UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CAMPUS II
viAPlttiTIAOlFICAV DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS PÓS - GRADUAÇÃO EM METEOROLOGIA R E D U Ç Ã O DE E V A P O R A Ç Ã O EM R E S E R V A T Ó R I O S A R T I F I C I A I S.AUTOR: F A B I O ADRIANO MONTEIRO SARAIVA P U B L I C A Ç Ã O DCA-CMM-TD NQ 05 - 2 0 0 0
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
CURSO DE MESTRADO EM METEOROLOGIA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
REDUÇÃO DE EVAPORAÇÃO EM RESERVATÓRIOS ARTIFICIAIS
FÁBIO ADRIANO MONTEIRO SARAIVA
CAMPINA GRANDE - PB
Dezembro/2000
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
CURSO DE MESTRADO EM METEOROLOGIA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
REDUÇÃO DE EVAPORAÇÃO EM RESERVATÓRIOS ARTIFICIAIS
FÁBIO ADRIANO MONTEIRO SARAIVA
CAMPINA GRANDE - PB
Dezembro/200a
FÁBIO ADRIANO MONTEIRO SARAIVA
REDUÇÃO DE EVAPORAÇÃO EM RESERVATÓRIOS ARTIFICIAIS
Dissertação apresentado ao Curso de Mestrado em
Meteorologia da Universidade Federal da Paraíba
em cumprimento às exigências para a obtenção do
Grau de Mestre
Área de Concentração: Meteorologia de Meso e Grande escala
Sub-Área: Climatologia
Francisco de Assis Salviano de Sousa
Orientador
Mário de Miranda V. B. R. Leitão
Co-OrientadorCampina Grande, Pb
2000DIGITALIZAÇÃO: SISTEMOTECA - UFCG
FICHA CATALOGRÁFICA
Saraiva, Fábio Adriano Monteiro
S243r Redução de evaporação em reservatórios artificiais / Fábio Adriano Monteiro Saraiva. Campina Grande: UFPB, 2000.
60p. : i l .
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal da Paraíba. 1. Evaporação-Redução-Semi-árido-Brasil-Nordeste 2. Reservatório Artificiais-Evaporação-Semi-árido-Brasil-Nordeste 3. Vento 4. Meteorologia CDU: 556.132(812/814)
FABIO ADRIANO MONTEIRO SARAIVA
REDUÇÃO DE EVAPORAÇÃO EM RESERVATÓRIOS ARTIFICIAIS
DISSERTAÇÃO APROVADA EM 16/12/00
BANCA EXAMINADORA
Dr^jtffâ^tÒ
DE A ^ S I S ^ Ã ^ V I A N ^ D Í S O U S A Universidade Federal dá ParaíbaDr. RENILSON TARGINO DANTAS Universidade Federal da Paraíba
Dra. VERA LÚCIA ANTUNES DE LIMA Universidade Federal da Paraíba
" (...) Se ao assalto subitâneo se sucedem as chuvas regulares, transmudam-se os transmudam-sertões, revivescendo. Passam, porém, não raro, num giro célere, de ciclone. A drenagem rápida do terreno e a evaporação, que se estabelece logo mais viva, tornam-nos, outra vez, desolados e áridos. E penetrando-lhes a atmosfera ardente, os ventos duplicam a capacidades higrométrica e vão, dia a dia, absorvendo a umidade exígua da terra, reabrindo o ciclo inflexível das secas. "
E u c l i d e s d a C u n h a
A o s M e s t r e s
"Aqueles que foram nossos mestres e amigos, os nossos mais sinceros agradecimentos;
Aqueles que se limitaram a ser apenas professores, nosso respeito e compreensão; E, aqueles que não souberam ser nem professores, nem amigos, a nossa esperança de que no futuro consigam compreender o significado das palavras dedicação e humildade."
HOMENAGEM
Aos meus pais, Efigênio S. da Silva & Ivony L.
M. Saraiva (em especial), pela dedicação, apoio e
estímulo para o estudo, meu muito obrigado
A F e r n a n d a , e s p o s a e amiga, pela força nas horas mais difíceis, d e d i c a ç ã o e carinho.
Aos meus irmãos: Fred, André e
Fabrício pelo apoio, incentivo e amizade.
Aos grandes amigos Ewerton e Alberto pela amizade e ajuda para a concretização deste trabalho.
FÁBIO A D R I A N O M O N T E I R O S A R A I V A
REDUÇÃO DE EVAPORAÇÃO, EM RESERVATÓRIOS NATURAIS E
ARTIFICIAIS, NA REGIÃO SEMI-ÁRIDA DO ESTADO DA PARAÍBA
Dissertação apresentado ao Curso de Mestrado e m Meteorologia da Universidade Federal da Paraíba e m cumprimento às exigências para a o b t e n ç ã o d o Grau de Mestre
Á r e a de Concentração: Meteorologia de Meso e Grande escala Sub-Área: Climatologia
. Francisco de Assis Salviano de S o u s a Orientador
Mário de Miranda V. B. R. Lê
Co-Orientador
C a m p i n a Grande, Pb 2 0 0 0
D E D I C A T Ó R I A
Aos meus eternos amigos: Ewerton, Alberto e Ana Mônica pelos laços de amizade conquistados ao longo desses anos e pelo companheirismo, carinho, apoio e incentivo, principalmente nas horas mais difíceis, e por terem me ensinado que o mais importante em tudo o que fazemos é vencer nossas próprias limitações.
Dedico
• Aos meus avós Pedro e Carlinda, Milton e Ritinha
A G R A D E C I M E N T O S
À Deus, por dar-me saúde e força para superar as dificuldades e v e n c e r os obstáculos da vida, e m busca de novas conquistas.
A o c u r s o de Mestrado em Meteorologia do Centro de Ciências e T e c n o l o g i a da Universidade Federal da Paraíba, pela estrutura didático-científica.
À C o o r d e n a ç ã o de Aperfeiçoamento do Pessoal do Ensino Superior ( C A P E S ) pela c o n c e s s ã o de bolsa de estudo.
A o Orientador Dr. Francisco de Assis Salviano de S o u s a pela sua paciência, ajuda, a m i z a d e e fundamental orientação desde a elaboração do projeto de pesquisa até a revisão final deste trabalho.
A g r a d e c e m o s ao prof. Dr Mário de Miranda V. B. R. Leitão pela instalação e g e r e n c i a m e n t o dos instrumentos no período do experimento.
A o s funcionários E n ga. Eyres Diana Ventura Silva, Mirian C a r m e m Costa e e m
especial a Divanete Cruz Rocha, pela atenção, assistência e gratificante colaboração.
À s a m i g a s Maria do Socorro Martins, Martinha G o n ç a l v e s , Maria das Graças, Adetive G o m e s , Márcia Quirino, Lurdinha, Inêz, Ceiça e t o d o s os funcionários do restaurante universitário pela amizade e apoio ao longo d e s s e s a n o s .
A o s m e u s amigos, Pabrício, Arthur, Hailton, Paula, Romildo, G e o v a n e s Antônio, Nielza, lonila Sabino, Nadja que sempre estiveram presentes, e m especial a Odimar, Evilásio Junqueira, W e r ô n i c a , Daisy e Maria J o s é F e r n a n d e s e a todos aqueles q u e m e s m o distantes compartilharam deste ideal, incentivando-me a v e n c e r todos o s obstáculos durante a realização deste trabalho.
A o s professores e amigos Karuna (UFPB), Renilson, Regina, Adilson W a g n e r G a n d u ( U S P ) , José Eduardo Prates ( S I M E P A R ) e Raffi A g o p S i s m a n o g l u ( F U R N A S ) , pela força, incentivo e orientação, e a Socorro Pereira do D e p a r t a m e n t o de E d u c a ç ã o (UFPB), Luis M e n d e s do Departamento de Matemática ( U F P B ) , A l d o Roberto Cícero (SAA), J o s é Oribe A r a g ã o do Departamento de Oceanografia ( U F P E ) .
Pela força, incentivo e carinho : vó Livramento, Ivonete, Luciana, Luciano e  n g e l a ; que t a m b é m f a z e m parte de minha família.
