EVAPORACIÓN

1.- Concepto

Es un proceso físico que consiste en

el paso lento y gradual de un estado

líquido hacia un estado gaseoso, tras

haber adquirido suficiente energía

para vencer la tensión superficial. A

diferencia de la ebullición, la

evaporación se puede producir a

cualquier temperatura, siendo más

rápido cuanto más elevada aquella.

No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando

existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está

en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define

la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía

según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es

inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la

fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor

iguala a la atmosférica, se produce la ebullición. 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 de agua es importante e

indispensable en la vida, ya que el vapor de agua, al condensarse se

transforma en nubes y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío. Vista

como una operación unitaria, la evaporación es utilizada para eliminar el vapor

formado por ebullición de una solución o suspensión líquida.

2.- Proceso de evaporación

El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una

solución, suspensión o emulsión por tratamientos térmicos. Se dice entonces,

que la solución, suspensión o emulsión se está concentrando, y para lograr

dicho propósito debemos suministrar una fuente de calor externo; esta fuente

calórica se logra generalmente con vapor de agua, el cual se pone en contacto

con el producto a través de una superficie calefactora. Es una separación de

componentes por efecto térmico, en donde se obtienen dos productos de

distintas composiciones físico-químicas. En la mayoría de los casos, el

producto evaporado, (solvente volátil, que generalmente es agua) es un

producto sin valor comercial, mientras que el líquido concentrado, (soluto no

volátil) es el que tiene importancia económica. (Cabe mencionar que puede

suceder al revés). Debemos tener en cuenta que los productos a evaporar se

comportan de diferentes formas de acuerdo a su características físico-

químicas, las cuales pueden definir un comportamiento de termo sensibilidad,

de producir reacciones de precipitación, de aglomeración o de polimerización, y

un tratamiento inadecuado puede producir un deterioro parcial o total de

distintos componentes químicos involucrados en el líquido y de esta forma

modificar indeclinablemente las propiedades del mismo. Por esta razón se

deben realizar ensayos previos y poder así determinar el equipo adecuado para

cada una de las necesidades. Estos ensayos son realizados por ingenieros

calificados de nuestra empresa, ya que la misma cuenta con evaporadores a

escala de laboratorio y piloto, los cuales permiten determinar variables

termodinámicos, coeficientes térmicos, comportamientos en ebullición, grados

de ensuciamiento, concentraciones límites y todo lo necesario para asegurar al

cliente, un apropiado diseño y construcción de sus equipos.

3.- Factores que determinan la evaporación

a) Radiación solar. Es el factor determinante de la evaporación ya que es la

fuente de energía de dicho proceso.

b) Temperatura del aire. El aumento de temperatura en el aire facilita la

evaporación ya que: en primer lugar crea una convección térmica ascendente,

que facilita la aireación de la superficie del líquido; y por otra parte la presión de

vapor de saturación es más alta.

c) Humedad atmosférica. Es un factor determinante en la evaporación ya que

para ésta se produzca, es necesario que el aire próximo a la superficie de

evaporación no esté saturado (situación que es facilitada con humedad

atmosférica baja).

d) El viento. Después de la radiación es el más importante, ya que renueva el

aire próximo a la superficie de evaporación que está saturado. La combinación

de humedad atmosférica baja y viento resulta ser la que produce mayor

evaporación.

El viento también produce un efecto secundario que es el enfriamiento de la

superficie del líquido y la consiguiente disminución de la evaporación.

e) Tamaño de la masa de agua. El volumen de la masa de agua y su

profundidad son factores que afectan a la evaporación por el efecto de

calentamiento de la masa.

Volúmenes pequeños con poca profundidad sufren un calentamiento mayor

que facilita la evaporación.

f) Salinidad. Disminuye la evaporación, fenómeno que sólo es apreciable en el

mar.

4.- Medida de la evaporación

La medida de la evaporación de una superficie de agua se realiza por medio

de unos equipos constituidos a base de unos tanques o bandejas de

evaporación, que tratan de reflejar en la medida de lo posible las

características de inercia térmica, humedad, viento, etc., de la zona que se

quiere medir.

Existen varios tipos, todos ellos con una superficie del orden de 1 a 2 112, y

que se sitúan llenos de agua en la zona a medir. Todos ellos deben disponer

de un pluviómetro ya que la evaporación neta debe excluir el aporte de agua

por precipitación.

