¿Qué es la evaporación?
Es un proceso físico consistente en el paso lento y gradual de estado líquido a estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer a la tensión superficial. La evaporación es una respuesta a un incremento natural o artificial de la temperatura.
Por efecto del calor, las moléculas del líquido se agitan y adquieren la energía necesaria para superar la energía de unión que tienen las moléculas en estado líquido y transformarse en vapor.
La evaporación ocurre solamente en la superficie entre el líquido y el gas. Su proceso inverso es la condensación (transición de gas a liquido).
Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, la parte más superficial de sus moléculas está en forma gaseosa. En equilibrio, la cantidad de gas se define como la presión de vapor saturante, la cual, aunque no depende del volumen sí lo hace de la temperatura y de la propia naturaleza del líquido. Si la presión de vapor saturante es superior a la cantidad de gas, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación.
El proceso de evaporación depende de la velocidad del movimiento térmico de las moléculas: cuanto más rápido se mueven las moléculas, más rápida se produce la evaporación. Las evaporaciones ocurren de forma constante y espontánea en nuestro entorno.
Diferencia entre evaporación y ebullición
Aunque ambos procesos se refieren al paso de una sustancia en estado líquido a estado gaseoso, se trata de dos procesos físicos distintos. Ambos son procesos de cambio de estado de la materia de líquido a gaseoso denominado vaporización.
La evaporación ocurre a cualquier temperatura, cuando la energía que adquiere la sustancia es suficiente como para vencer la tensión superficial del líquido. La velocidad del proceso aumenta con la temperatura. La ebullición, sin embargo, ocurre cuando todo el líquido ha alcanzado una temperatura tal a la que comienza a hervir, esto es, el punto de ebullición.
Cuando la presión de vapor de un líquido coincide con la presión atmosférica de su entorno, se alcanza el punto de ebullición. Cuando esto ocurre, el líquido comienza a hervir y sus moléculas asumen un estado gaseoso. Cada líquido tiene su propia temperatura o punto de ebullición; en el caso del agua, 100°C. No obstante, al descender la presión, disminuye también el punto de ebullición.
Por tanto, la evaporación es un proceso que se genera con aumentos de temperatura por debajo del punto de ebullición. Si el proceso ocurre a temperaturas superiores al punto de ebullición, hablamos de ebullición.
Además, mientras que en la evaporación el cambio de fase se produce de manera pausada y en la superficie del líquido, la ebullición es un proceso más rápido y violento que implica a toda la masa del líquido.
Evaporación del agua
La evaporación del agua es un proceso físico por el cual el agua pasa de estado líquido a estado gaseoso o vapor de agua y es transferida a la atmósfera.
Este proceso tiene lugar sobre la superficie del agua a partir de una temperatura determinada y hasta que el ambiente se satura de vapor, momento en el que el vapor comienza a condensar (vuelve a estado líquido).
También es un tipo de evaporación la transpiración de las plantas, así como la sudoración de los animales. Los seres vivos, y más especialmente las plantas, contribuyen con un 10 % al agua enviada a la atmósfera.
La energía de la que se dispone en la superficie, junto con el grado de facilidad que tiene el vapor de agua para difundirse en la atmósfera, controlan la cantidad de evaporación.
La cantidad de agua evaporada o transpirada constituye una pérdida directa para las reservas de agua superficiales (embalses) y subterráneas (acuíferos), de tal forma que su estimación es necesaria en todos los estudios hidrológicos relativos a las aguas y su distribución y en los análisis de balance y operación de almacenamientos.
¿Qué es la evapotranspiración?
Es el proceso de evaporación y transpiración considerado en conjunto, y ocurre cuando se produce la liberación moléculas de vapor de agua a la atmósfera desde las plantas (transpiración) y desde la superficie de las aguas y los suelos (evaporación). Se define también como la pérdida de humedad de una superficie por ambos procesos, y se expresa en mm.