Resumo
Saraiva, F. A. M
R E S U M O
0 objetivo deste trabalho é o de apresentar u m a t é c n i c a prática q u e seja c a p a z d e reduzir a perda de água de u m reservatório pelo p r o c e s s o d e e v a p o r a ç ã o . Essa técnica resume-se na cobertura, c o m telas plásticas, da superfície evaporante. Essa cobertura reduzirá a radiação solar o u energia calorífica recebida pela superfície de água e c o n s e q u e n t e m e n t e o gradiente d e p r e s s ã o do vapor de água. O experimento foi dividido e m d u a s f a s e s c o m p r e e n d i d a s entre os dias, 28 de março à 25 de abril d e 1999 utilizando tela branca, e 1 de maio à 13 de maio de 1999 u s a n d o tela verde. N e s s e s experimentos foram m e n s u r a d a s as seguintes variáveis m e t e o r o l ó g i c a s : velocidade do v e n t o à 0,5 e 2,0 metros da superfície e v a p o r a n t e , perdas evaporativas no tanque coberto com tela, no tanque d e s c o b e r t o e no t a n q u e classe A. Os valores das variáveis: temperaturas da superfície da á g u a e d o ar atmosférico, radiação solar global sobre e sob a tela, radiação solar líquida e u m i d a d e do ar f o r a m obtidos através de um sistema a u t o m á t i c o de aquisição de d a d o s d e n o m i n a d o M I C R O L O G G E R S 21X., em intervalos de três horas (06:00, 09:00, 12:00, 15:00 e 18:00 horas) na primeira fase e de seis horas na s e g u n d a fase. A redução da evaporação potencial no tanque de cimento a m i a n t o coberto c o m tela b r a n c a apresenta valores em torno de 2 5 % e c o m a v e r d e 3 7 % . A e v a p o r a ç ã o potencial é o produto da interação de vários p a r â m e t r o s meteorológicos que interagem entre se e tem sua parcela de contribuição neste produto de forma diferenciada, ficando atrelados apenas a c o n d i ç õ e s ambientais. S e n d o assim os sistemas usados neste experimento, c o m o intuito d e conter o m á x i m o essa e v a p o r a ç ã o , atingem seus objetivos, se c o n s i d e r a r m o s as limitações as quais o m e s m o foi montado e o local, o qual resultou n u m a r e d u ç ã o entorno d e 2 2 % , tela branca, e 3 0 % para tela verde, na radiação solar global incidente, na superfície da á g u a do tanque c o m a tela, s e n d o este u m d o s principais parâmetros meteorológicos na evaporação potencial sobre lagos.
Abstrac
Saraiva, F. A. M
A B S T R A C T
T h e objective of this work is to show a practical techinique c a p a b l e of reducing w a t e r tosses by evaporation in a reservoir. T h e techinique consists in covering the evaporative surface with plastic screens. Solar radiation or heat reaching the water surface is reduced and, as a c o n s e q u e n c e , t h e w a t e r v a p o u r pressure gradient too.
T h e field experiment is dirided in two phases; f r o m M a r c h 2 8 to A p h l 2 5 1999, using white screen, and from May 1s t to May 13 1999, using g r e e n
screen. W i n d s p e e d at 0.5 and 2.0 m a b o v e the evaporative surface a n d evaporative losses in thee tanks ( screen-covered, u n c o v e r e d a n d class A ) are m e a s u r e d in both phases.
W a t e r surface and air temperatures, global solar radiation over a n d u n d e r the plastic screen, net solar radiation and relative humidity are obtained using an automatic data acquisition system M I C R O L O G G E R S 21x, at 3 - hour intervals ( 0 6 : 0 0 , 09:00, 12:00, 15:00 and 18:00 SLT) during the first p h a s e a n d at 6 - hour intervals during the second one.
Results s h o w reduction in potential evaporation (PE) to be 2 5 % in t h e white screen c a s e and 3 7 % in the green one, thereby s h o w i n g the t e c h n i q u e to be successful in reducing PE in spite of the limitations of this study.
SUMÁRIO
Pág. R E S U M O A B S T R A C T LISTA DE S Í M B O L O S i LISTA DE T A B E L A S ii LISTA DE F I G U R A S iii 1. I N T R O D U Ç Ã O 1 2. R E V I S Ã O B I B L I O G R Á F I C A 42 . 1 . Interpretação Física da evaporação 4 2.2. Dinâmica da evaporação atmosférica 6 2.3. Estudos observacionais, numéricos e teóricos da e v a p o r a ç ã o potencial 7
2.4. T é c n i c a s para reduzir a evaporação sobre reservatórios naturais e artificiais 13
3. M A T E R I A L E M É T O D O S 17 3 . 1 . Descrição da região que contém a area de estudo 17
3.2. Descrição d a área experimental 18 3.3. Instrumentos meteorológicos utilizados neste experimento 19
3.4. Descrição d o m o d e l o físico 2 0 3.5. Descrição d o experimento 21 3.6. Coeficiente d e correlação linear 2 4 4. R E S U L T A D O E D I S C U S S Ã O 26 4.1. A v a l i a ç ã o d o efeito da utilização das telas sobre os t a n q u e s c o n s i d e r a n d o 26
a l g u n s parâmetros meteorológicos relacionados c o m a EP
4.2. Efeitos das telas verde e branca sobre a evaporação potencial n o s t a n q u e s 46 d e a m i a n t o
5. C O N C L U S Õ E S E S U G E S T Õ E S 5 . 1 . C o n c l u s õ e s
5.2. S u g e s t ã o
LISTA DE SÍMBOLOS
L a t i n o s
C C L Coeficiente de Correlação Linear A d i m e n s i
NS Nível de Significância %
R C R e g i ã o Crítica
EP E v a p o r a ç ã o Potencial m m
E Pb E v a p o r a ç ã o Potencial Sob Tela Branca m m
E PV E v a p o r a ç ã o Potencial Sob Tela Verde m m
Rgb Irradiação Solar Global Sob tela branca W m '2
S Rb S a l d o de Radiação Solar Sob tela branca W m "2
Rgv Irradiação Solar Global Sob tela Verde W m '2
S RV S a l d o de Radiação Solar Sob tela Verde W m "2
SR S a l d o de Radiação Solar W m "2
Rs Irradiação Solar na Superfície do lago W m "2
Ta T e m p e r a t u r a do ar °C
T T e m p e r a t u r a Média Diária °C
Ts T e m p e r a t u r a da Superfície da Á g u a °C
Ts b Temperatura da Superfície da Água Sob Tela Branca °C
Ts v Temperatura da Superfície da Água Sob Tela Verde °C
UR U m i d a d e Relativa do A r %
V
0,5
v e l o c i d a d e do vento a meio metro de altura m s1ii
LISTA DE TABELAS
Pág.
T a b e l a 1 - V a l o r e s observados e/ou estimados das variáveis m e t e o r o l ó g i c a s na
primeira fase do experimento c o m tanque de c i m e n t o a m i a n t o 27 Tabela 2 - Valores observados e/ou estimados das variáveis meteorológicas na
primeira fase do experimento com tanque de cimento amianto coberto
c o m tela branca 28 T a b e l a 3 - Correlação entre EP da água do tanque de cimento a m i a n t o e a l g u m a s
variáveis meteorológicas para a primeira fase d o e x p e r i m e n t o 29 T a b e l a 4 - V a l o r e s observados e/ou estimados das variáveis m e t e o r o l ó g i c a s na
s e g u n d a fase do experimento com tanque de c i m e n t o a m i a n t o 37 T a b e l a 5 - Valores observados e/ou estimados das variáveis m e t e o r o l ó g i c a s na
s e g u n d a fase do experimento com tanque de c i m e n t o a m i a n t o coberto
c o m tela verde 38 T a b e l a 6 - Correlação entre EP da água do tanque de cimento a m i a n t o e a l g u m a s
variáveis meteorológicas para a segunda f a s e do e x p e r i m e n t o 39 T a b e l a 7 - V a l o r e s diários da evaporação potencial entre 0 6 : 0 0 e 18:00 horas local
para o primeiro período do experimento 47 T a b e l a 8 - V a l o r e s diários da evaporação potencial entre 0 6 : 0 0 e 18:00 horas local
iii
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1 - Localização de Campina Grande no Estado da Paraíba 18 Figura 2 - T a n q u e s de cimento amianto enterrados c o m cinco c e n t í m e t r o s de b o r d a
a c i m a do solo e descoberto (primeiro plano) e c o b e r t o c o m tela plástica (segundo plano), e m a m b o s encontram-se um s e n s o r d e t e m p e r a t u r a
na superfície da água e um parafuso micrométrico 21 Figura 3 - Estação meteorológica e as telas branca (Figura 3a) e v e r d e (Figura
3b), no primeiro plano, cobrindo o piranômetro e no s e g u n d o o t a n q u e
d e cimento amianto( indicado pelas setas brancas) 22 Figura 4 - Sistema automático microloggers 21 x de aquisição de d a d o s ( s e t a
vermelha) e os sensores de umidade(seta laranja), t e m p e r a t u r a d o ar(seta laranja), velocidade do vento(seta azul) e saldo de
radiação(seta amarela) 2 3 Figura 5 - Relação entre os módulos da evaporação e da umidade relativa do ar para
o tanque descoberto (a) e tanque coberto com tela branca (b), para a
primeira fase do experimento entre os dias 28/03 e 27/04/1999 31 Figura 6 - Relação entre os módulos da evaporação e da velocidade do vento à dois
metros de altura da superfície da água, tanque descoberto (a) e coberto com tela branca (b), para a primeira fase do experimento entre os dias
28/03 e 27/04/1999 3 3 Figura 7 - Relação entre os módulos da evaporação e da v e l o c i d a d e d o v e n t o à
meio metro de altura da superfície da água (a) t a n q u e d e s c o b e r t o e (b) t a n q u e coberto c o m tela branca, para a primeira f a s e d o e x p e r i m e n t o
entre os dias 28/03 e 27/04/1999 3 4 Figura 8 - Relação entre os módulos da evaporação e o saldo d e radiação (a)
t a n q u e descoberto e (b) tanque coberto c o m tela b r a n c a , p a r a a
primeira fase do experimento entre os dias 2 8 / 0 3 e 2 7 / 0 4 / 1 9 9 9 3 5 Figura 9 - Relação entre os módulos da evaporação e da irradiação solar global (a)
t a n q u e descoberto e (b) tanque coberto c o m tela b r a n c a , p a r a a
iv
Figura 10 - Relação entre os módulos da evaporação e da u m i d a d e relativa do ar para o tanque descoberto (a) e tanque coberto c o m tela verde (b), para
a s e g u n d a fase do experimento entre os dias 01 / 0 4 e 13/04/1999 4 0 Figura 1 1 - Relação entre os módulos da evaporação e da v e l o c i d a d e d o vento à
dois metros de altura da superfície da á g u a (a) t a n q u e d e s c o b e r t o e (b) tanque coberto com tela verde, para a s e g u n d a f a s e do
experimento entre os dias 01 /04 e 13/04/1999 41 Figura 12 - Relação entre os módulos da evaporação e d a v e l o c i d a d e do vento à
meio metros de altura da superfície da água (a) t a n q u e descoberto e (b) tanque coberto com tela verde, para a s e g u n d a f a s e do
experimento entre os dias 01 /04 e 13/04/1999 42 Figura 13 - Relação entre os módulos da evaporação e o saldo de radiação (a)
t a n q u e descobertos e (b) tanque coberto c o m tela verde, para a
s e g u n d a fase do experimento entre os dias 0 1 / 0 4 e 1 3 / 0 4 / 1 9 9 9 4 4 Figura 14 - Relação entre os módulos da evaporação e da irradiação solar global
(a) tanque descoberto e (b) tanque coberto c o m tela verde, para a
s e g u n d a fase do experimento entre os dias 0 1 / 0 4 e 13/04/1999 45 Figura 15 - Evaporação potencial da água do tanque s e m tela (linha s e m pontos) e
c o m tela branca (linha com pontos) 4 8 Figura 16 - Evaporação potencial (mm) da á g u a dos t a n q u e s s e m tela (linha s e m
Introdução
Saraiva ,F. A. Ai.
