HF Riego Excel: Evapotranspiración - Evapotranspiración de referencia (ETo)

De

1. Descripción 

El complemente HF Riego permite estimar la Evapotranspiración de referencia (ET0) mediante cinco métodos: (i) FAO-56 Penman-Monteith (Allen et al., 1998); (ii) FAO-56 Penman-Monteith (Allen et al., 1998) con datos limitados (temperatura); (iii) Hargreaves & Samani (1985); (iv) Tanque evaporímetro tipo A y (v) Priestley- Taylor.  Además de calcular ciertas variables que son importantes en el calculo de la ET0. Los cálculos de esta sección se resumen en el Cuadro 1, mientras que, en las secciones siguientes se describe algunas formulas empleadas para las diferentes funciones.

Cuadro 1. Formulas y su descripción que incluye el botón evapotranspiración

No

Descripción en HF Riego

Función en Excel

Descripción

1

ETo FAO-Penman-Monteith (PM)

=EToPM()

Calcula la Evapotranspiración de Referencia (ETo) diaria con el Método de FAO56-Penman Monteith (Allen et al., 1998).

2

ETo FAO-PM (datos limitados)"

=PMDatosLimitados()

Calcula la Evapotranspiración de Referencia (ETo) diaria con el Método de FAO-56 Penman Monteith con datos climáticos limitados. Solo son necesarios datos de temperatura (Allen et al., 1998)

3

ETo Hargreaves y Samani

=EToHargreavesSamani()

Calcula la Evapotranspiración de Referencia (ETo) diaria con el Método de Hargreaves y Samani (1985)

4

ETo Tanque tipo A(Formulario)"

Calcula la Evapotranspiración de Referencia (ETo) diaria con el Método del Tanque Evaporímetro Tipo A

5

ETo Tanque tipo A(Formula)"

=EvapotranspiracionA()

Calcula la Evapotranspiración de Referencia (ETo) diaria con el Método del Tanque Evaporímetro Tipo A"

6

ETo Priestley-Taylor"

=EToPriestleTaylor()

Calcula la Evapotranspiración de Referencia (ETo) diaria con la fórmula de Priestley-Taylor"

7

Dia Juliano

=aDiaJulianoo()

Determina el Día juliano. La fecha debe ser ingresada por ejemplo “01/12/2021”

8

Velocidad del viento a 2 m

=Windspeed()

Convierte la velocidad del viento que se tomó a una altura Z a una velocidad de viento a 2m de altura.

9

Radiación extraterrestres

=RadiacionExtraterrestres()

Determina la radiación extraterrestre de un punto (en una latitud establecida)"

10

Radiación solar con cobertura de nubes

=Rs_SkyCover()

Calcula la radiación solar diaria en MJ/m2*Día en base a la cobertura media de nubes de acuerdo a la metodología de  Doorenbos & Pruitt (1977)

11

Presión de vapor actual con Temp. Rocio

=ActualVaporRocio()

Determina la presión actual de vapor (kPa) con la temperatura del punto de rocio

12

Humedad específica a presión de vapor actual

=VP_SpecHumid()

Calcula la presión actual de vapor (kPa) en base a la humedad especifica (kg/kg)"

2. Métodos - Ecuaciones 

En los siguientes puntos se muestran las ecuaciones y los datos de entrada (para HF riego) de los métodos que se consideran.


2.1. FAO-56 Penman-Monteith
El método FAO-56 Penman-Monteith (PM) es el método estándar para la determinación de la ET0 y comúnmente se usa para evaluar la precisión de otros métodos. La estimación de la evapotranspiración de referencia diaria (mm/dia) usando el método de FAO-56 Penman-Monteith (Allen et al., 1998), se puede calcular con la siguiente ecuación . 
\[ET_{0-PM}=\frac{0.408\cdot (Rn-G)+\gamma \cdot \frac{900}{T+273}\cdot u_{2}\cdot (e_{s}-e_{a})} {\Delta +\gamma \cdot (1+0.34\cdot u_{2})}\]


Donde: Rn radiación neta en la superficie del cultivo (MJ∙m-2 ∙d-1); G flujo del calor de suelo (MJ∙m-2∙d-1); es presión de vapor de saturación (kPa); ea presión real de vapor (kPa); es - ea déficit de presión de vapor (kPa); ∆ pendiente de la curva de presión de vapor (kPa∙°C-1);  ƴ constante psicrométrica (kPa ∙°C-1). Para intervalos de tiempo diarios, los valores de G son relativamente pequeños (Allen et al., 1998), y por tanto, el termino es despreciado dentro del complemento .