La evaporación tiene lugar desde la superficie del suelo y la vegetación desde que sucede la precipitación, en mayor o menor medida en función de las condiciones meteorológicas. También ocurre en las superficies de agua tales como ríos, lagos y embalses. Por último, también se da desde el suelo con el agua infiltrada. Se suele evaporar desde la zona más profunda a la más superficial.
Por otro lado, tenemos el proceso de transpiración. Se trata de un fenómeno biológico que sucede en las plantas. Es el proceso por el que pierden agua y la envían a la atmósfera. Estas plantas cogen el agua del suelo a través de sus raíces. Parte de esta agua sirve para su crecimiento y desarrollo vital, y la otra parte lo transpiran a la atmósfera.
Ambos fenómenos son difíciles de medir por separado, y por ello se realiza una medición conjunta de la evapotranspiración. Esta medición es necesaria para calcular balances hídricos, es decir, de forma que se tendrá un balance neto positivo si se acumula agua, o negativo, si se pierde agua.
El volumen de agua disponible será el resultado de la resta del agua perdida por evapotranspiración a la cantidad de agua precipitada.
La cantidad máxima de agua que podría evaporarse y transpirarse desde una determinada superficie (si se dan las condiciones óptimas) es la evapotranspiración potencial (ETP). Por su parte, la cantidad de agua real que se evapotranspira en función de las condiciones existentes en cada caso es la evapotranspiración real (ETR), y siempre será menor o igual a la evapotranspiración potencial.
El concepto de evapotranspiración es muy importante en el ámbito de la agricultura. El objetivo es que la diferencia entre la ETP y la ETR sea nula, ya que indicaría que las plantas tienen el agua suficiente para transpirar si es necesario y permite a los agricultores ahorrar en riego innecesario.
¿De qué factores depende la evaporación del agua?
El proceso de evaporación será función de distintos factores meteorológicos como la diferencia entre la presión de vapor de la masa de agua y la existente en la atmósfera, las temperaturas del agua y aire, velocidad del viento, presión atmosférica o la calidad del agua.
- Saturación de la atmósfera
La diferencia de presión de vapor entre el agua líquida y el ambiente contribuye a la evaporación del agua.
La evaporación es proporcional al llamado déficit de presión de vapor (déficit hidrométrico), que es la diferencia entre la presión de saturación a la temperatura del agua en la superficie, y la presión de vapor del aire que rodea a la superficie libre.
De esta forma, cuanto más seco esté el ambiente (menor saturación del aire), mayor será el grado de evaporación.
Es la fuente de energía de la evaporación. Ésta se lleva a cabo casi ininterrumpidamente durante el día, y frecuentemente también durante la noche, siempre y cuando sea suministrada la energía requerida para que las moléculas de agua pasen de líquido a gas.
Esta energía se conoce como el calor latente de evaporación, y deberá ser suministrada gracias a la radiación y a la conducción de la capa de aire más próxima, o bien, por medio de la energía previamente almacenada debajo de la superficie evaporante (en el fondo oceánico, por ejemplo).
- Temperatura
Como regla general, a mayor temperatura, mayor evaporación.
El aumento de temperatura en el aire facilita la evaporación ya que, en primer lugar, crea una convección térmica ascendente (el aire cálido es menos denso y asciende), que facilita que se airee la superficie del líquido; además, aumenta la presión de vapor de saturación
Como la presión de vapor aumenta con la temperatura, la capacidad del aire para absorber vapor de agua se incrementa al aumentar la temperatura; además, si la temperatura es alta, la energía calorífica es más fácilmente disponible. De esta forma, la temperatura ambiental tiene un doble efecto positivo en la evaporación.
- Presión atmosférica
La relación entre la evaporación y la presión es inversa, es decir, cuando disminuye la presión atmosférica aumenta la evaporación, manteniendo constantes los demás factores.
No es un parámetro tan relevante, ya que, en las montañas, donde desciende la presión, desciende también la temperatura, y se tiene una menor evaporación.
- Viento
El viento consigue renovar el aire saturado próximo a la superficie de evaporación. Cuando se combinan una baja humedad relativa y viento, tenemos la mayor evaporación.