1 - I N T R O D U Ç Ã O
O Nordeste do Brasil, e m condições normais, caracteriza-se pelo s e u clima q u e n t e e seco, belas praias e chuvas c o n c e n t r a d a s e m a p e n a s três m e s e s do ano. Deveria ser o paraíso dos turistas, não é. E s s a característica q u e deveria ajudar, especificamente a concentração de dias c o m c h u v a , p o d e muitas v e z e s dificultar a vida dos nativos. A ocorrência da s e c a n o Nordeste, mais precisamente no Polígono das Secas, c o m uma área de a p r o x i m a d a m e n t e 937. 0 0 0 K m2, é de relevante preocupação por ser o s e m i - á r i d o mais p o p u l o s o d o
m u n d o e atingir boa parte da população nordestina e de s u a e c o n o m i a . Essa parte da p o p u l a ç ã o que mais sofre é exatamente a m a i s p o b r e e a mais d e s p r e p a r a d a para conviver com os efeitos da seca.
Na década de quarenta foi planejada e e x e c u t a d a , p e l o G o v e r n o Federal para toda Região Nordeste, a construção de reservatórios para viabilizar a oferta d e água. Instalou-se à época a crença da s o l u ç ã o d a seca pela c o n s t r u ç ã o d e reservatórios. T u d o feito de acordo c o m as r e g r a s da teoria, m a s e m d e s c o m p a s s o c o m as regras da natureza. Havia e a i n d a há u m "inimigo" q u e insiste e m transferir o u enviar parte d e s s a água a c u m u l a d a n e s s e s reservatórios de volta para a atmosfera.
Introdução
Saraiva ,F. A. M.
2
A maioria dos açudes do semi-árido brasileiro, t o m a n d o por b a s e os grandes reservatórios nacionais, é de p e q u e n o e médio portes e o uso da água a r m a z e n a d a neles deverá se intensificar, e m futuro p r ó x i m o , d e v i d o à e x p a n s ã o dos projetos de irrigação, ao a u m e n t o populacional e a o c r e s c i m e n t o industrial das cidades de médio porte. A falta d e chuva deverá a g r a v a r a i n d a mais e s s e quadro d e escassez e poderá reduzir os níveis de á g u a s d o s reservatórios a ponto de deixá-las imprópria para o c o n s u m o . Essas s ã o as c o n s i d e r a ç õ e s tangíveis entre oferta e d e m a n d a de água.
Ao longo dos anos os reservatórios sofrem o u t r o s t i p o s d e perdas de água, as mais significativas d e v e m - s e aos processos d e infiltração e e v a p o r a ç ã o . O estudo para avaliar essas perdas é de f u n d a m e n t a l importância para a utilização racional e otimizada dos recursos hídricos disponíveis. Em t e m p o , aqui será estudada a perda por evaporação.
A evaporação potencial é definida como a p e r d a d e á g u a para a atmosfera de uma superfície líquida exposta livremente às c o n d i ç õ e s ambientais. Essa variável sido usada por mais d e cinco d é c a d a s c o m o u m parâmetro hidrológico. Em 1948 ela introduzida por T h o r n t h w a i t e no contexto de classificação climática para fazer a distinção entre a q u a n t i d a d e d e á g u a q u e realmente evapora, daquela q u e poderia evaporar se e s t i v e s s e disponível. Embora o conceito de evaporação potencial tenha sido d e s e n v o l v i d o como u m índice climático, hoje é utilizado na agricultura para controlar o uso eficiente da água nos projetos de irrigação e pelos hidrologistas c o m o m a i s u m índice q u e dá acesso a o conhecimento da e v a p o r a ç ã o real. Neste trabalho, a palavra evaporação designa evaporação potencial visto o interesse aqui e o d e avaliar as perdas evaporativas a partir de uma superfície líquida.
Nos últimos trinta a n o s parte d a s p e s q u i s a s e m recursos hídricos relacionadas à evaporação têm merecido g r a n d e d e s t a q u e . D e v i d o o a u m e n t o da d e m a n d a por água, nos dias d e hoje, é g r a n d e a p r e o c u p a ç ã o d a s principais autoridades mundiais com relação a quantidade, qualidade e c o n s e r v a ç ã o dos recursos hídricos.
Introdução
Saraiva ,F.A. Aí.
3
U m a forma bastante simples d e conservar á g u a no reservatório (evitar que ela evapore) pode ser implementada pela c o n s t r u ç ã o d e barreiras físicas e m torno do reservatório. Essas barreiras reduz a v e l o c i d a d e do vento e a advecção sobre a superfície hídrica e, c o n s e q u e n t e m e n t e , altera o gradiente de pressão de vapor de água local. U m a outra técnica para reduzir as perdas evaporativas de reservatórios superficiais consiste e m colocar u m a barreira física (cobertura flutuante ou substância química ) entre a superfície e v a p o r a n t e e o ar. Essas técnicas de conservação de á g u a d e v e m ser e n t e n d i d a s c o m o m e d i d a s auxiliares para o planejamento e gerenciamento dos recursos hídricos da região semi-árida nordestina.
O objetivo deste trabalho é o de apresentar u m a t é c n i c a prática que seja capaz d e reduzir a perda de á g u a de u m reservatório Delo processo de evaporação. Essa técnica resume-se na cobertura, c o m telas plásticas, da superfície evaporante. Essa cobertura reduzirá a radiação solar ou energia calorífica recebida pela superfície d e água e c o n s e q u e n t e m e n t e o gradiente de pressão do vapor de água.
Re\'isão Bibliográfica
Saraiva, FA. M.
2 - REVISÃO B I B L I O G R Á F I C A
2. 1 - Interpretação física d a e v a p o r a ç ã o
É através da teoria cinética da matéria que se p o d e entender melhor a transferência natural de água da superfície do globo terrestre, no estado líquido, para a atmosfera no estado gasoso. No estado liquido da matéria as moléculas a p r e s e n t a m - s e c o m uma energia de ligação ou força d e atração entre elas, menor do que no estado sólido. Nos gases, a energia de ligação d a s partículas é ainda menor e suficiente, e m certas circunstâncias, para liberta - las umas das outras.
A evaporação de água, no estado líquido ou sólido, para a atmosfera consiste na libertação das partículas da c a m a d a superficial, cuja energia interna de agitação é maior do que a energia de ligação das m o l é c u l a s da superfície evaporante. Isto é suficiente para vencer as forças de t e n s ã o superficial q u e i m p e d e m as moléculas de vapor d e á g u a de escaparem para a atmosfera. O número de moléculas que e s c a p a m , d u r a n t e a unidade de t e m p o , a u m e n t a c o m a energia cinética média das partículas e, portanto, c o m a t e m p e r a t u r a do corpo evaporante. Entretanto, a e v a p o r a ç ã o mantém-se até atingir o estado d e equilíbrio q u e corresponde à saturação d o vapor de água entre a superfície evaporante e a
Re\'isão Bibliográfica
Saraiva, FA. M.