Para seleccionar este método dentro de "HF Riego" hay dos opciones: (i) es darle clic en el botón evapotranspiración y seleccionar ETo FAO-56 Penman-Monteith (PM), (ii) la otra opción es usar directamente en la celda la fórmula  "=EToPM()". Y aparecerá la siguiente ventana con los argumentos de la funcion:


Los datos de entrada que requiere la funcion son datos :
  • Dia Juliano, 
  • Temperatura diaria Máxima, Mínima y media (°C) a 2 m sobre la superficie de la tierra,
  • Velocidad del viento a 2 m (m/s),
  • Humedad relativa promedio a 2 m (%),
  • Radiación solar acumulada (MJ∙m-2∙d-1),
  • Elevación (msnmm) y latitud (° decimales) de la estación meteorológica 
El resultado es la evapotranspiración de referencia diaria en mm/día.

Puede revisar el video donde se hace la comparación entre "HR riego" y "ETo Calculator"

2.2. FAO-56 Penman-Monteith con datos climáticos limitados

Se han desarrollado procedimientos y recomendaciones para la utilización del método de la FAO-56 Penman-Monteith con datos climáticos limitados, eliminando por lo tanto la necesidad de utilizar otros métodos para la estimación de la evapotranspiración y creando una base consistente y transparente para una estandarización universal de los cálculos de los requerimientos de agua de los cultivos. En este apartado se presentan las ecuación con las que HF Riego completa los datos climáticos faltantes para poder estimar la ET0 con el método de FAO56-PM

(i) Estimación de datos faltantes de humedad
En caso en que los datos de humedad relativa no estén disponibles o sean de calidad cuestionable,
se puede llevar adelante una estimación de la presión real de vapor, ea, si se asume que la temperatura del punto de rocío (T rocío a) es similar a la temperatura mínima diaria (Tmin).
\[e_{a}=0.611\cdot exp \left [ \frac{17.27\cdot T_{min}}{T_{min}+237.3} \right ]\]

En algunas zonas Trocio no siempre es igual a Tmin. En climas húmedos y subhúmedos, Tmin y Tocio por la mañana pueden tener valores menores que Trocío durante el día debido a la condensación del rocío durante la noche. HF Riego permite especificar cuanto es la diferencia entre Trocio y Tmin. Para ello se debe ajustar en Configuración->Evapotranspiración  

(i) Estimación de los datos de radiación
En el manual 56 de la FAO, Allen et al. (1998) sugieren un método sencillo para estimar R en ausencia de mediciones utilizando el método de diferencia de temperatura, basado en el hecho de que las diferencias entre las temperaturas máxima y mínima están estrechamente relacionadas con la radiación solar diaria existente en un lugar determinado. La ecuación de radiación, ajustada y validada en varias estaciones  o meteorológicas en una amplia variedad de condiciones climáticas, está dada por
\[R_{s}=k_{Rs}\cdot R_{a}\cdot \sqrt{T_{max}-T_{min}}\]

donde: Ra es la radiación solar extraterrestre [MJ/ m2 día] y KRs es un coeficiente de ajuste [0.16,...0.19] [[°C^-0.5].
A pesar de que KRs es un coeficiente empírico, Allen (1997) presentó un método para estimar k en función de la elevación 
\[k_{Rs}=K_{ro}\cdot \left ( \frac{P}{P_{0}} \right )^{0.5}\]
donde Kro es un coeficiente empírico 0.17 (para interiores), P  es la presión atmosférica en el sitio (kPa), P0 es la presion atmosférica a nivel del mar (101.3kPa).