Cuando la capa de aire que está sobre la superficie evaporante permanece quieta, la evaporación irá descendiendo progresivamente, conforme el aire tienda a su punto de saturación. Por lo tanto, la aparición del viento será necesaria para remover y mezclar las capas húmedas inferiores con las superiores más secas.
Determinación de la evaporación
La evaporación natural puede ser medida como la pérdida de agua desde la superficie o como la ganancia de vapor de agua por la atmósfera. Se mide en milímetros (mm).
La evaporación puede medirse directamente desde pequeñas superficies de agua naturales o artificiales, llamadas tanques de evaporación, o bien a través de instrumentos como los evaporímetros o lisímetros.
Un tanque de evaporación es un instrumento meteorológico consistente en una cubeta de 25,4 cm de profundidad y 120,7 cm de diámetro, cuyo fondo se coloca a una altura de entre 3 y 5 cm por encima del nivel del suelo, sobre un marco de madera que actúa como plataforma. El grado de evaporación se mide mediante la observación del descenso del nivel del agua con el que se ha llenado.
Por su parte, la evapotranspiración se puede estimar por medio de lisímetros. Un lisímetro es un instrumento introducido en el suelo, rellenado con el mismo material de terreno del lugar y con vegetación. La medida de la evapotranspiración es determinada por el balance hídrico de los dispositivos.
La diferencia entre las medidas de evapotranspiración y de evaporación nos da la transpiración.
¿Qué es el enfriamiento evaporativo?
Se denomina así a la disminución de la temperatura que experimenta el ambiente cuando un líquido como el agua se evapora.
Este enfriamiento se produce gracias a que el paso de agua líquida a vapor de agua utiliza calor para cambiar de fase, pero sin aumentar la temperatura. Se produce un aumento porcentual de la humedad relativa del aire, perdiendo a la vez una parte de su calor, provocando un descenso de la temperatura.
Este fenómeno físico se emplea en algunos sistemas de refrigeración actuales, suponiendo una evolución en la climatización y refrigeración de ambientes, con una serie de importantes ventajas como son el ahorro energético, el respeto medioambiental o su funcionalidad en todo tipo de espacios (abiertos y cerrados), entre otras.
Evaporación en el ciclo hidrológico
La evaporación constituye una de las fases del ciclo hidrológico o ciclo del agua, junto con la condensación, el transporte, la precipitación, la escorrentía (circulación del agua por la superficie del terreno), la infiltración y la transpiración.
Éste describe la totalidad de los intercambios hidrológicos que ocurren entre la atmósfera, la tierra y los océanos, entrando en juego los tres estados físicos del agua: sólido, líquido y vapor.
El ciclo hidrológico se inicia con la evaporación de grandes cantidades de agua desde la superficie (océanos, principalmente), gracias a la energía solar. Los vientos transportan el aire húmedo hasta que se den las condiciones para que el vapor de agua pueda condensar formando nubes, las cuales pueden llegar a precipitar en forma líquida o sólida a la superficie. El agua precipitada sobre los continentes retorna en su mayor parte a los océanos, donde se inicia de nuevo el proceso.
Se estima que un 80% del total de agua recibida en una zona por precipitaciones es devuelta a la atmósfera a través del proceso de evapotranspiración, mientras que el 20% restante constituye la escorrentía superficial y subterránea. Obviamente, estos porcentajes cambian en función del área geográfica en la que nos encontremos. La evaporación supera a las precipitaciones en las zonas con clima seco o desértico, y la situación se invierte en las regiones más lluviosas.
Ejemplos de evaporación
En nuestra vida cotidiana son numerosos los ejemplos de evaporaciones que podemos experimentar. Algunos de ellos son:
- El secado de la ropa mojada cuando la tendemos al Sol.
- La desaparición progresiva del sudor de nuestros cuerpos después de hacer una actividad física.
- El secado gradual del suelo de casa después de haberlo fregado.
- La obtención de sal marina en las salinas gracias a la evaporación del agua salada de océanos o manantiales.
- La reducción y desaparición de charcos después de un episodio de precipitaciones.