XXXI CONGRESO INTERAMERICANO AIDIS
Santiago – CHILE
Centro de Eventos Casa Piedra
12 – 15 Octubre de 2008
UM AMOSTRADOR AUTOMÁTICO SIMPLES PARA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA
ÁGUA DE CHUVA E PARA AVALIAÇÃO PRELIMINAR DA QUALIDADE DO AR
A SIMPLE AND AUTOMATIC SAMPLER FOR EVALUATION OF RAINWATER
QUALITY AND FOR PRELIMINARY EVALUATION OF AIR QUALITY
Luciano Rebello da Cunha Melo *
Engenheiro Civil (UFRN), Mestre em Engenharia Sanitária pelo Programa de Pós
Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental PPgES – Universidade Federal do
Rio Grande do Norte – UFRN, Brasil. Pesquisador da UFRN.
Cícero Onofre de Andrade Neto
Engenheiro Civil, Mestre em Engenharia Sanitária, Doutor Recursos Naturais.
Professor da UFRN.
Dirección del autor principal (*): Campus Universitário/LARHISA/CT, Lagoa Nova, Natal-RN, Brasil - 1524 CEP 59072-970. Telefone/Fax: +55(84)3215-3775. e-mail: [email protected]
RESUMO
A avaliação da qualidade do meio ambiente é fundamental para que se possa controlá-lo e, assim, melhor
aproveitar os recursos naturais que nos cercam de forma harmônica e sustentável. Inserido no contexto da
qualidade da água, um estudo com grande importância é o da variação da qualidade da água de chuva no
início da precipitação. Para que se possa conhecer e avaliar a variação do comportamento da qualidade da
água de chuva, devem ser coletadas amostras separadamente em diferentes estágios da chuva. Como a
chuva lava a atmosfera carreando poluentes nela contidos, a avaliação da variação da qualidade da água da
chuva no início da precipitação serve para avaliação preliminar da qualidade do ar atmosférico. A qualidade
de vida nos centros urbanos, depende sobretudo da qualidade da água e do ar. O constante monitoramente
da qualidade do ar deve ser promovido, sempre em busca de formas mais práticas e baratas de identificar e
alertar para o avanço da poluição ambiental. Ocorre que o monitoramento usual para avaliação da qualidade
do ar é relativamente dispendioso e é de grande interesse a proposição de métodos com custos mais baixo.
O presente trabalho tem como objetivo idealizar, conceber e desenvolver um amostrador automático,
simples, versátil e barato, para a captação de água de chuva de forma segmentada, separando as amostras
em volumes distintos, correspondentes aos respectivos intervalos de tempo de chuva. Desta forma
possibilitando a avaliação das variações da qualidade da água no decorrer da precipitação e, além de fazer
um diagnóstico da qualidade desta água, também pode ser utilizado como indicador de poluição atmosférica,
uma vez que as primeiras águas de chuva “lavam” a atmosfera trazendo consigo boa parte das impurezas
nela existentes. Na confecção do amostrador, materiais como PVC, aço galvanizado e vidro, foram testados,
e foram escolhidos os que se mostraram funcionalmente mais adequados para o tipo de utilização proposta,
de modo a ficar com baixo custo e de operação simples.
RESUMEN
La evaluación de la calidad del medio ambiente es esencial para su control y, por tanto, explotar mejor los
recursos naturales que nos rodean en un desarrollo armonioso y sostenible. Introducido en el contexto de la
calidad del agua, un estudio de gran importancia es la variación de la calidad del agua de lluvia al inicio de
las precipitaciones. Con el fin de comprender y evaluar el cambio en el comportamiento de la calidad del
agua de lluvia, las muestras deben ser recogidas por separado en diferentes etapas de la lluvia. A medida
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que la lluvia lava la atmosfera cargando contaminantes que figuran en él, la evaluación de la variación en la
calidad del agua de lluvia al inicio de las precipitaciones es de evaluación preliminar de la calidad del aire. La
calidad de vida en los centros urbanos, principalmente depende de la calidad del agua y el aire. El constante
monitoriamente de la calidad del aire debe promoverse, siempre en busca de más baratos y más formas
prácticas para identificar y alertar a la promoción de la contaminación ambiental. Ocurre que el usual
seguimiento para evaluar la calidad del aire es relativamente caro y es de gran interés la propuesta de
métodos con menores costes. El presente documento tiene como objetivo diseñar y desarrollar un
muestreador automático, simple, barato y versátil, para la captación de agua de lluvia de manera específica,
con la separación de las muestras en volúmenes separados, lo que corresponde a sus intervalos de tiempo
para la lluvia. Como permite la evaluación de los cambios de la calidad del agua en el curso de las
precipitaciones, así como hace un diagnóstico de la calidad de las aguas, también puede utilizarse como un
indicador de la contaminación del aire, porque el inicio de la lluvia "borra" las impurezas del aire. Al hacer la
toma de muestras, materiales como el PVC, acero galvanizado y vidrio, se pusieron a prueba, y aquellos que
fueron elegidos eran funcionalmente más adecuado para el tipo de uso propuesto, tenía más bajo costo y
fácil operación.