En HF Riego se puede configurar como se desea calcular la kRs, esto se muestra en la imagen anterior. Por tanto para usar este método se tiene que dar clic en el botón evapotranspiración y seleccionar ETo FAO-PM (datos limitados), o bien utilizar el nombre de la funcion =PMDatosLimitados(). 

Los datos de entrada que requiere la funcion son datos :
  • Dia Juliano, 
  • Temperatura diaria Máxima, Mínima y media (°C) a 2 m sobre la superficie de la tierra,
  • Velocidad del viento a 2 m (m/s),
  • Elevación (msnmm) y latitud (° decimales) de la estación meteorológica 
El resultado es la evapotranspiración de referencia diaria en mm/día.


2.3. Hargreaves & Samani (1985)

La ecuación de Hargreaves & Samani (HS) es una ecuación también muy usada para estima ET0, lo recomienda la FAO cuando cuando se tienen únicamente datos de la temperatura. La ecuación de HS es la siguiente.
\[ET_{0-HS}=0.408\cdot K_{H}\cdot Ra\left ( T_{max}-T_{min} \right )^{eH}\cdot \left ( T_{med}+K_{T} \right )\]

Donde ET0-HS es la evapotranspiración de referencia estimado por la ecuación de HS (mm/día), Ra es la radiación extraterrestre acumulada (MJ∙m-2∙d-1); KH y KT son los parámetros de calibración empírica, y AH es un exponente empírico de Hargreaves. El complemento contempla los valores originales propuestos por Hargreaves & Samani (1985), KH=0.0023, KT=17.8 y AH=0.5. Para cambiar estos coeficientes debe ir a "Configuración"  y en la pestaña “Evapotranspiración”



Para seleccionar este método dentro de "HF Riego" hay dos opciones: (i) es darle clic en el botón evapotranspiración y seleccionar ETo Hargreaves y Samani, (ii) la otra opción es usar directamente en la celda la fórmula  "=EToHargreavesSamani()". Y aparecerá la siguiente ventana con los argumentos de la funcion:

Los datos de entrada que requiere la funcion son datos :
  • Dia Juliano, 
  • Latitud (° decimales) de la estación meteorológica y
  • Temperatura diaria Máxima, Mínima y media (°C) a 2 m sobre la superficie de la tierra,
El resultado es la evapotranspiración de referencia diaria en mm/día estimada con la ecuación de HS.

2.4. Tanque Evaporímetro Tipo A

El método del tanque evaporímetro es de los métodos mas "sencillo" para estimar la ET0. 

Los datos de entrada del formulario son Evaporación en mm, Velocidad del viento en m/s, Humedad Relativa en % y cobertura alrededor del tanque en m. La selección del método de cálculo para el coeficiente de tanque (Kf) se selecciona en Configuración en la pestaña “Evapotranspiración”.
Ventana del formulario de Evapotranspiración

Para obtener resultados debemos dar clic en el botón "Aceptar". Como resultado se tiene la evapotranspiración de referencia en mm y el valor del coeficiente de tanque adimensional.

Una vez obtenidos los resultados, estos se pueden agregar a la lista del formulario mediante el botón "Agregar" y posteriormente exportarlo a una hoja de Excel, como se muestra en la Figura 2. 
Datos de Evapotranspiración exportados a una hoja de Excel

Referencias 

        Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop requirements. Irrigation and Drainage Paper No. 56, FAO. https://doi.org/10.1016/j.eja.2010.12.001
        Allen, R. G. (1997). Self-Calibrating Method for Estimating Solar Radiation from Air Temperature. Journal of Hydrologic Engineering. https://doi.org/10.1061/(asce)1084-0699(1997)2:2(56)

Doorenbos, J., & Pruitt, W. O. (1977). Guidelines for predicting crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper (Vol. 24).

        Hargreaves, G. H., & Samani, Z. A. (1985). Reference crop evapotranspiration from ambient air temperature. In Paper - American Society of Agricultural Engineers.
        Jabloun, M., & Sahli, A. (2008). Evaluation of FAO-56 methodology for estimating reference evapotranspiration using limited climatic data. Application to Tunisia. Agricultural Water Management, 95(2008), 707 – 715. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2008.01.009

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