5atmosfera.
S e g u n d o Pruitt (1961) as advecções, as correntes d e c o n v e c ç ã o provocadas pela diferença de d e n s i d a d e e, pelo d e s l o c a m e n t o d o ar na c a m a d a atmosférica, junto á superfície, resulta na remoção d o v a p o r d e á g u a formado. O f e n ó m e n o é, portanto, condicionado pela temperatura, pelo déficit de saturação e estado de agitação do ar junto à superfície evaporante e, finalmente pelo estado de equilíbrio (estável, instável ou indiferente) da atmosfera no local e na ocasião considerada. Os parâmetros que estabelecem e s s a s c o n d i ç õ e s são: a temperatura do ar na c a m a d a limite junto à superfície e v a p o r a n t e , a pressão atmosférica, a diferença entre tensões de vapor reinantes na superfície evaporante e no nível superior da c a m a d a limite, e a v e l o c i d a d e do vento, q u e modifica a c a m a d a limite estabelecendo a importância dos gradientes superficiais da tensão de vapor e da temperatura do ar. Em resumo, as c a u s a s primordiais, e m termos gerais, responsáveis pela evaporação seriam a t e m p e r a t u r a do ar, a umidade do ar atmosférico, a velocidade de d e s l o c a m e n t o da massa d e ar advectiva e a irradiação solar responsável pelo a q u e c i m e n t o da superfície evaporante.
Ometto (1981) considera que a vaporização consiste e m adicionar energia e m u m v o l u m e parcialmente fechado e contendo á g u a . Esse volume de água g a n h a n d o energia continuamente, irá ter num m o m e n t o qualquer u m a energia interna tal que resultará uma pressão no líquido maior d o que a pressão atmosférica, externa ao volume de á g u a . A tensão superficial sobre o líquido cai, e as moléculas de água são transferidas para a atmosfera l e v a n d o consigo o calor latente de vaporização. De outra forma, a evaporação, que e m c o n d i ç õ e s naturais é o processo que mais ocorre, consiste em adicionar energia a uma superfície aberta ao ar livre contendo á g u a . A energia adicionada à superfície a u m e n t a a energia interna das moléculas de á g u a imediatamente p r ó x i m a s a ela. Essas moléculas adquirem maior energia cinética, c o n s e g u e m q u e b r a r a ligação com as outras moléculas e e s c a p a m para a atmosfera levando c o n s i g o e s s a energia de
ligação na forma de calor latente de evaporação. 2.2 - Dinâmica d a e v a p o r a ç ã o atmosférica
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Pruitt (1961) afirma que para haver e v a p o r a ç ã o de á g u a d a superfície d e um lago ou de u m solo é necessária a presença de dois fatores. O primeiro fator é a disponibilidade de energia para converter á g u a liquida e m vapor (cada quilograma de á g u a evaporada requer L Joules de energia, em que L é o calor latente de evaporação). O s e g u n d o é um mecanismo de transporte de vapor de água entre a superfície e a atmosfera. O escoamento do ar atmosférico próximo à superfície (vento), na camada limite superficial, é geralmente turbulento, c a u s a n d o uma mistura eficiente do vapor de água no ar e afastando-o
para longe da superfície. M e s m o e m condições de vento muito forte, a e s p e s s u r a desta c a m a d a normalmente não ultrapassa 15 metros, o n d e os fluxos de calor, m o m e n t o , e vapor d'água são considerados constantes c o m a altura. N e s s a c a m a d a as interações do ar com a superfície são mais fortes e relativamente rápidas. O ar ao escoar sobre a superfície poderá tornar-se turbulento ou irregular, devido os efeitos de fricção, gerados pela rugosidade da superfície, e os efeitos de estratificação térmica.
C o n f o r m e Dyer (1967) a evaporação e a transpiração ocorrem simultaneamente na natureza e n ã o é fácil, distinguir o vapor d'água produzido pelos dois processos. Para estes autores o termo evapotranspiração é u s a d o para descrever o processo total d e transferência de água na forma de vapor da superfície. A f i r m a m que a energia disponível na terra se reparte e m fluxo de calor para o solo, fluxo de calor sensível para o ar, fluxo de calor latente de evaporação, fotossíntese e trocas devidas as atividades metabólicas e a o a r m a z e n a m e n t o dos tecidos das plantas.
Molle (1989) c o m b a s e e m dados do tanque classe A d e 11 postos evaporimétricos do semi-árido Nordestino estudou a variabilidade interanual d a e v a p o r a ç ã o e definiu valores c o m diversas probabilidades d e ocorrência à nível mensal, semestral e anual. Verificou uma evaporação anual média de 3 m , c o m
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um coeficiente de variação da ordem de 1 0 % e q u e dois terços da e v a p o r a ç ã o anual ocorre no período setembro/dezembro.
2.3.- E s t u d o s o b s e r v a c i o n a i s , numéricos e teóricos d a e v a p o r a ç ã o potencial
A e v a p o r a ç ã o média do espelho de água de u m d e t e r m i n a d o lago ou açude tende a ser menor d o q u e a de uma superfície reduzida (tanque classe A, por exemplo). Isso ocorre porque a advecção sobre o lago é diminuída devido o aumento gradativo de u m i d a d e sobre a superfície evaporante. Em c o n s e q u ê n c i a esse excesso de u m i d a d e diminuirá o poder e v a p o r a n t e do ar. Esse comportamento da e v a p o r a ç ã o foi constatado por Sleight (1917) q u a n d o estimava a taxa de e v a p o r a ç ã o c o m base e m superfícies de á g u a de vários t a n q u e s descobertos; os quais foram seis t a n q u e s que variaram e m d i â m e t r o de 0,305 a 3,66 metros; e e m profundidade de 0,08 até 1,75 metros. Em a l g u n s casos o autor usou o tanque enterrado e e m outros manteve o d i â m e t r o fixo e m 0,61 metro e variou a profundidade. Observou-se q u e num t a n q u e c o m 0,305 metro de diâmetro a água evapora cerca de 55 por cento a mais d o que n u m t a n q u e c o m 3,66 metros de diâmetro, isto é, a q u e d a na taxa de e v a p o r a ç ã o guarda uma relação exponencial com o a u m e n t o do diâmetro d o tanque.
S e g u n d o Sleight (1917) a diferença da e v a p o r a ç ã o entre um t a n q u e de 3,66 metros de diâmetro ( c o m d i m e n s õ e s d e 1 0 m2 ) e u m lago de 6,9 hectares
de área não diferiu significativamente. Por outro lado, a e v a p o r a ç ã o obtida n u m tanque classe A, q u e está superexposto às condições d e irradiação solar e vento, foi cerca de 5 0 por cento maior do que a de u m t a n q u e enterrado de 3,66 m de diâmetro. A s s i m , a e v a p o r a ç ã o do tanque Classe A, c o m d i â m e t r o d e 1,21 metros de diâmetro, equivale a e v a p o r a ç ã o de um t a n q u e enterrado d e 0,30 metro de diâmetro. Ficou t a m b é m evidente que para se estimar a e v a p o r a ç ã o d e u m lago, a partir d e u m t a n q u e d e diâmetro menor d o que 3,66 metros, é preciso
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8estabelecer coeficientes, representado na literatura atual por Kp (coeficiente d o tanque).
Existem diversos tipos de tanques para estimar a e v a p o r a ç ã o . , sendo os mais c o m u n s os seguintes: tanque Classe A( diâmetro d e 1,21m) , G G I -3 0 0 0 ( diâmetro de 0,61 m e q u e geralmente são enterrados no solo) e 2 0 m2.
Inúmeras são as modificações e adaptações desses t a n q u e s principalmente d o Classe A B a s e a d o s e m diversos trabalhos com t a n q u e s de e v a p o r a ç ã o G a n g o p a d h y a n a et al. (1966), listou 27 tanques de e v a p o r a ç ã o , c o m diferentes características e de grande diversidade de aplicação. S e g u n d o C h a n g (1968), o tanque classe A incorpora os efeitos de todos os elementos meteorológicos q u e atuam no processo evaporativo e, por esse motivo, permite estimativas, a curto prazo, mais a c u r a d a s do que fórmulas empíricas, e m contra partida, os t a n q u e s C G I - 3 0 0 0 apesar de terem diâmetro menor que o do t a n q u e Classe A, representam melhor a e v a p o r a ç ã o e m reservatórios, por serem enterrados. Oliveira (1971), utilizando o t a n q u e de 20 m2 c o m o p a d r ã o , nas condições d e
clima tropical e m Piracicaba-SP, obteve os seguintes coeficientes: para o t a n q u e classe A , variação de 0,67 a 0,89, c o m média de 0,78 e para o t a n q u e G G I - 3 0 0 0 de 0,88 a 1,04, c o m média de 0,96.
