Avaliação de dois tipos de evaporímetros na estimativa da demanda evaporativa do ar (ET) no interior de casa-de-vegetação, em Lavras - MG

Determination of evaporative demand of the air (ET) under greenhouse conditions by using two types of evaporimeters, in Lavras - MG

ENGENHARIA

Avaliação de dois tipos de evaporímetros na estimativa da demanda evaporativa do ar (ET) no interior de casa-de-vegetação, em Lavras - MG

Determination of evaporative demand of the air (ET) under greenhouse conditions by using two types of evaporimeters, in Lavras - MG

Adão Wagner Pêgo Evangelista^I; Geraldo Magela Pereira^II

^IDoutorando em Engenharia Agrícola - Área de concentração em Irrigação e Drenagem da Universidade Federal de Viçosa - UFV, 36.570.000, Viçosa, MG. [e-mail]

^IIEngenheiro Agrícola, D.Sc., Professor Adjunto, Departamento de Engenharia da UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS/UFLA, Caixa Postal 37, 37200-000 - Lavras, MG

RESUMO

No interior de uma casa-de-vegetação, em Lavras, MG, conduziu-se um experimento, objetivando-se avaliar a demanda evaporativa do ar (ET) estimada pelos métodos do tanque Classe A e do atmômetro modificado da Soilcontrol, modelo JR 120, com a estimada pelo método de Penman-Monteith. Pelos resultados verifica-se que os métodos do tanque Classe A e do atmômetro modificado obtiveram boa correlação com o método de Penman-Monteith para períodos diários, com valores de "r" de 0,94 e 0,97, respectivamente, e ainda que os dois tipos de evaporímetros apresentaram, em média, valores maiores de ET em relação ao método de Penman-Monteith.

Termos para indexação: Manejo de água, ambiente protegido.

ABSTRACT

An experiment was carried out under greenhouse conditions in Lavras, MG, aiming at evaluating the evaporative demand of the air (ET), estimated by of Class A pan and modified atmometer of Soilcontrol model JR 120 the methods, using the Penman-Monteith methodology. The results show that the methods of the Class A pan and the modified atmometer showed a good correlation with the method of Penman-Monteith for diary periods, showing "r" values of 0.94 and 0.97, respectively, and yet the two types of evaporimeters presented higher values of ET₀ on the average when compared to Penman-Monteith method.

Index terms: Water management, greenhouse.

INTRODUÇÃO

O teor de água na planta é, provavelmente, o fator mais importante a ser controlado, com o objetivo de maximizar a produção e a qualidade dos produtos agrícolas. Em plantas cultivadas em casa-de-vegetação, é possível controlar não somente o suprimento de água, mas também o seu consumo, por meio de sistemas de controle ambiental, podendo-se alterar os parâmetros atmosféricos responsáveis pela transpiração das plantas, como a umidade relativa, a temperatura do ar e a radiação solar global.

As necessidades hídricas das plantas cultivadas em casa-de-vegetação continuam sendo objeto de estudo, em razão de ter o microclima em ambiente protegido características próprias, principalmente no que diz respeito ao perfil de velocidade do ar acima da cultura, nível de radiação solar, concentração de vapor d'água e temperatura. Portanto, nesse ambiente, é importante avaliar o desempenho dos modelos para a estimativa da evapotranspiração.

O método de Penman-Monteith combina o método do balanço de energia com um termo aerodinâmico. Por apresentar resultados consistentes, o modelo vem sendo preferencialmente utilizado para a estimativa da demanda evaporativa do ar no interior de casa-de-vegetação. Nesse método, em casas-de-vegetação, em razão de o perfil vertical de velocidade do vento não assumir a forma logarítmica, a resistência aerodinâmica ao processo de difusão do calor sensível é estimada a partir de equações de transferência de calor e massa por convecção (ZOLNIER, 1999).