La evaporación se mide como volumen de déficit en el tanque, por lo que

deben disponer de una medida precisa para el nivel del agua dentro del

tanque.

- de superficie; tienen el problema de recibir mayor radiación térmica por las

paredes así como de tener menos inercia térmica y de perturbar el régimen

de viento en su entorno.

- enterrados; no tienen los problemas anteriores pero por otra parte, es más

fácil que se introduzcan en ellos cuerpos extraños.

-  flotantes; se han intentado utilizar en los embalses pero presentan graves

dificultades de medida así como problemas con el oleaje.

Todos los tipos deben ser protegidos de los animales y aves por medio de

mallas ya que acuden a ellos a beber.

Las medidas en tanque son mayores que las reales definiéndose un

coeficiente del tanque “k”, tal que k = (evaporación real / evaporación en el

tanque); k oscila entre 0,7 y 0,9 y es cuasi constante para cada tipo de

tanque.

5.- Instrumentos

Evaporímetro Piché

Aparato que mide la evaporación potencial, es decir, la cantidad de agua por

unidad de área y de tiempo que se evapora a través de una pequeña superficie

puesta al aire libre. Consta de un tubo de vidrio abierto por un extremo y

cerrado por el otro, con una escala grabada creciente en milímetros. En el

extremo abierto, una pinza terminada en una arandela metálica, hace que se

pueda tapar con un disco de papel secante. Se rellena el tubo con agua (a

poder ser de lluvia), se tapa con el disco y se cuelga con este en la parte

inferior, anotando la graduación alcanzada por el agua. Al día siguiente se

vuelve a medir la altura de la columna de agua (hay que tener en cuenta en

ambos casos los efectos de la capilaridad del agua). La diferencia entre ambas

alturas es la evaporación potencial del día anterior. Para medir la evaporación

potencial se usa el evaporímetro Piché. Está formado por un tubo de vidrio

cerrado por un extremo y abierto por el otro, que se llena de agua destilada o

de lluvia; su extremo abierto se tapa mediante un disco de papel secante sujeto

por una arandela de alambre. El aparato se cuelga dentro de la garita

meteorológica con la boca abierta hacia abajo; el disco impide que el agua se

derrame, pero se impregna con ella y la deja evaporar sobre toda su superficie

con mayor o menor rapidez, según las condiciones de temperatura y humedad

del aire. El tubo lleva grabada una graduación creciente de arriba abajo que

representa milímetros. El tamaño de los discos debe ser rigurosamente

constante, pues la graduación del aparato está hecha teniendo en cuenta dicho

tamaño. No se olvide que la superficie evaporante es la de dicho disco (en

parte por ambas caras) y que el tubo se ha hecho mucho más estrecho con

objeto de aumentar su sensibilidad y que puedan apreciarse fácilmente las

décimas de milímetro. La observación se efectúa una vez al día, por la

mañana, anotando la graduación alcanzada por el agua dentro del tubo (la raya

de la graduación debe quedar tangente al vértice del menisco). Restando de

esta lectura la del día anterior resultará la cantidad evaporada. Antes de que el

tubo quede vacío es preciso volverlo a llenar. Nunca debe quedar en el tubo

una cantidad de agua inferior a la que se presume pueda evaporarse en un día.

Si por descuido se encontrase el aparato completamente vacío, aquel día debe

anularse la observación. Hay que tener en cuenta que cuando se renueva el

agua (lo cual deberá hacerse, naturalmente, siempre «después» de haber

efectuado la observación) el día siguiente habrá que tomar como «lectura del

día anterior» la que resulte «después» de renovar el agua, es decir, que el día

que se renueve el agua hay que efectuar dos lecturas: una «antes» para

utilizarla como minuendo el mismo día y otra «después» para servir de

sustraendo el día siguiente.

- Partes.- Esta formado por:

1. Tubo de vidrio: en forma de probeta, tiene una longitud de 34 cm,

1.2cm de diámetro interno, 1.4 cm de diámetro externo, en un

extremo tiene un anillo que se une a un gancho de latón para

colgarlo en lugar de trabajo, el otro extremo es abierto. Este tubo

lleva grabadas en su superficie exterior buen número de rayas,

correspondiendo cada una a cierta cantidad o volumen de agua, en

donde se hará la lectura correspondiente.

