líquido. Por eso, la
evaporación acontece más rápidamente a altas temperaturas, a altos caudales entre las fases
líquida y vapor y en líquidos con bajas tensiones superficiales (esto es, con presión de
vapor más elevadas).
Con solamente una proporción pequeña de moléculas localizada cerca de la superficie y
moviéndose en la dirección correcta para escapar del líquido en un cierto instante, la tasa de
evaporación es limitada. Además, como las moléculas de mayor energía escapan y las que
quedan tienen menor energía cinética média, la temperatura del líquido se reduce. Este
fenómeno también es llamado de enfriamiento evaporativo. Un ejemplo para dicho
fenómeno es la transpiración (sudor).
Contenido
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1 Equilibrio evaporativo
2 Evaporación desde superficies líquidas
o 2.1 Fórmulas empíricas para determinar la evaporación desde un lago o una
laguna
3 Véase también
Equilibrio evaporativo [editar]
Presión del vapor de agua frente a la temperatura. (760 Torr = 1 atm.
Si la evaporación ocurre en un recipiente cerrado, las moléculas que escapan del líquido se
acumulan en forma de vapor arriba del líquido. Muchas de esas moléculas regresan al
estado líquido. Cuando el proceso de escape y regreso alcanza un equilibrio, el vapor es
llamado saturado y no ocurren cambios adicionales en la presión de vapor o en la
temperatura del líquido.
La razón entre la pérdida de calor de una superficie de agua por evaporación y la pérdida de
calor debido a la convección, independiente de la velocidad del viento es dada por:
donde Qc,pa es la pérdida de calor de una superficie de agua por convección en W/(m2•K),
Qe es la perdida de calor de una superficie de agua por evaporación en W/(m2•K), Tp y Ta
son las temperaturas del agua y del aire en Kelvin (o Celsius) y Pwp y Pa son las presiones
del vapor de la superficie del agua y del aire y p es la presión barométrica, con todas
presiones en mmHg (Bowen, 1926).
La ecuación de Bowen fue modificada por Sartori (1987) que introdujo un parámetro que
permite el cálculo de los trés casos de flujo de masa que pueden ocurrir cuando una
superficie libre de agua es expuesta al aire, cuyas situaciones no pueden ser calculadas
solamente con la ecuación de Bowen. Así, la ecuación de Bowen-Sartori queda:
donde rh es la humedad relativa.
Referencias:
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Sartori, E. "A mathematical model for predicting heat and mass transfer from a free
water surface". Proc. ISES Solar World Congress, Germany (1987).
Sartori, E. “Solar still versus solar evaporator: a comparative study between their
thermal behaviors”. Solar Energy, 56/2 (1996).
Sartori, E. "A critical review on equations employed for the calculation of the
evaporation rate from a free water surface". Solar Energy, 68/1 (2000).
Sartori, E. "Letter to the Editor", Solar Energy Journal, 73/6, 2003.
Evaporación desde superficies líquidas [editar]
Bureau of Plant Industri (BPI); Colorado Sunken Pan; 20 m² Tank; M.O. Tank (Symons
Tank). Siendo que las condiciones de contorno creadas tienen una influencia significativa,
los resultados varían según qué evaporímetro se ha utilizado para la determinación.
Si se tiene en cuenta que los valores de evaporación medidos en el sitio de interés, para
tener validez desde el punto de vista estadístico deben tener una duración de por lo menos
15 años, se comprende la dificultad. Esto ha impulsado a numerosos investigadores a
analizar fórmulas empíricas, que permitan rápidamente llegar a un resultado lo más
aproximado posible.
Fórmulas empíricas para determinar la evaporación desde un lago o una
laguna [editar]
Una de las expresiones más simples ha sido propuesta por Visentini, y se aplica para
cálculos aproximados en superficies líquidas situadas en cotas bajas, donde se puede
considerar que la presión atmosférica es de aproximadamente 760 mm de columna de
mercurio. Las fórmulas empíricas propuestas por Visentini son:
(para lagos o embalses con cota inferior a 200 msnm)
(para lagos o embalses con cota entre 200 y 500 msnm)
(para lagos o embalses con cota superior a 500 msnm)
Donde:
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E = Evaporación anual en mm
t = Temperatura media anual en grados celsius
Nótese que para una temperatura media de 10 grados Celsius, la evaporación será entre 750
mm y 1200 mm por año, es decir de aproximadamente 2 a 3 mm por día.
Considerando que en la evaporación juegan roles importantes, entre otros, la temperatura
del agua, la temperatura del aire, el viento, la insolación, etc., otros investigadores han
propuesto fórmulas empíricas más complejas y que, por lo tanto, son más difíciles de usar