A e v a p o r a ç ã o do tanque classe A é uma m e d i d a do efeito integrado da irradiação solar, velocidade do vento, temperatura do ar e u m i d a d e relativa d o ar sobre a e v a p o r a ç ã o de uma superfície de água livre. A m e d i d a da e v a p o r a ç ã o da superfície da á g u a e m reservatório padrão, têm sido largamente u s a d a para estimar a evapotranspiração de culturas, por estar disponível e m q u a l q u e r estação climatológica ( D o o r e n b o s & Pruitt, 1977). H a n s o n & Rauzi (1977), e s t u d a n d o a evaporação e m t a n q u e classe A e m dois locais próximo a planícies no Arizona, observaram q u e os t a n q u e s protegidos do v e n t o por quebra v e n t o s constituídos d e árvores apresentaram evaporação cerca de 1 4 % menor q u e aqueles não protegidos.
S e g u n d o G a n g o p a d h y a n a et. al. (1966) a estimativa da e v a p o r a ç ã o e m lagos, utilizando t a n q u e s de evaporação, torna-se mais consistente q u a n d o se
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9considera alguns aspectos climáticos q u e podem afetar o coeficiente do t a n q u e Classe A. Assim, o coeficiente 0,7 é utilizado quando as t e m p e r a t u r a s do ar e da á g u a do t a n q u e são iguais. Q u a n d o a temperatura média da água é menor d o q u e a do ar, c a s o específico dos climas quentes e áridos, aplica-se o coeficiente 0,6. Para climas úmidos, o n d e a temperatura média da água no t a n q u e é maior do q u e a do ar, utiliza-se o coeficiente 0,8.
Medeiros e r a / . (1997) ao estudarem as relações entre a e v a p o r a ç ã o medida e m dois tipos de t a n q u e (classe A e minitanque), no interior de estufa e e m estação meteorológica, obtiveram altos coeficientes de correlação para as relações avaliadas, e o b s e r v a r a m q u e e m média o minitanque e v a p o r o u 15 % a mais q u e o tanque classe A.
Stewart & R o u s e (1976) estudando a e v a p o r a ç ã o no verão, de lagos e t a n q u e s em H u d s o n o n d e Bay, usando a razão de Bowen e um b a l a n ç o de radiação descobriram q u e 5 5 % da irradiação solar foi utilizada no p r o c e s s o evaporativo. Estes autores c o m p a r a n d o os resultados obtidos para lagos c o m os estimado pela e q u a ç ã o de Priestley e Taylor (1972), e mostraram q u e a e v a p o r a ç ã o para lagos e t a n q u e s pode ser estimada pela irradiação solar e pela t e m p e r a t u r a do ar.
Slayter & Mcilroy (1961) estimaram a e v a p o r a ç ã o e m lagos c o n s i d e r a n d o alguns parâmetros meteorológicos: temperatura do ar, u m i d a d e , saldo d e radiação na superfície d o lago. A partir da seguinte observação: q u a n d o o ar q u e paira sobre u m a superfície úmida t o r n a - s e saturado, a e q u a ç ã o de P e n m a n será modificada. S e n d o assim consideram-se a p e n a s os parâmetros c o m o t e m p e r a t u r a d a superfície d o lago, temperatura do ar, saldo de radiação na superfície do lago, fluxo d e calor entre a superfície de u m lago e a m a s s a de á g u a abaixo desta, constante Psicrométrica e o calor latente de e v a p o r a ç ã o . Portanto na prática, a atmosfera sobre u m a superfície úmida, tal c o m o e m lagos e o c e a n o s , e m condições de vento, contribui para o a u m e n t o da taxa d e e v a p o r a ç ã o , principalmente q u a n d o o vento sobre e s s a superfície é s e c o e
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quente. Os autores a p o n t a m que, nos casos, onde n ã o considera os efeitos convectivos., a estimativa da evaporação em lagos t e n d e m a ser s u b e s t i m a d a s .
Kohler e Parmele (1967) revisaram as t é c n i c a s para estimar a e v a p o r a ç ã o e m superfície de água. Essas técnicas utilizam-se d e o b s e r v a ç õ e s meteorológicas tais como temperatura do ar, temperatura d o ponto de orvalho, velocidade do vento, irradiação refletida, radiação global, saldo de radiação e pressão de vapor sobre a superfície de água. Como resultado, eles a p r e s e n t a r a m uma c o r r e ç ã o para o coeficiente psicrométrico (y) a fim de compensar a igualdade considerada entre a temperatura d o ar e a temperatura da á g u a na e q u a ç ã o d e P e n m a n .
Priestley & Taylor (1972) apresentaram u m a f o r m u l a empírica e x t r e m a m e n t e bem sucedida para estimar a evaporação e m superfícies de á g u a . Este m o d e l o estima a evaporação e m lagos rasos a partir da t e m p e r a t u r a da superfície da água, radiação solar líquida, parâmetro de Priestley e Taylor q u e foi f o r m u l a d o considerando diversos testes em vários lagos sobre i n ú m e r a s situações c h e g a n d o a uma constante de 1,26, além dos coeficientes a e b q u e variam s a z o n a l m e n t e . Portanto a vantagem deste m o d e l o é q u e a e v a p o r a ç ã o pode ser estimada b a s i c a m e n t e c o m o conhecimento d o saldo de radiação e temperatura da superfície da água. Tais resultados f o r a m c o n s i d e r a d o s satisfatórios por De Bruin Keijman (1979), depois de inúmeras c o n f i r m a ç õ e s n o lago Frevo, no C a n a d á nos meses de verão, os quais t a m b é m f o r a m c o m p a r a d o s c o m a e v a p o r a ç ã o obtida através do método do balanço de energia.
Keijman (1974) determinou o balanço de e n e r g i a para u m lago c o m uma á r e a d e a p r o x i m a d a m e n t e 4 6 0 0 hectares e três metros d e profundidade, e m média. C o n s i d e r o u - s e os d a d o s medidos no centro do lago, para o balanço d e energia, c o m o os d e referência, haja visto que muitos deles foram e s t i m a d o s através de radiômetro, termopares e saldo radiômetro, u s a d o s para se obter os c o m p o n e n t e s do balanço, c o m o temperatura da superfície d a á g u a , radiação e outros. Relacionou-se e s s e s componentes c o m as estimativas realizadas pelo método d e P e n m a n (1948) aplicados às estações situadas no perímetro do lago.
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Tais resultados possibilitaram uma correlação considerável entre as c o m p o n e n t e s do balanço medido e estimado, como saldo de radiação e fluxo d e calor latente. O erro resultante foi de 0,6 mm d i a- 1, ao se estimar a e v a p o r a ç ã o d o lago. T a i s
resultados d e p e n d e m , no entanto, d a direção d o v e n t o e da localização d a estação e m estudo.
Dentre os métodos que se pode utilizar para estimar a e v a p o r a ç ã o e m superfícies de lagos destacam-se os q u e consideram o balanço de energia. U m deles é o de Linacre (1977) que objetiva estimar a e v a p o r a ç ã o d e um lago através de algumas simplificações no método de P e n m a n . N e s s e m é t o d o a p e n a s com a t e m p e r a t u r a média do ar e as coordenadas geográficas d o local p o d e - s e estimar a e v a p o r a ç ã o de um lago. Tal método foi i m p l e m e n t a d o por Lincre e m 1993 tendo e m vista a disponibilidade dos dados de precipitação e velocidade d o vento, o n d e este primeiro ira auxiliar no calculo da irradiação solar, b a s e a n d o - s e no princípio d e que as nuvens interferem na transmitância da irradiação solar e o segundo na a d v e c ç ã o de energia.
De Bruin (1978) combinou o modelo de Priestley e Taylor c o m a e q u a ç ã o de P e n m a n para estimar a evaporação de á g u a d e lagos rasos. N e s s e modelo, q u e representa uma e q u a ç ã o semi-empírica, o termo a e r o d i n â m i c o é substituído pelo parâmetro de Priestley e Taylor a = 1,26. O autor afirma q u e ele poderá representar o balanço de energia na superfície d o lago. O m é t o d o foi testado e m u m lago com área de 400 K m2 e profundidade média d e 3 metros. O s
resultados obtidos para período de dez a vinte dias foram satisfatórios.
Bruin e Keijman (1979) aplicaram o m o d e l o de Priestley e Taylor (1972) para determinar a evaporação do lago Frevo, no C a n a d á c o m u m a área d e 4 6 0 k m2 e profundidade média de três metros. Em s e g u i d a c o m p a r a r a m os
valores o b s e r v a d o s da evaporação diária, no período d e julho a setembro 1967, c o m os v a l o r e s estimados pelo modelo. A s análises d o s resultados m o s t r a r a m , e m c o n c l u s õ e s preliminares, q u e o parâmetro d e Priestley e T a y l o r ( a ) possui uma v a r i a ç ã o sazonal. Dessa forma, existe uma relação linear entre o fluxo d e calor latente LE e o fluxo d e calor latente de equilíbrio
LEeq.