2. Soporte especial con anillo de presión: sirve para fijar el disco

poroso en el extremo abierto del tubo

3. Disco de papel poroso: que esta sujeto mediante el soporte y tiene

3 centímetros de diámetro

4. Agua: debe ser destilada o de lluvia, colocada en el tubo

- Funcionamiento: El agua del tubo por gravedad descansa en el disco

de papel poroso, por capilaridad pasa a toda la superficie del disco, de la

cual, evaporándose, pasa al medio ambiente.

- Mantenimiento: No olvidar renovar el agua del tubo. El disco se

renueva cuando hace falta; cerca de la orilla del mar hay que renovarlo

con más frecuencia porque se carga de sal. Después de llenar el tubo de

agua y poner el disco sobre su apertura es recomendable practicar en el

centro de éste con un alfiler un orificio para que entre el aire a la cámara

superior.

Cuando falta más o menos 5 mm para acabarse el agua del tubo

se llena nuevamente, luego de la observación, sacándolo del

gancho se invierte, se quita el disco, se llena de agua, se coloca

un disco nuevo, damos vuelta y colgar nuevamente.

Periódicamente limpiar exterior o interiormente el tubo para una

exacta lectura.

Evitar el manipuleo del instrumento, especialmente del disco

poroso.

- Instalación: Los evaporímetros a los cuales haremos referencia,

responden a tres maneras distintas de instalación:

Evaporímetro al interior del abrigo meteorológico: Se coloca al lado opuesto de los bulbos de los termómetros de máxima y mínima y no muy cerca de la pared del abrigo. En este caso las condiciones del recinto son: el aire que llega al instrumento ha sido estrangulado por las paredes en forma de doble persiana del abrigo meteorológico, la radiación directa o reflejada de los rayos solares ha sido evitada; la llegada de polvo o partículas microscópicas ha sido disminuida; y en general la temperatura del recinto es distinta a la que pueden tener los objetos ubicados exteriormente a este recinto.

1. Evaporímetro al exterior al abrigo meteorológico: Ubicado

inmediatamente debajo de esté, pero resguardando de los rayos

solares directos. En este caso la única condición conservada de las

anteriores es la llegada de la radiación directa de los rayos solares,

pues las otras actúan sobre el instrumento aumentando la

evaporación potencial.

2. Evaporímetro a la intemperie: Para este tipo de instalación nada se

opone a que actúen los elementos citados en 1. Además se

procurara no sufra movimientos pendulares originados por el viento.

Para ello necesariamente, llevara un soporte que lo mantenga fijo en

posición vertical, el soporte acaba en un anillo que sirve de guía al

tubo en su parte media. En nuestra Estación C.P. UNPRG –

Lambayeque los evaporímetros a la intemperie están instalados a

0.25 m., 1.00 m. y 1.50 cm de altura con respecto a la superficie del

suelo.

Observaciones: A las 7 horas y 19 horas, tres formas de instalación dan

medidas relativas, quizás la primera (interior del abrigo) se acerque más a una

medida de la evapotranspiración de las plantas con medida permanente del

suelo. Para proceder a la lectura en el evaporímetro piché dirigimos la visual

perpendicularmente al tubo, tangente a la parte inferior del menisco formado

por el agua en la superficie libre del agua, estando el tubo vertical, y anotamos

la observación en milímetros y decimas de mm o ml; para obtener la medida

del agua evaporada restaremos de la lectura actual, la lectura de la

observación anterior, o sea por diferencia de dos observaciones consecutivas

obtenemos la evaporación del día o de la noche.

Tanque de evaporación

El tanque de evaporación permite estimar los efectos combinados de radiación

solar, viento, temperatura y humedad sobre la evaporación de una superficie

de agua libre. De un modo análogo, la planta responde a las mismas variables

climáticas. El método del tanque de evaporación permite relacionar la

evaporación del agua del tanque con la evapotranspiración del cultivo de

referencia (ETo). Existe una íntima relación entre los procesos de

evapotranspiración del cultivo y la evaporación del Tanque Clase "A" por lo

que este método es de gran utilidad para establecer un programa de riego en

una zona determinada. Es finalidad de INIA difundir la tecnología del uso de la

lectura de evaporación del Tanque "A", como medida de estimación del gasto

de agua en la producción. Instrumento utilizado para medir la evaporación

efectiva. Junto con un pluviómetro, un anemómetro, un termómetro Six-Bellani

y un pozo tranquilizador forma una estación evaporimétrica. Se utilizan varios

tipos, sin embargo, uno de los más utilizados es el Tanque Clase "A". Este es

un tanque cilíndrico de lámina galvanizada, de 1,21 m de diámetro y 25 cm de

profundidad. Se coloca sobre una plataforma de madera de 10 cm de alto,

perfectamente horizontal. Se mide el volumen de agua necesario para

mantener el nivel constante, en la unidad de tiempo, que puede ser 6, 12 ó 24

horas. El volumen de agua consumido se transforma en mm de agua

evaporada por unidad de tiempo. Varios investigadores han determinado

fórmulas empíricas relacionando la evaporación medida en un evaporímetro

con la evapotranspiración de diversos cultivos.

