Ciclo Hidrológico

Ciclo Hidrológico
Augusto Heine
O Ciclo da Água
 Apesar dessa simplificação, o ciclo hidrológico
é um meio conveniente de apresentar os
fenômenos hidrológicos, servindo também
para dar ênfase às quatro fases básicas de
interesse do engenheiro, que são:
 precipitação;
evaporação e transpiração;
escoamento superficial;
escoamento subterrâneo.
Massa específica da água
• A massa específica, ou densidade, é a massa
por unidade de volume de uma substância e o
peso específico é o peso por unidade de
volume.
• Para a massa específica normalmente é usado
o símbolo , e nas unidades do SI é dada em
Kg.m-3.
Massa específica da água
• O peso específico é simbolizado pela letra
grega g e é dado em unidades de N.m-3.
• As duas variáveis estão relacionadas pela
segunda lei de Newton, usando a aceleração
da gravidade (g):
Massa específica da água
onde g é a aceleração da gravidade (m.s-2).
Massa específica da água
• A variação do valor da massa específica da
água com a temperatura é bastante incomum,
e tem um importante papel no meio
ambiente.
• Por exemplo, a água líquida a 0oC é mais
densa que o gelo.
Massa específica da água
• Por outro lado, quando a água líquida a 0oC é
aquecida sua densidade inicialmente aumenta
até a temperatura de 3,98oC, quando a sua
massa específica atinge 1000 Kg.m-3.
• A partir desta temperatura a densidade da
água diminui com o aumento da temperatura,
como acontece com a maior parte das
substâncias.
Massa específica da água
• A massa específica da água a 3,98 oC é de
1000 Kg.m-3.
• A do gelo é de aproximadamente 920 Kg.m-3.
Massa específica da água
• A massa específica da água líquida a
diferentes temperaturas pode ser estimada
pela equação abaixo (Dingman, 2002):
Atenção
• A presença de substâncias dissolvidas ou em
suspensão na água pode alterar a sua massa
específica.
• Assim, a água salgada é mais densa do que a
água doce, e a água com alta concentração de
sedimentos de alguns rios pode ter densidade
significativamente diferente da água limpa a
mesma temperatura.
Calor específico da água
• A estrutura molecular da água (H2O) é
responsável
por
uma
característica
fundamental da água que é a sua grande
inércia térmica, isto é, a temperatura da água
varia de forma lenta.
Calor específico da água
• O sol aquece as superfícies de terra e de água
do planeta com a mesma energia, entretanto
as variações de temperatura são muito
menores na água.
• Em função deste aquecimento diferenciado e
do papel regularizador dos oceanos, o clima
da Terra tem as características que
conhecemos.
Calor específico da água
• O calor específico é a propriedade de uma
substância que relaciona a variação do
• conteúdo de energia à variação da sua
temperatura.
• É definido como a quantidade de energia
absorvida ou liberada ( ) por uma massa M
de uma substância enquanto sua temperatura
aumenta ou diminui por um valor de .
Calor específico da água
• Cada grama de água precisa receber cerca de
uma caloria para aumentar sua temperatura
em 1 oC.
• Em unidades do SI o calor específico da água
(Cp) é de 4216 J.Kg-1.K-1.
• Isto significa que é necessário fornecer 4216
Joules de energia para cada Kg de água ter sua
temperatura aumentada em 1 grau Kelvin.
Calor latente de fusão
• A quantidade de energia liberada pela água
congelada a 0oC durante o processo de fusão é
denominada calor latente de fusão.
• O valor do calor latente de fusão da água é de,
• aproximadamente, 334 KJ.Kg-1.
Calor latente de vaporização
• A quantidade de energia absorvida pela água
na passagem da fase líquida para a gasosa
(vapor) é o calor latente de vaporização.
• A temperaturas abaixo de 100 oC algumas
• moléculas de água na superfície podem
romper as ligações inter-moleculares com as
• moléculas vizinhas e escapar do meio líquido,
vaporizando-se.