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Morton (1979) utilizou u m modelo b a s e a d o nas o b s e r v a ç õ e s d a t e m p e r a t u r a do ar, na temperatura do ponto de orvalho e na irradiação solar para estimar a e v a p o r a ç ã o sobre lagos. A adequabilidade d o m o d e l o é testada pela c o m p a r a ç ã o da estimativa do balanço de água, anteriormente estabelecida e m publicações, para os lagos Hefner e m Oklahoma, Piramid e W i n n e M u c c a e m N e v a d a , Silver e Salton Sea, na Califórnia dentre outros d a região. Os resultados, a p ó s a aplicação do modelo, apresentaram valores b e m s u c e d i d o s e serviram para otimizar o estabelecimento de coeficientes locais. O b s e r v o u - s e t a m b é m q u e as m u d a n ç a s do albedo e da emissividade térmica pode modificar os resultados e n c o n t r a d o s pelo modelo, seja para a estimativa de e v a p o r a ç ã o d e lagos rasos o u q u a l q u e r outro lago. Constatou-se t a m b é m uma boa c o n c o r d â n c i a entre a estimativa d e a r m a z e n a m e n t o de água e a evaporação do lago.
Dantas et. al. (1994) projetou e construiu radiômetros solares para medir a irradiação incidente sobre água e estudar o seu c o m p o r t a m e n t o no m e i o a q u o s o . D e s e n v o l v e u três radiômetros com as m e s m a s c o n f i g u r a ç õ e s , u m d e l e s para medir a irradiação solar global e irradiação solar refletida, um a l b e d ô m e t r o e u m detector para medir a irradiação transmitida na água. Esses radiômetros f o r a m instalados e m u m a represa (22°54' S, 48°25' W ) na F a c u l d a d e de Ciências A g r o n ó m i c a s da U N E S P e m Botucatu - SP. O piranômetro foi posicionado na m a r g e m d a represa, o albedômetro no centro e a um metro d e altura do nível da á g u a e o radiômetro aquático a um metro de profundidade. Esse experimento foi realizado no período de julho de 1991 a dezembro de 1994, e m intervalos de 18 dias. A s c u r v a s das três irradiâncias: global, refletida e transmitida f o r a m o b t i d a s por meio de u m registrador potenciométrico, do nascer ao por do sol. C o m o resultado, constatou-se q u e as energias diárias de irradiância transmitida a u m metro s o b a á g u a possui intensidade muito reduzida c h e g a n d o a u m m á x i m o d e 4,7 % e u m mínimo de 1,5 %; para as energias refletidas os resultados variaram entre 8,5 % e 5,1 % e para a energia absorvida pelo extrato de á g u a é d a o r d e m de 9 0 % , d a radiação solar global incidente, sendo esta parcela responsável pelo a q u e c i m e n t o da á g u a da represa.
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Dantas et. al. (1999) determinaram o a l b e d o d a á g u a d e u m a represa. Para medir a irradiação solar global e refletida, os autores utilizaram d o i s piranômetros idênticos, um deles foi instalado e m u m s u p o r t e a u m metro da superfície do lago, c o m o sensor voltado para a superfície da á g u a , a t u a n d o c o m o albedômetro e o outro com o sensor direcionado de forma inversa, na m a r g e m d o lago, de tal forma que recebesse a m e s m a irradiância q u e o outro instrumento, sobre a superfície da água. Os radiômetros foram instalados na á r e a e x p e r i m e n t a l do Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Ciências A g r o n ó m i c a s da U N E S P , c a m p u s de Botucatu - SP. A s medidas foram realizadas nos dias 0 5 / 0 7 , 2 4 / 0 7 , 15/08, 05/09, 22/09, 12/10, 30/10, 2 1 / 1 1 , 0 4 / 1 2 e 21/12, período c o m p r e e n d i d o entre os solstícios de inverno e de verão d o Hemisfério S u l . O s resultados desse estudo são os seguintes: os percentuais para a energia refletida variaram de 5 , 1 % a 8,5%, tendo média percentual de 6 , 6 % c o m o poder refletor o u albedo da superfície represa. A s utilizações das energias totais diárias permitiram cálculos de albedos médios diários, sem ocorrer nos valores e x a g e r a d o s , encontrados nas determinações q u a n d o são utilizadas as irradiações solar e m instantes próximos ao nascer e ao pôr do sol.
2.4 - T é c n i c a s p a r a reduzir a evaporação s o b r e r e s e r v a t ó r i o s n a t u r a i s e artificiais
O controle da evaporação é um método atrativo d e c o n s e r v a ç ã o d e á g u a . Ele consiste, basicamente, na redução da irradiação solar ou energia calorífica recebida pela superfície da água, na redução d o gradiente de p r e s s ã o d o v a p o r de á g u a e na redução da velocidade d o vento próxima à superfície evaporante.; através da construção de barreiras físicas e m t o r n o d o reservatório o u entre a superfície evaporante e o ar (cobertura flutuante o u s u b s t â n c i a q u í m i c a ) .
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Nos países mais desenvolvidos essa t é c n i c a já v e m s e n d o pesquisada há muito tempo e, de um modo geral, t o d o s os p e s q u i s a d o r e s obtiveram bons resultados c o m a mesma. Silveston (1965) utilizou filmes monomoleculares, na cobertura de lagos, para reduzir a e v a p o r a ç ã o . Em s e g u i d a e x a m i n o u a redução dos custos do armazenamento de á g u a devido à r e d u ç ã o evaporativa. W i x s o n & Davis (1967) verificaram o a u m e n t o d o n ú m e r o d e bactérias e redução da difusão do oxigénio de 10 a 1 5 % a p ó s cobrir a superfície da água do reservatório com hexadecanol. Eles notaram, a i n d a , que inicialmente o crescimento das algas diminuiu, mas após algum t e m p o , o c r e s c i m e n t o estabilizou-se porque a biodegradação do filme serviu de nutriente para as algas.
Brent (1967) utilizou vários tipos de cobertura (polietileno, madeira, lâmina de alumínio e concreto) na superfície da água, para estudar a relação custo-benefício de cada um desses materiais na redução d a e v a p o r a ç ã o de p e q u e n o s reservatórios localizados e m climas secos do Estado do A r i z o n a - U S A . S h a n m u g a m (1968) conseguiu reduzir a evaporação d e 2 0 a 2 5 % e m u m reservatório de água na índia. Na região estudada a perda de á g u a pelo processo evaporativo é de aproximadamente 2 0 0 0 mm/ano. Lapp (1968) a p r e s e n t a revisão das propriedades físicas dos matérias utilizados nos m é t o d o s de redução da evaporação d e lagos e reservatórios. Utiliza cinco métodos e conclui que o melhor deles é o que mistura hexadecanol e octadecanol. M i e r s & Frasier (1970) determinaram as possibilidades de redução da evaporação utilizando vários tipos de materiais, inclusive variações de cores. Beard & Gainer (1970) avaliaram a influência da reflectância da irradiação solar na e v a p o r a ç ã o da á g u a utilizando vários filmes monomoleculares, coloridos artificialmente, a l é m de três líquidos capazes de formar filmes monomoleculares. Ele avaliou a reflectância d o s compostos colocando-os dentro de um reflectômetro. O b s e r v o u - s e u m decréscimo da evaporação da água com o a u m e n t o da refletância solar incidente sobre os filmes monomoleculares, tendo melhores resultados à q u e l e s f o r m a d o s por partículas de silicone.
Garrett (1971) utilizou filmes m o n o m o l e c u l a r e s para reduzir a evaporação de u m corpo d e á g u a . S e g u n d o o pesquisador, o processo de
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formação de p e q u e n a s ondas na superfície d o corpo d e á g u a intensifica a transferência de vapor de água para a atmosfera. A v a n t a g e m d e s s e s filmes é q u e eles suportam a força de fortes ventos à superfície da á g u a e evitam a formação de o n d a s . Chooley & Cluff (1972) utilizaram sólidos flutuantes e materiais granulados para reduzir a perda por e v a p o r a ç ã o da superfície da á g u a . Eles verificaram q u e esses materiais são mais eficientes d o q u e os filmes monomoleculares. Essa eficiência, segundo os autores, deve-se a alta refletividade dos materiais utilizados à irradiação solar incidente. C r o w (1973) utilizou sobre a superfície da água do reservatório, painéis de alta refletividade à irradiação solar incidente. O autor cobriu 4 8 % da área do reservatório e c o n s e g u i u reduzir a evaporação em 3 5 % .
Por sua vez Desai & Tople (1990) controlaram as perdas evaporativas e m p e q u e n o s lagos ou reservatórios nas regiões áridas e s e m i -áridas da índia, usando álcool ceto-steril : uma mistura d e álcoois gordurosos saturados. Esse produto foi espalhado sobre as águas para formar uma superfície orgânica monomolecular. Essa superfície de álcool estéril n ã o só reduz a evaporação, c o m o t a m b é m previne a proliferação de m o s q u i t o s sobre a água. Doses acima d e 70 g / c m2 pode reduzir as perdas evaporativas e m até 5 5 % . Esse
produto, além de não ser tóxico ou inflamável, não altera a qualidade da á g u a destinada ao c o n s u m o . Entretanto, esses álcoois gordurosos, produzidos a partir d o s é m e n de baleias ou de um redutor de sódio da g o r d u r a animal, não são encontrados c o m facilidade e sua produção e controle de qualidade necessita de um grande aparato tecnológico.