- Instalación.- Irá sobre una armadura cuadrada de madera, cuyo lado

sea igual al diámetro del tanque (1.3 metros), la altura de la madera será

de 10 cm para evitar el contacto del tanque con el suelo y que circule

libremente el agua de lluvia sin que llegue a oxidarle y deteriorarle.

- Partes.- Consta de las siguientes partes:

1.- Tanque propiamente dicho: tiene 1.30 metros de diámetro y 24

centímetros de altura, pintado de color blanco para evitar el calentamiento y

perdida de agua por evaporación. Es de clase o tipo “A”.

2.- Termómetros de temperatura flotante: para medir la temperatura del

agua.

3.- Cilindro guía y soporte: va en el interior del tanque y cuyo nivel de agua

es igual al del tanque por el principio de vasos comunicantes. También recibe

el nombre de “tranquilizador”, porque impide el movimiento del agua del

tanque que repercute en el agua contenida dentro del cilindro guía, facilitando

de esta manera la lectura.

4.- Tornillos niveladores: sirven para mantener nivelado al tranquilizador

5.- Tornillo micrométrico: que comprende

a) Tornillo: graduado en enteros de milímetros

b) Micrómetros: para obtener las decimas de milímetros

c) Punta de enrase: para hacer coincidir con la superficie libre

del agua mediante el tornillo moleteado

6.- Agua: para llenar el tanque, debe ser de lluvias o destilada.

7.- Base de apoyo: es de madera sobre la cual se coloca el tanque para

protegerlo de la humedad

- Mantenimiento.-

1. Limpiar el tanque periódicamente, más a menudo en lugar de

mucho polvo

2. Protegerlo con malla al tanque para evitar que animales se

tomen el agua

3. Llenarlo semanalmente de agua, preferible después de la

observación de las 7 horas.

PRECIPITACIÓN

Pluviómetro

Mide la precipitación durante un periodo de tiempo corto hasta de un día. El

diámetro de la boca recolectora es de 200 mm y tiene forma de embudo, para

que las gotas que caen dentro de la boca no salgan al rebotar. De esa manera

el agua recogida se deposita en el frasco que está conectado al embudo, que

protege al agua recopilada de la evaporación, por tener éste una boca

estrecha. El agua depositada se mide en una probeta graduada. Cada 20cm 3

de agua recogida equivale a una altura de un milímetro de lluvia. Es un

instrumento que se emplea en las estaciones meteorológicas para la recogida y

medición de la precipitación. La cantidad de agua caída se expresa en

milímetros de altura. El diseño básico de un pluviómetro consiste en una

abertura superior (de área conocida) de entrada de agua al recipiente, que

luego es dirigida a través de un embudo hacia un colector donde se recoge y

puede medirse visualmente con una regla graduada o mediante el peso del

agua depositada. Normalmente la lectura se realiza cada 12 horas (7 am – 7

pm). Un litro caído en un metro cuadrado alcanzaría una altura de 1 milímetro.

Para la medida de nieve se considera que el espesor de nieve equivale

aproximadamente a diez veces el equivalente de agua. Hasta hace unos 10-20

años los pluviómetros en realidad no podían registrar la evolución temporal de

la lluvia y se revisaban dos veces al día. A diferencia del pluviógrafo que es un

instrumento que podría, por medio de un sistema de grabación mecánica,

registrar gráficamente la cantidad de lluvia en un cierto intervalo de tiempo

(diario, semanal, etc.) en una tira especial de papel cuadriculado. Con estas

herramientas era posible alcanzar resoluciones temporales del orden de cinco

minutos, aunque en la mayoría de los casos la resolución utilizada fue del

orden de media hora. Obviamente, la grabación de un evento de lluvia con este

sistema incluye una serie de problemas de mantenimiento, la fiabilidad de los

instrumentos, lectura y discusión de los datos que deben hacerse a mano de

todos modos es controvertible. Con el desarrollo de la electrónica primero, y del