A estimativa da ET pode ser feita por atmômetros, instrumentos que têm por finalidade a determinação da demanda evaporativa do ar. São vários os tipos existentes, entre os quais se ressalta o desenvolvido por Altenhofen (1985), que consiste em uma cápsula porosa recoberta com um produto especial de cor verde, interligada a um reservatório de água destilada por um tubo de sucção. Pereira (1998), estudando o desempenho do atmômetro da SEEI, verificou que esse aparelho estima satisfatoriamente a ET. Outro equipamento bastante utilizado para determinação indireta da demanda evaporativa do ar é o tanque Classe A, em que a ET é determinada multiplicando-se a evaporação do tanque por um coeficiente de correção (coeficiente do tanque, "K_p") a ser determinado para as condições locais, de acordo com Doorenbos e Pruitt (1977).

Prados (1986), avaliando vários métodos de determinação da ET no interior de casa-de-vegetação, concluiu que o método do tanque Classe A com coeficiente do tanque (K_p) igual a 1 (um) estima melhor a ET. Lopes Filho (2002), avaliando a evaporação ocorrida em três tanques evaporimétricos (tanque Classe A, minitanque metálico e minitanque de plástico) no interior de casa-de-vegetação, com o objetivo de estimar a demanda evaporativa do ar, obteve para os meses de fevereiro, marco, abril e maio valores de coeficiente do tanque Classe A (K_p) de 0,78, 0,71, 0,57 e 0,47, respectivamente.

Assim sendo, objetivou-se com o presente trabalho avaliar os métodos do tanque Classe A e do atmômetro da Soilcontrol, na estimativa da demanda evaporativa do ar (ET) no interior de casa-de-vegetação, comparando-se os resultados com os obtidos pelo método de Penman-Monteith.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido no Setor de Olericultura da Universidade Federal de Lavras, UFLA, situada na região sul do Estado de Minas Gerais, Brasil, a 21° 14' latitude sul e 45° de longitude oeste, a uma altitude média de 910 m. A temperatura média diária anual do ar é de 19,3°C e o total anual de precipitação pluvial é de 1.530 mm (BRASIL, 1992).

O experimento foi desenvolvido no período de 1º de fevereiro a 31 de maio de 1999, em casa-de-vegetação tipo "capela", construída com estrutura de madeira com dimensões de 10 x 35 m, coberta por um filme de polietileno transparente de baixa densidade (PEBD) e espessura de 0,15 mm.

Os parâmetros atmosféricos no interior da casa-de-vegetação foram obtidos por meio de uma estação agrometeorológica automática portátil da Elle International, modelo MM 900, equipada com sensores de determinação da velocidade do vento, radiação solar, temperatura e umidade relativa do ar.

A evaporação foi avaliada por meio de um tanque Classe A (TCA) e a demanda evaporativa do ar, por meio da média entre três atmômetros. O tanque Classe A utilizado foi o recomendado pela Organização Meteorológica Mundial (OMM). Os coeficientes de tanque (K_p) utilizados durante o experimento, foram os recomendados por Prados (1986), K_p = 1,0 e os apresentados por Lopes Filho (2002) para o interior de casa-de-vegetação. Por fim, o atmômetro utilizado no experimento foi o da Soilcontrol, modelo JR-120 (Figura 1). Trata-se de um evaporímetro portátil tipo Jones/Rothwell aperfeiçoado, cuja superfície evaporante é uma cápsula de cerâmica com microporosidade especial, recoberta com um produto de cor verde, para promover a absorção da faixa de ondas curtas da radiação solar. O local onde os evaporímetros e a estação agrometeorológica foram instalados foi cultivado com grama batatais (Paspalum notatum Flügge).

Os atmômetros foram instalados utilizando-se um suporte de fixação de madeira, e a cápsula porosa ficou a uma altura de 1,5 m do solo, conforme recomendado pelo fabricante.

Utilizaram-se os valores dos coeficientes de tanque para estimar a demanda evaporativa do ar (ET) pelo método do tanque Classe A, e o valor da ET obtida pelo método do atmômetro modificado, foi obtido subtraindo-se duas leituras de dias consecutivos.

Considerou-se, neste trabalho, a média diária da ET para a avaliação dos evaporímetros e o método de Penman-Monteith (PEREIRA et al., 1997), o qual foi comparado com os demais.

