Evaporazione: definizione e stima
Leggi questo articolo per conoscere la definizione e la stima dell'evaporazione.
Definizione:
L'evaporazione è il processo durante il quale l'acqua viene trasformata dallo stato liquido o solido in vapore attraverso il trasferimento di energia termica. Il processo di evaporazione dell'acqua è uno dei componenti di base del ciclo idrologico e consiste in quella fase in cui la precipitazione che raggiunge la superficie terrestre viene restituita all'atmosfera sotto forma di vapore.
Esistono tre tipi di processi di evaporazione, vale a dire:
io. Evaporazione da superfici di acqua libere (ad esempio, bacini, ruscelli, stagni e laghi);
ii. Evaporazione da superfici terrestri; e
iii. Evaporazione da copertura vegetale (cioè, traspirazione).
L'evaporazione è un processo di diffusione in cui il vapore viene trasferito dalle superfici naturali sulla terra all'atmosfera. Esistono due requisiti essenziali per l'evaporazione.
Loro sono:
io. Disponibilità di fonte di energia termica per vaporizzare l'acqua. Per la vaporizzazione, indipendentemente dalla superficie da cui è avvenuta l'evaporazione, è necessario uno scambio di 590 calorie per grammo di acqua evaporata a 20 ° C. La fonte di energia termica potrebbe essere dovuta alla radiazione solare o all'aria che soffia sulla superficie o all'interno della superficie sottostante.
ii. Esistenza del gradiente di concentrazione del vapore tra la superficie evaporante e l'aria circostante. L'evaporazione può avvenire solo se la concentrazione di vapore nella superficie di evaporazione è maggiore di quella presente nell'aria sovrastante.
Stima dell'evaporazione dalla superficie dell'acqua libera:
Il cambiamento di stato dall'acqua al vapore avviene quando alcune molecole nel corpo idrico raggiungono una sufficiente energia cinetica per raggiungere l'aria sopra. Questo movimento di molecole (vapore acqueo) attraverso la superficie dell'acqua produce una pressione ed è chiamato tensione di vapore.
Alcune delle molecole che escono dal corpo idrico cadono nell'acqua quando il vapore acqueo si condensa. Pertanto, l'evaporazione e la condensazione nella superficie dell'acqua sono processi continui. Quando il numero di molecole che lasciano il corpo idrico come vapore è uguale al numero che ricade dopo la condensazione, si dice che raggiunge una condizione di saturazione.
Indica uno stato di equilibrio tra la pressione esercitata dalle molecole in fuga e la pressione dell'atmosfera circostante. È quindi chiaro che l'evaporazione sarà più della condensa se lo spazio sopra la superficie dell'acqua non è saturo. In breve, l'evaporazione è una funzione della differenza tra la pressione del vapore del corpo idrico e la pressione del vapore dell'aria sopra.
Dalton (nel 1802) mostrò che in determinate condizioni:
E α (e s - e d )
o E = (e s - e d ) Ѱ
Dove E è evaporazione
e s è la pressione del vapore saturo alla temperatura della superficie evaporante (mm Hg)
e d è la pressione del vapore di saturazione alla temperatura del punto di rugiada (mm Hg).
e Ѱ è un fattore del vento.
Diverse equazioni empiriche per la stima dell'evaporazione sono state sviluppate sulla base della legge di Dalton. Alcuni di loro sono menzionati qui sotto. (Si può notare che queste equazioni sono in unità FPS).
(i) Formula di Meyer (sviluppata nel 1915):
E = c (e s - e d ) Ѱ
Dove E è il tasso di evaporazione in pollici per 30 giorni al mese
c è una costante = 11 per grandi corpi di acque profonde, e
= 15 per piccoli corpi di acque poco profonde
e s è la massima pressione di vapore in pollici di Hg.
(i) corrispondente alla temperatura media mensile dell'aria per i corpi di piccole e basse acque, e
(ii) Corrispondente alla temperatura dell'acqua per corpi idrici grandi e profondi.
e d è la pressione effettiva del vapore nell'aria in pollici di Hg.
(i) in base alla temperatura media mensile dell'aria e all'umidità relativa per i corpi di piccole e basse acque, e
(ii) In base a informazioni relative a 30 piedi sopra la superficie dell'acqua per corpi idrici di grandi dimensioni e profondi.
Ѱ è un fattore di vento = (1 + 0.1 ω)
ω è la velocità media mensile del vento in mph a circa 30 piedi sopra la superficie dell'acqua.
(ii) Rohwer Formula (sviluppata nel 1931):
E = 0, 771 (1, 465 - 0, 0186 B) Ѱ (e s - e d )
Considera l'effetto della pressione atmosferica e introduce un fattore (1.465 - 0.0186 B)
Nell'equazione di cui sopra
Ѱ = 0, 44 + 0, 118 ω
In questa equazione
E è il tasso di evaporazione in pollici al giorno.
B è la lettura barometrica media in pollici di mercurio (Hg) a 32 ° F.
e s è la massima pressione di vapore in pollici di Hg.
e d è la pressione effettiva del vapore in aria sulla base della temperatura media mensile dell'aria e dell'umidità relativa in pollici di Hg.
ω è la velocità media mensile del vento in mph.
(iii) Formula di Christiansen (è unità metriche):
E p = 0, 473 R. C t . C w . C s . C e . C m
dove E p è la perdita di evaporazione in mm
R è una radiazione extra-terrestre in mm (il valore di R varia con la latitudine e anche mese dopo mese).
C m è un coefficiente che rappresenta l'evaporazione come media per il mese.
C t, C w, C h, C s e C e sono coefficienti per la temperatura, la velocità del vento, l'umidità relativa, la percentuale di sole e l'elevazione possibili tutti espressi nelle stesse unità di E p . Per calcolare i valori di vari coefficienti, Christiansen ha dato espressioni separate. Le espressioni sono complicate e non rientrano nello scopo di studio.
Limitazioni delle equazioni empiriche:
Le equazioni precedenti soffrono delle seguenti limitazioni:
(i) L'applicazione di queste equazioni è difficile perché potrebbe non essere possibile ottenere le informazioni necessarie per la loro soluzione nelle posizioni desiderate.
(ii) La maggior parte delle quantità utilizzate sono valori medi basati su medie mensili, mentre nella pratica l'evaporazione dipende dalla situazione reale in momenti diversi.
Evaporazione da superfici del suolo:
La meccanica dell'evaporazione dalle superfici del suolo è simile in linea di principio a quella osservata per l'evaporazione dalle superfici dell'acqua. Inoltre, le molecole che fuoriescono dal vapore acqueo dal terreno devono superare la resistenza dovuta all'attrazione delle particelle del suolo per l'acqua.
Gli stessi fattori che influenzano l'evaporazione dalla superficie dell'acqua libera influenzano anche l'evaporazione dalla superficie terrestre, tuttavia, la differenza che esiste è dovuta al grado di umidità della superficie terrestre. La velocità di evaporazione da suoli saturi è quasi identica alla velocità di evaporazione dalla superficie dell'acqua libera.
Quando il contenuto di umidità del suolo superficiale diventa inferiore, la perdita di umidità per evaporazione diminuisce e quando diventa piuttosto bassa l'evaporazione praticamente cessa. Si vede che l'evaporazione dalla superficie del suolo continuerà fino a quando lo strato superficiale superficiale superficiale dice 10 cm per l'argilla e 20 cm per i terreni sabbiosi rimane umido. L'evaporazione dalla superficie del suolo può essere misurata con il lisimetro.
