Understanding Evaporation

Slide1EVAPORASIEvaporasi  atau  penguapan  adalah  proses  pertukaran (transfer) air  dari permukaan bebas (free water surface) dari muka tanah, atau dari air yang tertahan di atas permukaan bagunan atau tanaman menjadi molekul uap air di atmosfer. Proses ini sebenarnya terdiri dari dua kejadian yang saling berkelanjutan yaitu : a. Interface Evaporation  : yaitu proses pertukaran air di permukaan menjadi uap air di permukaan (interface) yang besarnya tergantung dari energi dalam yang tersimpan (stored energy). b. Vertical Vapor Transfer  : yaitu perpindahan lapisan udara yang jenuh uap air dari interface ke lapisan di atasnya, dan hal ini bila memungkinkan proses penguapan akan berjalan terus. Transfer ini dipengaruhi oleh kecepatan angin, topografi dan iklim lokal.

Slide2 Disamping  itu  penguapan  juga  dipengaruhi  oleh  kelembaban  udara,  tekanan udara,  kedalaman  air  dan  kualitas  air.   Soil Evaporasi  adalah penguapan yang terjadi dari permukaan tanah tanpa ada tanaman di atasnya (bare soil). Transpirasi  adalah pengupan yang terjadi dari tanaman melalui sel stomata pada daun. Air yang dihisap oleh daun setelah proses fisiologis akan diuapkan kembali melalui sel stomata. Sel stomata ini pada malam hari akan tertutup sehingga transpirasi hanya terjadi pada siang hari saja. Dengan demikian jelas transpirasi lebih kecil dibanding dengan evaporasi. Evapotranspirasi   adalah Penguapan yang terjadi pada suatu daerah dimana di dalamnya terdapat juga tanaman yang tumbuh, kejadiannya  bersama-sama antara  evaporasi  dan transpirasi, keduanya saling mempengaruhi. Soil evaporasi akan dikurangi dengan terjadinya transpirasi.  

Slide3Evapotranspirasi  dibedakan   : Potensial  Evapotranspirasi  (PET)   adalah  evapotranspirasi  dari tanaman  bila  memperoleh  air  (dari  hujan  atau  irigasi)  yang  cukup  untuk pertumbuhannya  yang  optimum,  biasanya  tan aman  rumput  hijau dengan  tinggi  seragam  antara  8  cm  sampai  15  cm,  tumbuh  secara aktif,  menutupi  permukaan  tanah  secara  bersamaan  pada  kondisi tidak  kekurangan  air  (Doorenboss,  et  al,  1977) PET  ini  tergantung  dari  factor  meteorology  setempat  dan  juga  dari  jenis tanaman  yang  ada. Actual  Evapotranspirasi  (AET)   adalah  evapotranspirasi   yang  terjadi sesungguhnya  dengan  kondisi  air  yang  nyata  (Joyce  martha).   AET  juga  tergantung  dari  faktor  yang  sama  dengan  potensial evapotranspirasi  tetapi  dibatasi  dengan  hanya  tersedianya  air  di kandungan  tanah  (moisture)  saja.  Pada  daerah  kering  tanpa   irigasi,   AET menjadi   sangat   rendah   karena   tidak   tersedianya   air   untuk  evaporasi.

Slide4Pengitungan EvaporasiPendugaan  kebutuhan  air  irigasi  didekati  dengan  kebutuhan  air  tanaman, dan  kebutuhan  air  tanaman  didefinisikan  Doorenboss  et  al.,  1977  sebagai berikut:  Kebutuhan   air  tanaman   ( crop  water  requirement )  :  kedalaman  air yang  diperlukan  untuk  memenuhi  kehilangan  air  melalui  evapotranspirasi tanaman  yang  bebas  penyakit,  tumbuh  di  areal  pertanian  pada  kondisi cukup  air  dari  kesuburan  tanah  dengan  potensi  pertumbuhan  yang  baik dan  tingkat  lingkungan  pertumbuhan  yang  baik. Didalam  analisa  mendapatkan  besarnya  evaporasi  dibedakan menjadi  dua  yaitu  : 1. Evaporasi  dari  permukaan  air  bebas. 2. Evaporasi  dari  permukaan  tanah.