Método de Penman-Monteith

em que,

ET₀ = evapotranspiração de referência, mm d^-1;

λ = calor latente de evaporação, MJ kg^-1;

S = declividade da curva de pressão de saturação de vapor, kPa ºC^-1;

R_n = saldo de radiação, MJ m^-2 d^-1;

G = fluxo de calor no solo, MJ m^-2 d^-1;

M = fator de conversão, 86.400 s d^-1;

ρ = massa específica do ar, kg m^-3;

c_p = calor específico do ar à pressão constante, MJ kg^-1 ºC^-1;

e_s = pressão de saturação de vapor, kPa;

e_a = pressão atual de vapor, kPa;

r_a = resistência aerodinâmica, s m^-1;

γ = coeficiente psicrométrico, kPa ºC^-1; e

r_c = resistência da cultura, s m^-1.

O saldo de radiação e o fluxo de calor no solo foram estimados como sugerido por Pereira et al. (1997).

Resistência aerodinâmica

A resistência aerodinâmica (r_a) foi estimada de acordo com o regime de transferência de calor sensível nas proximidades das plantas, podendo ser forçada, livre ou combinada. No processo combinado, tanto a velocidade do ar quanto a temperatura são relativamente importantes no processo de transferência de calor. A determinação do modo de transferência de calor predominante na casa-de-vegetação foi obtida pela expressão (INCROPERA e DEWITT, 1996):

sendo,

Gr = número de Grashof, adimensional;

Re = número de Reynolds, adimensional;

g = aceleração da gravidade, m s^-2;

β = coeficiente de expansão térmica volumétrica, K^-1;

L = comprimento característico da folha, m;

|T_sv - T_∞| = valor absoluto da diferença de temperatura entre a superfície vegetal e o ar acima da cultura, K, e

u_∞ = velocidade do ar no ambiente da casa-de-vegetação, m s^-1.

Quando estão presentes os regimes de convecção forçada (Gr/Re² <<1) ou convecção livre (Gr/Re² >> 1), r_a é avaliada pelas equações clássicas de transferência de calor. Sob condições de convecção combinada, os efeitos da velocidade do ar e da diferença de temperatura entre a cultura e o ar devem ser considerados conjuntamente (CHAPMAN, 1984). Em regime de convecção forçada, a resistência ao processo de transferência de calor sensível é obtida por:

em que:

α = difusividade térmica, m² s^-1;

Pr = número de Prandtl, adimensional, e

IAF = índice de área foliar, adimensional.

O IAF da grama foi estimado pela equação (ALLEN et al., 1989):

em que h_c é a altura média da grama (m).

Quando a convecção livre domina, o processo de transferência de calor e massa r_a é obtido pela equação:

Finalmente, quando os dois mecanismos de transferência de calor são relativamente importantes, a resistência aerodinâmica é obtida pela equação:

Durante todo o período do experimento, o regime de transferência de calor sensível dominante foi a convecção forçada, ou seja (Gr/Re² <<1), assim, a resistência aerodinâmica foi estimada utilizando-se a equação 03.

Resistência da cultura

A resistência da cultura foi estimada pela equação (FYNN et al., 1993):

em que R_i é a radiação incidente, W m^-2.

A metodologia adotada para comparação dos resultados se fundamenta no erro-padrão da estimativa (SEE), calculado como:

sendo:

SEE = erro-padrão da estimativa, mm d^-1;

y = média de ET₀ obtida pelo método de Penman-Monteith, mm d^-1;

= ET₀ estimada pelos demais métodos, mm d^-1; e

n = número de observações.

A hierarquização das estimativas da evapotranspiração foi feita com base nos valores do erro-padrão da estimativa (SEE), do coeficiente de correlação (r) e do coeficiente angular (b) das respectivas regressões.

A precisão é dada pelo coeficiente de correlação, que indica o grau de associação entre duas características a partir de uma série de observações. A exatidão está relacionada ao afastamento dos valores estimados em relação aos observados. Matematicamente, essa aproximação é dada por um índice designado de concordância ou ajuste, representado pela letra "d" (WILLMOTT et al., 1985); seus valores variam de zero, para nenhuma concordância, a 1 (um), para a concordância perfeita.

