Dokumen tersebut membahas berbagai metode perhitungan penguapan air dari permukaan, termasuk metode pemindahan massa, metode aerodinamika, metode korelasi eddy, dan metode nisbah Bowen."

1. Gusti Rusmayadi
PS. Agroekoteknologi – Faperta Unlam
05114731881

2. Metode perhitungan uap air yang hilang
1. pendekatan iklim mikro
• metode pemindahan massa (Dalton, Rohwer
dan Penman, Penman – Monteith),
• metode aerodinamika,
• metode korelasi eddy dan
• metode nisbah Bowen
2. pendekatan empirik
• metode Thornthwaite
• metode Blaney-Criddle
• metode radiasi dan lain-lain
• metode yang berkembang kemudian

3. 1.1. Metode Pemindahan Massa
nilai tekanan uap
jenuh (es), pada suhu
permukaan (Ts)
Metode
pemindahan
massa
nilai tekanan uap
aktual (ea) udara di
atas permukaan pada
suhu udara (Ta)

4. 1.1. Metode Pemindahan Massa
1.1.1. Persamaan hukum Dalton
 persamaan aerodinamik (aerodynamic equation)
persamaan pemindahan massa (massa – transfer equation):
 Eo = k (es – ea) f(U)
 Nilai tekanan uap jenuh (es) ditentukan berdasarkan data suhu
permukaan air (Ts) (lihat table tekanan uap jenuh).
 Nilai tekanan uap udara di atas muka air (ea) dihitung berdasarkan
data (es) dan nilai kelembapan relatifnya (RH).

5. 1.1.2. Persamaan empiris Meyer
 Eo = k (es – ea) [ 1 + (W/10) ]
 Eo = penguapan (inci/hari)
 k = koefisien untuk danau kecil mempunyai nilai 0,5 dan
danau besar sekitar 0,36
 es = tekanan uap jenuh (inci-Hg) pada suhu muka air danau
(Ts)
 ea = tekanan uapa udara atas lapisan jenuh (inci – Hg) pada
suhu udara (Ta)
 W = kecepatan angina harian rata-rata (mil/jam) pada
ketinggian 25 feet

6. 1.1.3. Persamaan empiris danau Hefner
 Eo = 0,129 (es – ea) U8
 Eo = penguapan muka air bebas (mm/hari)
 es = tekanan uap jenuh (mm Hg) pada suhu permukaan
air (Ts)
 ea = tekanan uap aktual (mm Hg) pada suhu ketinggian
8 m di atas permukaan air
 U8 = kecepatan angin (m/det) pada ketinggian 8 m di
atas permukaan air

7. 1.1.4. Persamaan empiris yang lain
 Eo = 0,35 (0,50 + 0,54 U2) (es – ea)
 Eo = penguapan muka air bebas (mm/hari) untuk nilai suhu
permukaan air
 (Ts) = suhu udara (Ta) yang mana keadaan ini jarang terjadi.
 es = tekanan uap jenuh (mm Hg)
 ea = tekanan udara (mm Hg)
 U2= kecepatan angin pada ketinggian 2 meter (m/det)

8. Contoh 1.1.2
 Berapakah penguapan untuk danau kecil pada bulan Januari, jika
diketahui suhu udara harian rata-rata 13,75⁰C, kelembapan relatif rata-
rata harian 80% dan kecepatan angin rata-rata harian pada ketinggian
25 feet adalah 30 mil/jam.
 Jawaban contoh 2.3
 Diketahui pada suhu 13,75⁰C diperoleh es = 11,77 mm Hg = 0,739 inci
Hg, 1mm Hg = 1,33 mbar) (table tekanan uap jenuh). Apabila
kelembapan relatif 80% dan tekanan uap jenuh (es) = 0,739 inci Hg,
maka tekanan uap aktualnya adalah :
 ea = RH x es = (0,80) x 0,739 = 0,5192 inci-Hg
 oleh karena danau kecil maka nilai k = 0,50, sehingga
 Eo = k (es – ea) [ 1 + (W/10) ]
 Eo =0,50 x (0,739 – 0,5192) [ 1 + (30/10) ]
 Eo = 0,2946 inci/hari = 7,50 mm/hari

9. Contoh 1.1.3
 Danau mempunyai kondisi sama dengan danau
Hefner diketahui:
 suhu muka air = 15,5 ⁰C
 suhu udara 8 meter di atas muka air = 22,5 ⁰C
 kecepatan angin 8 meter di atas muka air = 3,50
m/det
 Hitung penguapan danau tersebut jika kelembapan
relatifnya 30% dan meningkat menjadi 90%.