Venalainer et al. (1998) avaliam a influência d e uma floresta d e n s a no fluxo de calor latente sobre as superfícies dos lagos, T a m n a r e m e Raksjon, d e t a m a n h o s diferentes. Nessa pesquisa foram utilizadas torres meteorológicas flutuantes sobre o espelho de á g u a e às margens dos lagos para considerar a influência da floresta. Verificaram q u e o lago p e q u e n o a p r e s e n t a u m a u m e n t o d e fluxo de calor latente c o m o a u m e n t o do vento e d a u m i d a d e . C o n s i d e r a n d o a influência da floresta, o valor desse fluxo diminui. Para o lago grande, a influência
Re\'isão Bibliográfica
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da floresta sobre o fluxo de calor latente é quase irrelevante, no entanto, é preciso considerá-la para n ã o se obter resultados equivocados.
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3 - M A T E R I A L E M É T O D O S
3.1 - Descrição d a região c o m a área de e s t u d o
A região Semi-árida, com uma área de 764. 5 2 2 K m2, c o r r e s p o n d e a
4 6 % do território d o Nordeste do Brasil. Essa Região apresenta precipitações altamente variáveis no e s p a ç o e no tempo, com m é d i a s anuais iguais o u inferiores a 8 0 0 m m , c o m valores mais a c e n t u a d o s nas d e p r e s s õ e s à sotavento. S e g u n d o o Atlas Escolar da Paraíba (1999), depois do Brejo paraibano, e m toda porção aplainada e l e v a d a da Borborema e nos vales que a cortam, c o m o os d o rio Paraíba, T a p e r o á , Seridó dentre outros, a semi-aridez do clima caracteriza a paisagem. Esse clima, q u e n t e e seco, c o m c h u v a s de verão, alcança os índices mais baixos de precipitação do Estado, com média anual de 500 m m , t e m p e r a t u r a média a n u a l d e 2 6 °C, e u m i d a d e relativa d o ar não ultrapassando os 7 5 % , e m termos gerais. O s municípios de Barra de Santa Rosa e Cabaceiras, na Paraíba apresentam índices médios anuais inferiores a 3 0 0 m m , e constituem, j u n t a m e n t e c o m A c a r i , no Rio G r a n d e d o Norte, o "triângulo mais seco do Brasil".
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183 . 2 -
Descrição da área experimental
O experimento d e c a m p o para avaliar a s perdas evaporativas e mensurar a s variáveis meteorológicas que influenciam direta o u indiretamente à evaporação foi instalado, por falta d e recursos financeiros e disponibilidade dos equipamentos, n a Estação Meteorológica do Departamento d e Ciências Atmosféricas, no C a m p u s H d a Universidade Federal d a Paraíba, situado na cidade d e C a m p i n a G r a n d e - P b (latitude 7t >13'S,. longitude 35°53'W, altitude 547
m), F i g u r a 1, localizada n a região do A g r e s t e d a Borborema, parte integrante da região semi-árida nordestina. A classificação climática d o Agreste é também do tipo quente e s e c o . Apresenta temperatura m é d i a a n u a l de 23,3 ° Ct com máxima
d e 27,5 ° C e mínima d e 1942 ° C , e m média, Nonmalmente, o período chuvoso é
d e março a julho c o m pluviosidade média anual d e 750 mm (Atlas E s c o l a r da P a r a í b a tt 9 9 9 ) .
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3.3
- Instrumentos meteorológicos utilizados neste experimento
i) dois piranômetros P S P ;
ii) um saldo-radiômetro ( R E B S ) ;
iii) um sistema automático de aquisição de dados (microloggers 21x);
iv) dois s e n s o r e s de temperatura à b a s e de termopares, constituídos de cobre constantam);
v) um psicrómetro à b a s e de termopares;
vi) um anemómetro tipo langue à dois metros da superfície evaporante;
vii) um anemómetro analógico à dois metros da superfície evaporante;
viii) um anemómetro analógico à meio metro d a superfície evaporante;
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3.4 - Descrição do modelo físico
Nesta pesquisa utilizou-se o tanque de cimento amianto com 1,07 metros de diâmetro e 0,67 metros de profundidade. Devido a constituição do seu material (amianto) e a forma como foi instalado .enterrado no solo, acredita-se que a sobrestimativa da evaporação seja fortemente minimizada, ou seja, acredita-se que o tanque de cimento amianto apresenta menor sensibilidade aos efeitos da irradiação e portanto cause menos interferência na estimativa da evaporação. Em consequência, espera-se obter resultados mais representativos dos valores da variável evaporação. Ao contrario do tanque classe A, que é construído de chapa de ferro galvanizada número 22, com 1,21 metros de diâmetro e geralmente é usado nas estações meteorológicas, devido a sua geometria e disposição sobre a superfície do solo esse tanque recebe irradiação solar global nas suas paredes e no fundo. Por ser metálico tem boa condutividade térmica, em consequência apresenta perda excessiva de água por evaporação, isto é, uma sobrestimativa dos valores da variável evaporação, segundo Ometto (1981).
A Figura 2 mostra as instalações dos tanques de cimento amianto com capacidade de 500 litros. Esses tanques ou sistemas fechados foram enterrados no solo, ficando de fora apenas cinco centímetros de suas bordas. Pode ser visto, no primeiro plano, um tanque descoberto e no segundo o outro tanque coberto por uma tela de náilon.
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Figura 2 Tanques de cimento amianto enterrados com cinco centímetros de borda acima do solo e descoberto (primeiro plano) e coberto com tela plástica (segundo plano), em ambos encontram-se um sensor d e temperatura na superfície da água e um micrometro.
3.5 - Descrição do experimento
Na primeira fase do experimento um dos tanques e o piranômetro foram cobertos com telas plásticas brancas, Figura 3a, com dimensão d e 4,80 metros de comprimento e 1,50 metros de largura e orifícios de 0,2 cm; instsdados a 0,5 metro de altura da superfície e, na segunda fase com telas plásticas verdes, Figura 3b, com mesma dimensão e altura da superfície. O comprimento da tela plástica foi orientado na direção leste—oeste para evitar que os raios solares, ao nascer e pôr do sol, alcançassem a água e o elemento sensível do piranômetro debaixo dela. Este por ser muito sensível e não ser apropriado para água, foi instalado e m terra firme próximo aos tanques sob tela como indica as setas vermelhas nas Figuras 3a e 3b , e um outro piranômetro sobre tela como mostra as setas cor d e ouro.
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(b)
Figura 3 Estação meteorológica e as telas branca (Figura 3a) e verde (Figura 3b), no primeiro plano, cobrindo o piranômetro e no segundo o tanque de cimento amianto( indicado peias setas brancas).
Os valores numéricos de temperatura da superfície da água, do ar atmosférico, da radiação soiar global sobre e sob a tela, da radiação soiar líquida e da umidade do ar foram obtidos através de um sistema automático de aquisição de dados denominado microloggers 21 x, visto na Figura 4, programado para fazer leituras a cada cinco segundos e armazenar o valor médio a cada dez minutos. As leituras feitas nos instrumentos de medidas convencionais (rnicrômetro e o anemómetro a meio metro de altura), na primeira fase do experimento, foram
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efetivadas em intervalos de três horas, mais precisamente nos horários de 06:00, 09:00, 12:00, 15:00 e 18:00 horas. As variáveis meteorológicas observadas foram as seguintes: velocidade do vento a 0,5 e 2,0 metros da superfície evaporante, perdas evaporativas no tanque coberto com tela, no tanque descoberto e no tanque Classe A. O mesmo procedimento foi realizado para a segunda fase do experimento, com a tela verde, sendo as leituras realizadas a intervalos de seis horas, nos horários de 06:00, 12:00 e 18:00 horas.
Figura 4 Sistema automático microloggers 21x de aquisição de dados(seta vermelha) e os sensores de umidade(seta laranja), temperatura do ar(seta laranja), velocidade do vento(seta azul) e saldo de radiação(seta amarela)
As leitura da evaporação nos tanques de amianto e da velocidade do vento foram feitas a cada 3 horas no período diurno a principio para identificar os horários de maior potencial evaporativo e assim cruzar estas informações com os demais parâmetros meteorológicos que foram medidos e armazenados automaticamente no sistema de aquisição de dados, tentando então averiguar a atuação deste nos horários de maior evaporação. Mas no transcorrer do experimento constatou-se que neste período a evaporação era muito pequena , podendo ate não ser detectado pelo instrumento alem de dificultar a leitura ao
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ponto de induzir o observador ao erro. Portanto para Segunda fase do experimento optou-se por leituras em intervalos de 6 horas.