Slide5 1.  Evaporasi dari permukaan air bebas.   Pada dasarnya evaporasi terjadi karena perbedaan tekanan uap dari udara pada permukaan air dan dari udara di atasnya. Banyak cara untuk menghitung besarnya evaporasi dari permukaan air diantaranya sebagai berikut : a. Persamaan Empiris : Perumusan dasarnya (Dalton) adalah sebagai berikut : E= C(e w  - e a ) f (u)  ---------  E a  = 0,35(e s  − e a )(0,5+0,54 U 2 ) dimana  : E = evaporasi dari permukaan air (open water) C = koefisien tergantung dari tekanan barometer u = kecepatan angin e w  = tekanan uap jenuh muka air danau e a  = tekanan uap udara di atasnya

Slide6hasil penurunan ijssclmer di holland mendapatkan suatu perumusanyang dapat dipakai hanya untuk kondisi yang sama adalah sebagai berikut : E 0  = 0,345(e w  − e a )(1+0,25 U 6 ) dimana  : E 0  = evaporasi di danau (mm/hari). e w  = tekanan uap jenuh pada temperatur t w  untuk muka air danau         (mmHg). e a  = tekanan uap air sesungguhnya (mmHg). U 6  = kecepatan angin (m/dt) pada ketinggian 6 m di atas permukaan. b. Pemakaian Alat di Lapangan. Besarnya  evaporasi  dapat  diukur  dilapangan  dengan  memasang alat  pengukur  evaporasi  yaitu  atmometer  atau  pan  evaporasi. Atmometer   adalah  alat  pengukuran  evaporasi  yang  kecil  yang  biasa dipakai  dalam  stasiun  meteorologi.  Hasilnya  bukan  data  evaluasi absolut,  akan  tetapi  memberikan  perbandingan. Ada  tiga  type  atmometer  yaitu  type  Piche,  type  Livingston  dan type  Bellani.

Slide7Pengukuran evaporasi  dengan  pan  banyak  dilakukan  dengan  di lapangan  (dalam  stasiun  meteorologi).  Banyak  jenis  pan  yang  dipakai diantaranya  class  A  Pan  Evaporation,  Sunken  Pan  dengan  type Colorado,  Young  dan  BPI,  serta  Floating  Pan. b.1.   Class a Pan evaporation Merupakan  pan  yang  terbuat  dari  logam  diletakkan  di  atas permukaan  tanah  pada  susunan  kayu  setinggi  6  in.  Tinggi  pan  10  in dengan  diameter  4  feet  yang  di  dalamnya  diisi  air  dengan  ketinggian sesuai  dengan  standard  ukur  di  dalamnya  yang  mempunyai ketinggian  7  in  –  8  in.  

Slide8Besarnya evaporasi  adalah  dengan  melihat  perubahan  tinggi  muka air  terhadap  tinggi  standard  ukurnya.  Besarnya  evaporasi  di  pan bukan  merupakan  besarnya  evaporasi  yang  sebenarnya  (actual evaporation)  tetapi  masih  harus  dikalikan  dengan  koefisien  pan  yang harganya  lebih  kecil  dari  satu.  Hal  ini  disebabkan  karena  kemampuan menyimpan  panas  berbeda  antara  pan  dan  danau,  juga  terjadi pertukaran  panas  antara  pan  dengan  tanah,  air  dan  udara disekitarnya.  Untuk  class  A  evaporation  besarnya  koefisien  pan adalah  0,6  –  0,8. b.2.   Sunken Pan Sejenis  pan  yang  sebagian  ditanam  masuk  ke  dalam  tanah dengan  maksud  memasukkan  faktor  pengaruh  tanah  terhadap penguapan.  Ada  tiga  jenis  Sunken  Pan  yaitu,  Colorado  Sunken  Pan yang  mempunyai  penampang  3  feet  persegi  dan  tinggi  18  in  dengan koefisien  pan  0,79  –  0,98.

Slide9Jenis yang  kedua  adalah  Young  Screened  Pan  yaitu  pan  yang mempunyai  diameter  2  feet  dan  tinggi  3  feet  dengan  koefisien  pan 0,91  –  0,99  (mendekati  satu).  Jenis  yang  ketiga  adalah  BPI  pan (Bureau  of  Plant  Industry)  yang  mempunyai  diameter  6  feet  dan  tinggi 2  feet  dengan  koefisien  pan  0,91  –  0,99  (mendekati  satu). b.3.    Floating  Pan Untuk  memasukkan  faktor  pengaruh  massa  air  terhadap penguapan  dipakai  jenis  pan  yang  lain  yaitu  Floating  Pan  yang  pada dasarnya  adalah  sama  dengan  pan  yang  lain  tetapi  diapungkan  di atas  permukaan  air  (danau).  Pan  jenis  ini  mempunyai  koefisien  0,8. c. Teori  Penman  (1948) Teori  Penman  didasarkan  atas  dua  kebutuhan  untuk  menjaga kontinuitas  dari  evaporasi  agar  tetap  terjadi,  yaitu  : c.1.  Besarnya energi panas yang harus disuply untuk proses penguapan.

Slide10Gelombang pendek  radiasi  matahari  yang  sampai  di  permukaan  bumi besarnya  tergantung  dari  letak  tempat  (latitude),  musim  tahunan,  jam siang  dan  banyaknya  awan  dalam  satu  hari.  Bila  diasumsikan  tidak ada  awan  maka  besarnya  total  radiasi  pada  suatu  diberikan  dalam bentuk  table  oleh  Angot  sebagai  harga  RA  (bilangan  Angot)  dengan satuan  gcal/cm2/hari.