10. Contoh 2.4
 Jawaban contoh 2.4
 Tekanan uap jenuh (es) pada suhu udara 8 m di atas muka air danau sebesar 22,5
(table tekanan uap jenuh) sebesar 20,43 mm Hg. Tekanan uap aktual (ea) pada
elevasi 8 m adalah:
 ea8 = RH x es = (0,30) x (20,43 mm Hg) = 6,12 mm Hg
 Untuk suhu muka air danau sebesar 15,50 ⁰C maka tekanan uap jenuh, es = 13,20
mm Hg. Oleh karena itu,
 Eo = 0,129 (es – e8) x U8
 Eo = 0,129 (13,20 – 6,12) x 3,50
 Eo = 3,19 mm/hari
 Bilamana kelembapan relative meningkat menjadi 90%, maka:
 e8 = RH x es = (0,90)(20,43) = 18,27 mm Hg
 sehingga:
 Eo = 0,129 (es – ea8) U8
 Eo = 0,129 (13,20 – 18,27) 3,50
 Eo = -2,28 mm/hari
 Oleh karena nila Eo negatif, maka tidak terjadi penguapan akan tetapi terjadi
pengembunan (condensation)

11. 1.2. Metode Aerodinamika
 Berdasarkan atas 3 macam aliran udara vertikal yang disebabkan oleh
difusi turbulen dalam lapisan perbatas (boundary layer):
 τ = ρ κM δū/δz (untuk momentum)
 Η = ρср κH δT/δz (untuk bahang terasa)
 λE = (ρср κv)/γ δē/ δz (untuk bahang laten)
 ρ = kerapatan udara (1,2 kg/m3)
 κM, κH, κv = koefisien difusi untuk momentum, bahang terasa dan
bahang laten (κM= κH= κv pada kondisi netral)
 δū/δz = gradient kecepatan angin
 δT/δz = gradient suhu udara
 δē/ δz = gradient tekanan uap
 cp = panas jenis udara kering
 γ = konstanta psikrometer (= 0,66 mbar/ ⁰C)

12. 1.3. Metode Korelasi Eddy
 Metode ini pertama kali dipelajari oleh Swinbank (1951).
Aliran bahang dan uap air ke atas yang ditimbulkan oleh
gerakan eddy dapat dituliskan sebagai :
 E=ρws
 w adalah kecepatan aliran ke atas, s adalah jumlah bahang
atau bahan yang mengalir. Oleh karena yang diukur
adalah kecepatan dan jumlah bahan yang berfluktuasi,
maka
 E = ρ w’ s’
 Akhir dari penyelesaian perhitungan integrasi untuk uap
air diperoleh :
 E = (ρср)/γ ε/p w’ s’

13. 1.6. Metode Nisbah Bowen
 Laju penguapan dari suatu permukaan berdasarkan energi yang
diterima (incoming energy) dan energi yang ke luar (outgoing,
energy expenditure) dari permukaan tersebut.
 metode budget energi (energy budget method) atau
 metode neraca energi (energy balance).
Atom Hidrogen
Atom Oksigen Molekul air
 Sifat Kimia;
• Ikatan kovalen; sebagai pelarut, NADPH2
• Ikatan Hidrogen; antara molekul air sehingga tetap berbentuk cair
pada selang 0⁰C- 100⁰C.
• Kondisi suhu air 7,5⁰C- 45⁰C bermanfaat utk metabolisme tanaman

14. Panas Laten dari Air (Davis dan Day, 1961)
500
400
100°C
0°C
300
200
Volume
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
 Sifat Fisik
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
 1 gram air memerlukan 1 kalori untuk menaikkan
suhunya dari 0⁰C menjadi 1⁰C. Derajad suhu ºC
 Untuk mengubah satu gram air pada suhu 100⁰C
hingga menjadi uap diperlukan tambahan energi
panas sebesar 540 kalori.
 Panas laten

15. 1.6. Metode Nisbah Bowen
 Energi yang diterima oleh suatu permukaan air, tanah atau
tanaman dinyatakan sebagai:
 Rn = H + λE + G
 Rn = energi neto permukaan (kal/cm2/hari)
 H = kehilangan bahang terasa (kal/cm2/hari)
 λ = bahang laten penguapan (kal/cm2/hari) yang
menyatakan besar energi per satuan massa air (λ =
586 kal/g)
 G = penyimpanan bahang tanah dan air (kal/cm2/hari)

16. 1.6. Metode Nisbah Bowen
 Pengukuran atau penaksiran Rn, G, H dan E tergantung pada pengangkutan
eddy. Pada umumnya nilai penyimpanan bahang untuk tanah dan air (G) dan
nilai yang diperlukan untuk proses penguapan (λE) sulit diukur.
 Bowen (1926) menyarankan perbandingan nisbah Bowen, sbb:
   H E
Β = H/ λE
 β = (ρср κH δT/δz)/ (ρср κv)/γ δē/ δz
 Jika kondisi netral, κH = κv, maka
 β = γ (δT/δz)/δē/ δz
 Untuk pengukuran pada z titik di atas permukaan dapat ditulis
 β = γ ΔT/ Δē
 β = γ (T1 – T2)/( ē1 – ē2)
 γ adalah tetapan psikrometri = 0,66 mbar/ ⁰C
 Angka 1 dan 2 menunjukkan nilai-nilai variable pada ketinggian z1 dan z2.
 Nilai hasil pengukuran untuk β:
 di atas rumput pendek diairi baik atau permukaan tanah basah = 0,2.
 Apabila permukaan kering, menjadi lebih besar dan mendekati tak terhingga.

17. 1.6. Metode Nisbah Bowen
Ikura Fan
Anemometer   T e  negative akibat adveksi pada wilayah
arida (pengangkutan bahang horizontal
dari daerah sekitarnya).
 Bahang diserap dari udara yang bergerak
di atas tajuk untuk menguapkan air dari
daun  suhu lebih rendah dekat
tanaman dari udara di atasnya
sehinggaT1-T2 negatif
Radiometer
 rv = rh
 memilih T1 sebagai suhu permukaan dan
Psikrometer, ē1 sebagai kerapatan uap jenuhnya.
T1  hambatan uap permukaan rvc kecil
(permukaan jenuh),
 pengukuran suhu permukaan dan di tas
Psikrometer,
permukaan serta kerapatan uap di
T2 permukaan dan di atasnya

18. Contoh 2.5
 Suatu massa udara bertekanan uap ea = 23.31 mbar, Ta = 20⁰C, Ts
= 25 ⁰C, dan Rn = 200 kal/cm2/hari untuk suatu permukaan.
Berapa E ?
 Jawaban contoh 2.5
 Asumsikan kondisi netral, maka akan didapatkan
 β = γ (T1 – T2)/( ē1 – ē2)
 β = 0,66 mbar/⁰C (25-20)⁰C/(31.59 – 23.31) mbar = 0,40
 Pemecahan persoalan E, digunakan persamaan neraca energi
sebagai berikut:

19. Contoh 2.5
 Jika nisbah Bowen dimasukkan dalam rumus kesetimbangan energi,
diperoleh
 Rn = H + λE + G
 Rn = β λE + λE + G
 Rn – G = λE (β + 1)
 Sehingga,
 λE = (Rn – G)/(β + 1)
 E = (Rn – G)/ λ(β + 1)
 Untuk di lapangan persamaan energi di atas diubah menjadi nilai
radiasi bersih setara dengan penguapan (L), sehingga
 E = (Rn – G)/λ(β + 1) (L)
 Air sebagai contoh kerapatannya sangat tergantung pada suhu, pada
20⁰C mempunyai kerapatan 0,99821 g/cm3.

20. Contoh 2.5
 Oleh karena itu contoh 2.5 dapat diselesaikan.
Perkiraan untuk G pada siang hari adalah 0,1 Rn,
sehingga akan didapatkan
E = (200 – 0,1 x 200)kal/cm2/hari ÷ {586
kal/g (0,40 + 1)}0,99821 g/cm3
 = {(180 kal/cm2/hari) x 1,0017
cm3/g}/586 kal/g x 1.4
 = 0,220 cm/hari
 = 2,2 mm/hari

21. Tekanan Uap Jenuh (es dalam mm Hg) dan Suhu Udara (T ⁰C)
. . . Dalton . . . kembali