3.6 - Coeficiente de correlação linear (CCL)
uma das variáveis estudadas ( vento, umidade relativa do ar, irradiação solar entre outras) e o processo da evaporação, calculou-se o CCL. Segundo Spegel (1974) o CCL é dado por:
Supondo que a amostra segue uma distribuição t-Student, pode-se aplicar o teste de hipótese para avaliar os limites de confiança do CCL. Esse teste é dado por:
em que r estima o CCL de uma população teórica (p) e N é o tamanho da amostra. A estatística t tem distribuição de Student, com v = N-2 graus de liberdade para um dado nível de significância (NS) de 5% . Por ser um teste bilateral, e considerar-se um NS = 5 %, teremos uma região critica (RC) correspondente á RC = ] - w ; -1,7 [ U ] 1,7 ; + « [. Sendo assim á hipótese poderar ser :
Para avaliar, quantitativamente, o grau de correlação entre cada
(3.1)
/ = (3.2)
H0: R C < t < - R C
Kíaterial e Métodos Saraiva, F. A. M
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Portanto aceitar a hipótese Ho (AH) implica que existir uma correlação linear entre os parâmetros estudados e a evaporação potencial. De forma análoga rejeitar H0 (RH) indica que não existe correlação entre tais parâmetros.
Resultados e discussões 26 Saraiva, F. A. M.
4 - R E S U L T A D O S E DISCUSSÕES
4.1 - Avaliação do efeito da utilização das telas sobre o s tanques considerando alguns parâmetros meteorológicos relacionados com a E P
Para avaliar a inter-relação entre alguns parâmetros meteorológicos e a EP, e o efeito da utilização das telas (branca e verde) sobre os tanques foi efetuado um estudo de correlação linear. A Tabela 1 mostra esses parâmetros meteorológicos. As colunas 2 a 8 correspondem respectivamente, a temperatura média do ar (Ta), temperatura média da superfície da água (Ts), irradiação solar
global (Rg), saldo de radiação solar (SR), velocidade do vento a dois metros (V2),
velocidade do vento a meio metro (Vo,s), umidade relativa (UR) e evaporação potencial (EP). Esses mesmos parâmetros podem ser vistos na Tabela 2 para o tanque de cimento amianto coberto com tela branca. Nessa Tabela 2 foi medida sob tela-tiranca a temperatura da-superfície da água (TSb), irradiação solar global
(Rgb), saído de radiação solar (SRt>) e a evaporação potencial (Epb). Nota-se que
a utilização da telarnã©- influenciou significativamente a temperatura média dá água sobre a superfície da água. O uso da tela branca reduziu a irradiação solar global e o saldo de radiação-respectivamente, em torno de 21 e 25 %.
Resultados e discussões Saraiva, F. A. M.
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Tabela 1 - Valores observados e/ou estimados das variáveis meteorológicas na
Dias Ta(°C) (D TS(°C) (2) RflO/Vm"") (3) SR(Wm"') (4) V( 2) (m/s) (5) V(o5) (m/s) (6) UR (%) (7) EP (mm) (8) 28/3 26,64 28,23 418,63 393,51 1,20 0,24 76,78 3,90 29/3 26,67 28,03 497,45 467,60 1,93 0,49 72,88 4,00 30/3 26,67 28,03 497,45 467,60 2,62 0,94 73,40 4,00 31/3 26,36 27,71 488,13 458,84 2,28 0,86 74,13 5,00 1/4 26,26 27,71 472,31 443,97 2,20 0,70 67,80 4,00 2/4 27,27 28,30 541,30 508,82 2,00 0,75 69,54 4,00 3/4 27,16 28,10 510,73 480,08 2,31 0,96 72,28 4,00 4/4 27,53 28,43 491,81 462,30 1,52 0,83 73,46 4,00 5/4 27,05 28,41 437,56 411,31 2,13 0,96 70,00 3,00 6/4 27,54 28,23 474,25 445,80 2,30 1,03 70,00 5,00 7/4 27,36 27,88 507,22 476,79 2,43 1,15 68,71 5,00 8/4 28,20 28,87 570,79 536,54 1,66 0,79 72,86 5,00 9/4 27,43 28,36 451,86 424,75 2,09 1,22 74,21 4,00 10/4 27,06 27,40 439,92 413,53 2,53 1,55 75,65 5,00 11/4 27,76 27,85 461,46 433,77 2,52 1,61 93,91 4,00 12/4 23,77 27,09 286,83 269,62 1,67 0,68 90,92 2,10 13/4 24,34 26,75 294,36 276,69 1,34 0,39 83,26 2,60 14/4 26,58 27,86 493,15 463,56 2,07 1,07 84,11 4,00 15/4 26,73 27,81 460,63 432,99 2,16 1,10 79,91 4,00 16/4 26,98 27,90 500,93 470,87 2,15 1,10 80,95 4,00 17/4 26,84 28,25 558,84 525,31 2,23 1,19 81,50 4,00 18/4 26,84 28,34 513,34 482,54 2,51 0,92 81,31 4,00 19/4 27,16 28,40 472,52 444,17 2,18 0,83 77,35 3,00 20/4 27,58 28,37 519,68 488,50 1,93 0,61 71,29 4,00 21/4 26,96 29,16 540,97 508,51 1,92 0,89 75,74 4,00 22/4 27,07 28,12 468,65 440,53 2,34 0,99 83,94 4,00 23/4 26,20 27,06 339,83 319,44 1,95 0,84 78,67 3,00 24/4 26,88 26,81 396,92 373,10 2,11 1,01 76,10 4,00 25/4 27,41 27,70 467,06 439,03 2,04 1,44 77,39 3,00 26/4 27,85 27,71 451,82 424,71 1,75 0,64 80,03 4,00 27/4 26,66 26,85 334,92 314,83 1,85 0,72 82,98 3,00 Média DP 26,86 0,89 27,93 0,58 463,27 70,32 435,47 66,10 2,06 0,34 0,92 0,23 77,13 6,25 3,77 0,95
Resultados e discussões
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Tabela 2 - Valores observados e/ou estimados das variáveis meteorológicas na primeira fase do experimento com tanque de cimento amianto coberto com tela branca Dia Ta(°C) (1) Ts b(°C) (2) Robfyvm"") (3) SRb(Wm-') (4) V(2 m ) (m/s) Í5) V(o,5m) (m/s) (6) UR.(%) (7) EPb (mm) (8) 28/3 26,64 27,89 339,66 319,28 1,20 0,24 76,78 2,90 29/3 26,67 27,79 394,08 370,44 1,93 0,49 72,88 3,00 30/3 26,67 27,79 394,08 370,44 2,62 0,94 73,40 3,00 31/3 26,36 27,49 398,89 374,95 2,28 0,86 74,13 4,00 1/4 26,26 27,44 385,24 362,13 2,20 0.70 67,80 3,00 2/4 27,27 27,99 449,05 422,11 2,00 0,75 69,54 3,00 3/4 27,16 27,97 424,73 399,24 2,31 0,96 72,28 3,00 4/4 27,53 28,08 393,50 369,89 1,52 0,83 73,46 4,00 5/4 27,05 28,24 354,18 332,93 2,13 0,96 70,00 2,00 6/4 27,54 28,00 375,83 353,28 2,30 1,03 70,00 4,00 7/4 27,36 27,58 399,19 375,24 2,43 1,15 68,71 4,00 8/4 28,20 28,26 454,45 427,18 1.66 0,79 72,86 4,00 9/4 27,43 27,78 347,83 326,96 2,09 1,22 74,21 3,00 10/4 27,06 26,95 342,27 321,73 2,53 1,55 75,65 4,00 11/4 27,76 27,44 353,03 331,85 2,52 1,61 93,91 3,00 12/4 23,77 26,73 219,78 206,60 1,67 0,68 90,92 2,10 13/4 24,34 26,47 229,47 215,71 1,34 0,39 83,26 2,60 14/4 26,58 27,54 388,41 365,10 2,07 1,07 84,11 3,00 15/4 26,73 27,53 ' 355,89 334,53 2,16 1,10 79,91 3,00 16/4 26,98 27,55 387,05 363,83 2,15 1.10 80,95 3,00 17/4 26,84 27,97 425,23 399,72 2,23 1,19 81,50 3,00 18/4 26,84 28,14 395,62 . 371,88 2,51 0,92 81,31 3,00 19/4 27,16 28,21 368,22 346,13 2.18 0,83 77,35 2,00 20/4 27,58 28,23 399,95 375,95 1,93 0,61 71,29 3,00 21/4 26,96 28,75 422,00 396,68 1,92 0,89 75,74 3,00 22/4 27,07 27,99 365,42 343,50 2,34 0,99 83,94 3,00 23/4 26,20 26,97 257,08 241,65 1,95 0,84 78,67 2,00 24/4 26,88 26,79 305,77 287,42 2,11 1,01 76,10 3,00 25/4 27,41 27,47 358,65 337,13 2,04 1,44 77,39 2,00 26/4 27,85 27,51 342,80 322,23 1J5 0,64 80,03 3,00 27/4 26,66 26,70 249,26 234,31 1,85 0,72 82,98 2,00 MÉDIA DP 26,86 0,89 27,65 0,54 363,76 58,90 341,94 55,44 2,06 0,34 0,92 0,23 77,13 6,25 2,90 0,81
