DISCIPLINA DE HIDRÁULICA APLICADA - NÚCLEO DE HIDRÁULICA E AMBIENTE IX-16 9.14. Perda de carga em canais A perda de carga I entre duas secções do canal,

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1 DISCIPLINA DE HIDRÁULICA APLICADA - NÚCLEO DE HIDRÁULICA E AMBIENTE IX-16 9.14. Perda de carga em canais A perda de carga I entre duas secções do canal, distando de um comprimento L entre si é expressa por : I = H 1 - H 2 sendo H 1 e H 2 as cotas das duas secções. Linha de carga Datum Linha piezométrica Fundo z2z2 y z1z1 y  Figura 9.14.1   yy 2  g 2  g  U 2   2  2  g  2 U 2  I   Z  y  1    Z  1 mas no movimento uniforme: y 1 = y 2 e U 1 = U 2 então: I = z 1 - z 2 A perda de carga unitária é: i  I  Z 1  Z 2  sin(  )L Em pequenas declividades  <5º (como é o caso dos canais) o valor da declividade do fundo confunde-se com o da perda de carga. ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA - UNIVERSIDADE DO ALGARVE

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3 DISCIPLINA DE HIDRÁULICA APLICADA - NÚCLEO DE HIDRÁULICA E AMBIENTE IX-17 D 2  g Considerando a formula de Darcy-Weisbach para o cálculo das perdas de carga em tubulações em pressão: fU 2 j  e o raio hidráulico para condutos circulares é dado por: R h  A  D P4 e substituindo: f Uf U i i  4  Rh2  g4  Rh2  g 2 ou seja: f h R  iU U  8  g  sendo: f C C  8  g8  g temos: U  C  R h  i conhecida como a fórmula de Chezy em que C é o factor de resistência, válido para condutos circulares. O factor de resistência C obtém-se experimentalmente em função do raio hidráulico R h e da natureza das paredes do canal definida por um coeficiente n. Bazin (1897) baseado em experiências, propôs a seguinte equação: RhRh  C C  1 1  87 Manning propôs a seguinte equação: R 6 1 C  h n Sendo n um coeficiente que depende do material. Substituindo C de Manning em: U  C  R h  i ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA - UNIVERSIDADE DO ALGARVE

4 DISCIPLINA DE HIDRÁULICA APLICADA - NÚCLEO DE HIDRÁULICA E AMBIENTE IX-18 temos a formula de Manning: 3232 2 1 n h 1U  R i1U  R i sendo: Uvelocidade (m/s) P A R h raio hidráulico R h  (m) Aárea da secção (m2) P m perímetro molhado da secção (m) iinclinação ou declividade do canal (m/m) ncoeficiente de rugosidade, dependente na natureza do material do leito (s/m 1/3 ) Valores do coeficiente n de Manning Material do canaln (s/m 1/3 ) Alvenaria de pedra bruta0,020 Alvenaria de tijolos sem revestimento0,017 Alvenaria de tijolos revestida0,012 Canais de terra em boas condições0,025 Canais de terra com vegetação0,035 Manilhas cerâmicas0,013 Tubos de betão0,013 Tubos de ferro fundido0,012 Tubos de fibrocimento0,011 Canais de betão lisos0,012 A fórmula de Manning tem as seguintes expressões para condutos circulares funcionando com a secção cheia: n ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA - UNIVERSIDADE DO ALGARVE 3232 2121 U  0.397  D  i

5 DISCIPLINA DE HIDRÁULICA APLICADA - NÚCLEO DE HIDRÁULICA E AMBIENTE IX-19 n 3232 8181 0.312  D  i Q Q  A formula de Glaucker-Strickler é análoga à de Manning 2 1 U  k  R h 3  i 2 diferindo apenas nos valores de k. 9.15. Escoamento uniforme O escoamento uniforme á caracterizado por caudal, velocidade média e profundidade constantes. O perfil da superfície livre, a linha de energia e o perfil longitudinal do leito são constantes, rectilíneos e paralelos. A perda de carga unitária I é igual à diminuição da cota do perfil longitudinal do fundo por unidade de percurso. I = sin (  ) sendo  o ângulo que o perfil forma com a horizontal. Como a inclinação dos canais é geralmente pequena é aceitável que se considere: I = sin (  )  tan (  ) = i Quando se trata de água, o escoamento é turbulento e aplica-se a equação de Manning: n  A A  i i Q  R h 0.666 0.5 sendo: RhRh P A raio hidráulicoR h  ; Aárea da secção; iinclinação do leito i   H ; L ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA - UNIVERSIDADE DO ALGARVE ncoeficiente de Manning. Em grandes canais é mais acertado recorrer-se à fórmula de Colebrook-White: