¿Qué es la evaporación?
La «evaporación» es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de un líquido a gas. Esto sucede cuando la sustancia adquiere la energía suficiente como para vencer a la tensión superficial, que, justamente, se opone al cambio. En todos los casos, la evaporación es una respuesta a un incremento de la temperatura.
Debido a la energía térmica que reciben, las moléculas del líquido se agitan hasta romper los enlaces que las unen, y, como resultado, la sustancia se vuelve gaseosa (esto solo ocurre en la superficie del líquido). Por otra parte, el proceso inverso se conoce como «condensación», e implica el pasaje del estado gaseoso al estado líquido de la sustancia.
Mientras exista un espacio libre por encima de un líquido, la capa más superficial de la sustancia estará en estado gaseoso. Decimos que el compuesto gas-líquido está en equilibrio si la presión que ejerce el gas es igual a la “presión de vapor saturante”, que depende de la temperatura y de la naturaleza del líquido. En cambio, si la presión de vapor saturante es superior a la presión que ejerce el gas, una parte de la sustancia líquida pasa a estado gaseoso, y eso es lo que se conoce como evaporación.
La velocidad de evaporación depende de qué tan rápido se muevan las moléculas como consecuencia de la excitación térmica. Mientras más rápido lo hagan, mayor será la velocidad de evaporación.
Diferencia entre evaporación y ebullición
Si bien ambos procesos implican el pasaje de estado líquido a gaseoso de una sustancia (vaporización), no son iguales.
La evaporación puede ocurrir a cualquier temperatura, siempre y cuando la energía térmica sea suficiente como para vencer la tensión superficial del líquido. En este caso, la velocidad del proceso aumenta con la temperatura. En cambio, la ebullición puede ocurrir solamente si todo el líquido alcanza una temperatura determinada que lo haga hervir. Dicha temperatura se conoce como “punto de ebullición”, y depende del tipo de sustancia.
El punto de ebullición se alcanza cuando la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión atmosférica de su entorno. Cuando esto ocurre, el líquido hierve y los enlaces moleculares se rompen, generando un cambio de estado (de líquido a gaseoso). Cada líquido tiene un punto de ebullición propio. Por ejemplo, en el caso del agua, se alcanza a los 100°C. No obstante, si la presión disminuye, también lo hace el punto de ebullición.
Por tal motivo, podemos decir que la evaporación ocurre con aumentos de temperatura por debajo del punto de ebullición. Por el contrario, si el proceso tiene lugar con una temperatura igual o mayor al punto de ebullición, entonces lo que ocurre es, justamente, ebullición.
Además, mientras que la evaporación implica un cambio de estado gradual y sólo en la superficie del líquido, la ebullición provoca un cambio más rápido y violento que afecta a toda la masa del líquido.
Evaporación del agua
La evaporación del agua implica un pasaje del estado líquido a vapor de esta sustancia. Puede ocurrir en cualquier superficie acuosa, tras alcanzarse una temperatura determinada. Luego, si el aire del ambiente se satura de vapor, es decir, si incorpora la máxima cantidad de vapor que puede contener, el excedente de vapor se comenzará a condensar (se volverá líquido nuevamente).
En la naturaleza, la evaporación también proviene de la transpiración de las plantas y la sudoración de los animales. De hecho, los seres vivos contribuyen con el 10% del vapor de agua atmosférico.
Todo el agua que se evapora representa una pérdida directa para las reservas superficiales (embalses) y subterráneas (acuíferos), tal que la estimación de la evaporación es necesaria en cualquier estudio hidrológico (relativo a las aguas y su distribución) y en los análisis de balance y operación de almacenamientos.
¿Qué es la evapotranspiración?
Es el proceso conjunto de evaporación y transpiración, que tiene lugar con la liberación de vapor de agua desde las plantas (transpiración) y desde la superficie de las aguas y los suelos (evaporación). La «evapotranspiración» se define como la pérdida de humedad total en un determinado área por ambos procesos, y se expresa en mm.
La evaporación ocurre naturalmente desde el suelo y la vegetación luego de un evento de precipitación, en mayor o menor medida según las condiciones meteorológicas. También sucede en las superficies acuosas como ríos, lagos y embalses, o desde el subsuelo con el agua infiltrada.
Por otra parte, la transpiración se trata de un proceso biológico que tiene lugar en las plantas, donde estas pierden agua y la liberan en forma de vapor a la atmósfera. Las plantas absorben el agua desde el suelo por medio de sus raíces, se quedan con una parte que les sirve para su desarrollo, y transpiran el excedente.
Como estos dos procesos no pueden ser medidos por separado, se realiza una medición conjunta en términos de evapotranspiración, que resulta fundamental para el cálculo de los balances hídricos. El volumen de agua disponible surgirá de la resta entre la cantidad de agua precipitada y la cantidad de agua perdida por evapotranspiración.
Se conoce como «evapotranspiración potencial» (ETP) a la cantidad máxima de agua que podría evaporarse y transpirarse desde un área determinada. En cambio, se conoce como «evapotranspiración real» (ETR) a la cantidad de agua real que se evapotranspira, y siempre es menor o igual a la evapotranspiración potencial.
El concepto de evapotranspiración es fundamental en el ámbito de la agricultura, ya que una diferencia nula entre la ETP y la ETR es indicador de que las plantas tienen agua suficiente para transpirar, lo que permite evitar el riego innecesario.