O índice é obtido pela seguinte expressão (WILLMOTT et al., 1985):

em que,

d = índice de concordância ou ajuste;

Oi = ET₀ obtida pelo método de Penman-Monteith, mm d^-1;

Pi = ET₀ estimada pelos demais métodos, mm d^-1; e

O = média dos valores obtidos pelo método de Penman-Monteith, mm d^-1.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Ao longo do período de observações, os valores de demanda evaporativa do ar (ET) estimados pelo método do tanque Classe A e do atmômetro modificado foram superiores aos valores de ET determinados pelo método de Penman-Monteith.

Analisando-se a Tabela 1, observa-se que as correlações entre os valores de ET, obtidas pelo método do tanque Classe A com kp = 1 (r = 0,97), do método do tanque Classe A empregando os coeficientes de tanque propostos por Lopes Filho (r = 0,99) e do atmômetro modificado (r = 0,94) com o método de Penman-Monteith, foram altas; entretanto, verifica-se também que os valores de ET estimados pelos métodos do tanque Classe A com Kp = 1 e do atmômetro modificado foram superiores aos valores obtidos pelo método de Penman-Monteith, principalmente o método do atmômetro modificado, que superestimou muito o valor da demanda evaporativa do ar (ET) e, ainda, que o método do tanque Classe A, com Kp = 1, apresentou valor médio para o índice de ajuste (d = 0,58) e alto valor para o erro-padrão da estimativa (SEE = 1,70) quando comparado com o método de Penman-Monteith. No entanto, quando utilizaram-se os coeficientes de tanque apresentados por Lopes Filho (2002) na estimativa da ET, pelo método do tanque Classe A, observou-se um aumento considerável na performance do método, apresentando um alto valor para o índice de ajuste (d = 0,97) e baixo valor para o erro-padrão da estimativa (SEE = 0,33), quando comparado com o método de Penman-Monteith.

Dessa forma, a utilização do coeficiente de tanque igual a 1 (kp = 1,0), conforme proposto por Prados (1986), contribuiu para a baixa precisão do método do tanque classe A. Esse resultado confirma a hipótese de Chiew e Mcmahon (1992), em que a principal causa da superestimativa na estimativa da ET, utilizando-se o tanque Classe A, pode estar relacionada com o valor do coeficiente kp. Esse fator de correção varia em função do tamanho da área-tampão, cobertura do solo, umidade relativa e velocidade do vento. Segundo Pereira et al. (2002), o fato de o valor da evaporação obtido no tanque ser exagerado em relação à perda efetiva de uma cultura é fisicamente explicado pela pequena dimensão do tanque, como também pelas suas paredes laterais, que ficaram diretamente expostas à radiação solar e pela água no tanque não oferecer impedimento ao processo evaporativo, estando disponível, mesmo durante os períodos secos.

O método do atmômetro modificado apresentou baixo índice de ajuste (d = 0,27) e alto valor do erro-padrão da estimativa (SEE = 4,81), resultados diferentes dos encontrados por Pereira (1998), em que o atmômetro modificado da SEEI estimou com precisão a ET; portanto, o atmômetro modificado utilizado nesse experimento necessita de um coeficiente de correção ou de modificações estruturais, para melhorar o seu desempenho na estimativa da ET, em condições de casa-de-vegetação. Ressalta-se que a avaliação do atmômetro modificado SEEI, realizado por Pereira (1998), ocorreu em condições de ambiente externo (céu aberto).

CONCLUSÕES

Considerando-se os resultados obtidos e as condições em que foi conduzido o presente trabalho, conclui-se que:

a) Os métodos do tanque Classe A (Kp = 1) e do Atmômetro modificado Soilcontrol não estimaram com precisão a ET, superestimando seus valores.

b) A utilização de coeficientes de tanque propostos por Lopes Filho aumentou consideravelmente a performance do método do tanque Classe A.

c) Os piores resultados foram os obtidos com o atmômetro modificado Soilcontrol.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  05 Nov 2010
• Data do Fascículo
  Dez 2003