Calor latente de vaporização
• Assim, a vaporização pode ocorrer a
temperaturas inferiores à do ponto de
ebulição.
• A 100 oC o calor latente de vaporização é de
2,261 MJ.Kg-1, o que corresponde a cinco
vezes mais energia do que a necessária para
aquecer a água de 0 a 100 oC.
Calor latente de vaporização
• O calor latente de vaporização decresce com o
aumento da temperatura.
• Esta relação pode ser aproximada pela
equação abaixo:
Calor latente de vaporização
• A grande capacidade de armazenar calor da
água na forma de vapor tem um papel
importante no transporte de energia na
atmosfera, das regiões mais tropicais para as
regiões mais próximas dos pólos.
• A liberação de energia que ocorre durante a
condensação tem um papel fundamental na
formação das nuvens e no processo de
formação das chuvas.
Exercícios
• 1) Mostre que o calor latente de vaporização da
água a 100 oC corresponde a mais de cinco vezes a
energia necessária para aquecer a água de 0 a 100
oC.
• 2) Calcule o aumento de temperatura médio da
água em uma piscina com 100 m2 de área e 2 m de
profundidade devido à absorção de radiação de 7
MJ.dia-1.m-2. Considere que a temperatura inicial é
de 20 oC, e que não existem perdas de calor na
água da piscina.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
• Embora possa parecer um mecanismo
contínuo, com a água se movendo de uma
forma permanente e com uma taxa constante,
é na realidade bastante diferente, pois o
movimento da água em cada uma das fases
do ciclo é feito de um modo bastante
aleatório, variando tanto no espaço como no
tempo.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
• Em determinadas ocasiões, a natureza parece trabalhar
em excesso,
• quando provoca chuvas torrenciais que ultrapassam a
capacidade dos cursos d’água provocando inundações.
• Em outras ocasiões parece que todo o mecanismo do
ciclo parou completamente e com ele a precipitação e
o escoamento superficial.
• E são precisamente estes extremos de enchente e de
seca que mais interessam aos engenheiros, pois
muitos dos projetos de Engenharia Hidráulica são
realizados com a finalidade de proteção contra estes
mesmos extremos.
BACIA
HIDROGRÁFICA
BACIA HIDROGRÁFICA
• Dentre as regiões de importância prática para os
hidrologistas destacam-se as Bacias Hidrográficas
(BH) ou Bacias de Drenagem,
• por causa da simplicidade que oferecem na
aplicação do balanço de água,
• os quais podem ser desenvolvidos para avaliar as
componentes do ciclo hidrológico para uma
região hidrologicamente determinada
DEFINIÇÕES
• Bacia Hidrográfica é, portanto, uma área
definida topograficamente, drenada por um
curso d’água ou por um sistema conectado de
cursos d’água, tal que toda a vazão efluente
seja descarregada por uma simples saída.
DEFINIÇÕES
 microbacia hidrográfica:
•
•
•
•
É uma área de formação natural,
drenada por um curso d’água e seus afluentes,
a montante de uma seção transversal considerada,
para onde converge toda a água da área
considerada.
• A área da microbacia depende do objetivo do
trabalho que se pretende realizar (não existe
consenso sobre qual o tamanho ideal).
CRUCIANI, 1976
DEFINIÇÕES
• a) para verificação do efeito de diferentes
práticas agrícolas nas perdas de solo, água e
nutrientes→ área não deve exceder a 50 ha.
• b) estudo do balanço hídrico e o efeito do uso
do solo na vazão → áreas de até 10.000 ha.
• c) estudos que requerem apenas a medição de
volume e distribuição da vazão → bacias
representativas com áreas de 10 a 50 mil ha.
PEREIRA (1981)
DEFINIÇÕES
• A resposta hidrológica de uma bacia
hidrográfica é transformar uma entrada de
volume concentrada no tempo (precipitação)
em uma saída de água (escoamento) de forma
mais distribuída no tempo .
DIVISORES
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