ordenador luego, los pluviógrafos evolucionaron sensiblemente, al pasar de

una registración mecánica a los dispositivos electrónicos con la capacidad de

almacenar datos digitales. Hoy en día la distinción entre dos tipos de

instrumentos ha prácticamente desaparecido y sólo tiene sentido cuando se

considera a los antiguos instrumentos, que no tienen una capacidad de

grabación, para la medición de la precipitación de 24 horas. Estos instrumentos

se encuentran generalmente entre los de una estación meteorológica común.

En todos los casos, es muy importante que sea instalado en un espacio abierto,

libre de obstáculos. Los datos recibidos de las estaciones de lluvia son

recogidos y clasificados en los registros hidrológicos.

- Partes

Poste

Base

Sobre base

Deposito

Embudo colector

Pluviógrafo

El pluviógrafo es un aparato que registra la duración y la intensidad de las

precipitaciones. Este aparato es, en realidad, un pluviómetro sofisticado al que

se le ha añadido un sistema de registro. Es un instrumento meteorológico

utilizado en el estudio y análisis de las precipitaciones, su funcionamiento y uso

está estrechamente relacionado con el pluviómetro. El pluviógrafo tiene por

función registrar en un gráfico la cantidad de agua caída en un periodo de

tiempo determinado, lo cual permite establecer la distribución e intensidad de

las lluvias, ya que permite conocer la hora de comienzo y finalización de las

precipitaciones así como su intensidad en litros por metro cuadrado caídos en

una hora, hay que tener mucho cuidado con este término, porque cuando

oímos que la precipitación recogida en una hora ha tenido una intensidad

determinada, no quiere decir que haya caído toda esa cantidad; significa

solamente que, si la precipitación hubiera continuado con esa intensidad

durante una hora, se hubieran recogido los litros indicados.

Importancia del pluviógrafo.- Para predecir caudales críticos y para

ingeniería de diseño de obras hidráulicas, es necesario asociar una

probabilidad a lluvias máximas de diferentes duraciones. Deducir la

probabilidad de ocurrencia de un evento requiere contar con registros continuos

de precipitación, a partir del procesamiento de la información pluviográfica.

Muchas obras de ingeniería civil son profundamente influenciadas por factores

climáticos, entre los que se destaca por su importancia las precipitaciones

pluviales. En efecto, un correcto dimensionamiento del drenaje granizaría la

vida útil de una carretera, una vía férrea, un aeropuerto. El conocimiento de las

precipitaciones pluviales extremas y el consecuente dimensionamiento

adecuado de los órganos extravasores de las represas garantizarán su

seguridad y la seguridad de las poblaciones y demás estructuras que se sitúan

aguas abajo de la misma. El conocimiento de las lluvias intensas, de corta

duración, es muy importante para dimensionar el drenaje urbano, y así evitar

inundaciones en los centros poblados. Las características de las

precipitaciones pluviales que deben conocerse para estos casos son: La

intensidad de la lluvia y duración de la lluvia: estas dos características están

asociadas. Para un mismo tiempo de retorno, al aumentarse la duración de la

lluvia disminuye su intensidad media, la formulación de esta dependencia es

empírica y se determina caso por caso, con base en datos observados

directamente en el sitio estudiado o en otros sitios vecinos con las mismas

características orográficas.

Consola donde se observan los datos de la precipitación

CONCLUSIONES:

En el mes de marzo de los años mencionados el promedio

mensual de la temperatura fue muy alta por lo tanto existió una

evaporación elevada.

En el mes de Julio existió una menor temperatura con respecto a

los demás meses por lo tanto se puede apreciar que la

evaporación también es inferior a las demás.

En los meses de Enero a Mayo las temperaturas fluctúan en un

rango de 26.4 – 29.59 °C, debido que estos meses son de

bastante verano, luego empiezan a bajar en los meses de de julio

hasta septiembre debido a que es una temporada de invierno,

luego en los meses de noviembre a diciembre las temperaturas

empiezan a ascender ya que esos son los meses de transición

para entrar a la época de verano.

La evaporación un día está en función de la cantidad de

temperatura que puede registrarse en ese mismo día. Ósea a

mayor temperatura existirá mayor evaporación.