¿De qué factores depende la evaporación del agua?
La evaporación del agua está condicionada por distintos factores meteorológicos como la diferencia entre la presión de vapor del agua y del ambiente, las temperaturas del agua y del aire, la presión atmosférica, la intensidad del viento e incluso la pureza del líquido.
- Saturación de la atmósfera
Una mayor diferencia entre la presión de vapor del agua líquida y la presión de vapor del ambiente, favorece la evaporación del agua. Por tal motivo, se dice que esta última es proporcional al déficit de presión de vapor o «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 manera, mientras más seco esté el aire, es decir, mientras menos saturado se encuentre, mayor será la evaporación.
- Radiación solar
Es la fuente de energía necesaria para la evaporación, y se encuentra disponible ininterrumpidamente durante el día.
También puede ocurrir que la energía se encuentre almacenada en el aire como “calor latente de evaporación”, o debajo de la superficie evaporante (en el fondo oceánico, por ejemplo). Esto hace posible la evaporación durante la noche.
- Temperatura
A mayor temperatura, mayor será la evaporación.
El aumento de la temperatura ambiental favorece la evaporación, ya que, en primer lugar, da lugar a los movimientos convectivos, que facilitan el recambio de aire en superficie para que más vapor de agua se pueda evaporar. Por otra parte, en segundo lugar, el aumento de la temperatura provoca un aumento en la presión de vapor de saturación, que se traduce como una mayor capacidad del aire para absorber vapor de agua.
- Presión atmosférica
Cuando disminuye la presión atmosférica, aumenta la evaporación, siempre y cuando los demás factores se mantengan constantes.
De todas formas, no es un parámetro tan relevante, ya que, por ejemplo, en las montañas la presión desciende pero también lo hace la temperatura, y la evaporación resulta menor.
- Viento
El viento favorece la renovación del aire saturado que se encuentra próximo a la superficie de evaporación, y lo hace aún más cuando se combina con una baja humedad relativa.
Por el contrario, cuando el aire sobre la superficie evaporante permanece estático, la cantidad de evaporación disminuye conforme el aire se acerca a su punto de saturación.
Determinación de la evaporación
La evaporación natural puede interpretarse como la pérdida de agua líquida desde la superficie, o bien, como la ganancia de vapor de agua por parte de la atmósfera. En cualquiera de los casos, se mide en milímetros (mm), ya sea de manera directa desde pequeñas superficies de agua (naturales o artificiales), o a través de instrumentos como evaporímetros o lisímetros.
Los tanques de evaporación constituyen superficies de agua artificiales, que se emplean como instrumentos meteorológicos. Estos consisten en una cubeta de 25,4 cm de profundidad y 120,7 cm de diámetro, y permiten medir la evaporación mediante los cambios en el nivel del agua que contienen.
Por otra parte, la evapotranspiración se puede estimar mediante el uso de un lisímetro, que es un instrumento de medición introducido en el suelo y rellenado con el mismo material y vegetación del terreno. La estimación se logra gracias al cálculo del balance hídrico en dicho dispositivo.
Luego, la diferencia entre la evapotranspiración y la evaporación nos permite conocer la transpiración.
¿Qué es el enfriamiento evaporativo?
Se conoce como «enfriamiento evaporativo» a la disminución de la temperatura ambiental generada por el proceso de evaporación de una sustancia líquida.
Este enfriamiento sucede gracias a que los líquidos solo se pueden evaporar si absorben una determinada cantidad de calor del ambiente, lo que produce, además, un aumento de la humedad relativa en el aire.
Este efecto se emplea actualmente en algunos sistemas de refrigeración, y supone algunas ventajas muy importantes que tienen que ver tanto con su funcionalidad como con el ahorro energético y el cuidado medioambiental.
Evaporación en el ciclo hidrológico
La evaporación es una de las fases del ciclo hidrológico, junto con la condensación, el transporte, la precipitación, la escorrentía, la infiltración y la transpiración.
El ciclo comprende los intercambios de agua entre la atmósfera, la tierra y los océanos, a través de sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso), y comienza con la evaporación de agua desde la superficie (principalmente de océanos), gracias al calor aportado por la radiación solar. Luego, las corrientes atmosféricas transportan el aire húmedo hasta que pueda alcanzar condiciones propicias para que el vapor de agua se condense. Esto da lugar a la formación de nubes, que, a su vez, pueden precipitar y devolver el agua a la superficie, en forma líquida o sólida. Por último, el agua precipitada sobre los continentes retorna en su mayor parte a los océanos, y el proceso se vuelve a repetir.
Se estima que un 80% del agua precipitada es devuelta a la atmósfera a través de la evapotranspiración, mientras que el 20% restante se convierte en escorrentía superficial y subterránea. De todas formas, estos porcentajes pueden cambiar según la zona geográfica. De hecho, la evaporación supera a las precipitaciones en áreas con clima seco o desértico, y lo contrario ocurre en regiones lluviosas.
Ejemplos de evaporación
En nuestro día a día, podemos presenciar numerosos casos de evaporación. Algunos ejemplos son:
- El secamiento de la ropa mojada cuando la tendemos al Sol.
- La desaparición progresiva del sudor en nuestros cuerpos después de hacer algún ejercicio físico.
- El secamiento gradual del piso después de que lo hayamos fregado.
- La desaparición de charcos en el piso después de una lluvia.
- La obtención de sal marina en las salinas gracias a la evaporación del agua salada propia del océano.