Slide11Tabel Harga  es  menurut  suhu

Slide12jika rc = radiasi gelombang pendek sesungguhnya yang diterima                 pada permukaan tanah dari matahari n    = Jam penyinaran matahari sesungguhnya yang terjadi N    = Jam penyinaran matahari yang mungkin dapat terjadi n/N  =  Perbandingan  jam  penyinaran  (relatif  sunshine)  maka  Penman            memberikan  persamaan  sebagai  berikut  :         Rc = R A Sebagian  dari  Rc  dipantulkan  kembali  sebagai  radiasi  gelombang pendek  yang  besarnya  tergantung  dari  daya  pantul  (reflaksi) permukaan  tanah  (macam  muka  tanah).  Besarnya  koefisien  reflaksi  (r) yang  disebut  Albedo,  seperti  pada  Tabel  dibawah  ini Jenis Permukaan r (koefisien reflaksi albedo) Open Water 0,06 Rock 0,12 – 0,15 Dry Mould 0,14 Wet Mould 0,08 – 0,09 Grass 0,10 – 0,33 Green Vegetation (general figure) 0,20

Slide13ANGIN DARATJika R I  = besarnya radiasi gelombang pendek yang tinggal dimuka tanah maka : R I = R c  (1 – r) atau :                 R I  = R A                                (1 – r)   Pada malam hari sebagian dari R I  masih dipantulkan lagi, dimana besarnya (R B ) dituliskan sebagai perumusan empiris sebagai berikut :                       R B   =  σ  Ta 4  (0,47 - 0,077e a )                           RaB dimana : σ =  konstanta dari Lummer dan Pringsheim    = 117,74 x 10 -9  gcal/cm 2 /hari            T a  = temperatur absolut = t°C + 273            e a  = tekanan uap air di udara (mmHg) Persamaan Evaporasi menurut Penmann : E o  =

Slide14ANGIN DARATdimana : Δ   =  kemiringan grafik tekanan uap pada temperatur t                    =   γ =  constanta pschrometer  0,49 jika t(°C) dan e (mmHg)               H = disebut sebagai “heat budget” dalam cal/cm 2 /hari atau dalam                      mmH 2 O/hari,  harga H terlebih dahulu dibagi 60, H = R I  – R B                   E a = evaporasi dari muka air (open water) untuk temperature udara                      dan air yang sama t° C dalam mm/hari ,                      E a  = 0,35(e s  − e a )(0,5+0,54 U 2 )  e s  = tekanan uap jenuh udara                      pada t° C (mmHg), e a  = tekanan uap sesungguhnya udara di                      atasnya (mmHg), e a  =  h x e s , h : relatif humidity CONTOH SOAL :  Diketahui data t = 20 °C ;  h = 70 %  ;  n/N = 40 % t’s = 20,1 °C ; RA =  550 cal/cm 2 /hari ; U2 = 5 m/dt Hitung besarnya evaporasi air permukaan bebas hariannya.

Slide15Penyelesaiannya :Table       : t = 20 °C  ------------- e s  = 17,53 mmHg  (tekanan uap jenuh pada t  o C)                 t’ s  = 20,1 °C ----------- e’ s  = 17,64 mmHg  (lihat tabel harga es menurut suhu)                e a  =  0,7  x 17,53 =  12,27  mmHg  (tekanan uap air sesungguhnya di udara)         h         T a  = 20 + 273 = 293 °K                  Δ =                           =  1,1201                R c  =  550  (0,2 + 0,48 x  0,4 ) = 215,6 gcal/cm 2 /hari               R I  = 215,6 (1 –  0,06 ) =  202,66  g cal/ cm 2 /hari                      r permukaan air bebas =  0,06           lihat tabel koefisen refleksi albedo              R B  =  867,75  (0,47 – 0,077 x  12,27 ) (0,20 + 0,80 x  0,4 ) =  90,37                      gcal/ cm 2 /hari            σ  T a 4  =  117,74 x 10 -9  x (293) 4  =  867,75               H = ( 202,66 – 90,37 )/60 = (112,29 gcal/ cm 2 /hari)/60  = 1,87                      mm H 2 O/hari             Ea = 0,35 (17,53 – 12,27)(0,5 + 0,54 x 5) = 5,89 mm H 2 O/hari             Eo =                  =                                         = 3,11  mm/hari                                                                              konstanta psicrometer σ =  konstanta dari Lummer dan Pringsheim =  117,74 x 10 -9  gcal/cm 2 /hari T a  = temperatur absolut = t°C + 273 ,  e a  = tekanan uap air di udara (mmHg)