ABSTRACT
The assessment of the quality of the environment is essential to control it and get thereby better exploit the
natural resources that surround us with harmony and sustainability. Inserted in the context of water quality, a
study with great importance is the variation of water quality of rain at the start of precipitation. In order to
understand and evaluate the change in behavior of water quality of rain, samples should be collected
separately in different stages of rain. As the rain washes the air carrying pollutants contained therein, the
assessment of the variation in the quality of rainwater at the start of precipitation is for preliminary
assessment of the quality of air. The quality of life in urban centers, mainly depends on the quality of water
and air. The constant monitoramente of the air quality should be promoted, always in search of cheaper and
more practical ways to identify and alert to the advancement of environmental pollution. It occurs that the
tracking for assessing air quality is relatively expensive and is of great interest the creation of methods with
lower costs. This paper aims to design and develop an automatic sampler, simple, cheap and versatile, for
the abstraction of water from rain so targeted, separating the samples in separate volumes, corresponding to
their intervals of time for rain. The assessment of the changes in water quality during the course of
precipitation as well as making a diagnosis of the quality of water, can also be used as an indicator of air
pollution, since the beginning of rain the water "wash" the air bringing many of the impurities present in the
atmosphere. In making the sampler, materials such as PVC, galvanized steel and glass, were tested, and
those who were chosen were functionally more appropriate for the type of proposed use, have lower cost and
simple operation.
Palabras Clave: Água de Chuva, Amostrador, Captação Segmentada, Qualidade do Ar.
INTRODUÇÃO
Os problemas com a disponibilidade de água, especialmente de água potável, já são bem antigos e vêm
aumentando a cada dia, devido principalmente à poluição dos mananciais, ao mau uso da água e ao
aumento da população. Desta forma, a necessidade de se procurar novas fontes de água se torna cada vez
mais evidente e importante.
A água de chuva já é utilizada há muito tempo como fonte de abastecimento, porém, devido ao pouco
conhecimento de suas características e ao preconceito e descriminação gerados em torno do seu consumo,
devido ao mau uso da técnica de coleta e armazenamento, ela vem sendo pouco utilizada, desperdiçandose assim o seu grande potencial.
Com isso, para que se tenha mais segurança na utilização deste manancial, estudos devem ser realizados
em torno de sua qualidade. Um destes estudos com grande importância e que deve ser mais abordado é o
da variação da qualidade da água de chuva no início da precipitação. Para que se possa destrinchar a
variação de comportamento da qualidade da água de chuva, devem ser coletadas amostras separadamente
em diferentes estágios da chuva.
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A criação destes dados possibilita, por exemplo, a identificação da quantidade de água que deve ser
descartada no início das chuvas devido a poluição atmosférica, ajudando, assim, a criar novas
possibilidades de se garantir, para a população, a qualidade desse bem tão primordial que é a água.
Outro importante e crescente tipo de poluição é a atmosférica que vem se agravando cada vez mais nos
centros urbanos, principalmente devido a atividades industriais, tráfego de veículos motorizados, atividades
da construção civil e processos de combustão em geral, que provocam a emissão de partículas e/ou gases
para a atmosfera.
Os efeitos que os poluentes atmosféricos podem causar a saúde humana e aos ecossistemas, dependem
essencialmente de suas concentrações e do tempo de exposição. Esta concentração está diretamente
relacionada com a intensidade das cargas poluidoras e com a meteorologia existente na região, pois as
chuvas lavam constantemente os poluentes da atmosfera e em alguns casos ocorrem reações químicas
através deste contato com a água (Figura 1).
Figura 1: Figura esquemática da relação entre poluição atmosférica e poluição da
água de chuva.
Fonte: IEMA –, 2004.
A variação meteorológica altera a dispersão dos poluentes presentes na atmosfera, e devido a esse
comportamento se faz necessário correlacionar as análises de concentração de poluentes com os dados
meteorológicos. Com isso a proposição de se unir as duas análises ganha força na otimização das medições
e na redução de custos.
Foram realizadas análises, utilizando o amostrador, em três pontos com características atmosféricas
distintas na cidade de Natal/RN. As medições realizadas comprovaram a correlação das qualidades do ar e
da água de chuva, onde se obteve a qualidade das primeiras águas, em concordância com o esperado,
quando observadas as características atmosféricas para cada um dos três pontos analisados (Figura 2). Na
região de menor poluição atmosférica encontra-se a água de chuva desde o início muito limpa; na região de
maior concentração urbana encontra-se valores de condutividade elétrica mais elevados; e na região
litorânea, os valores iniciais de condutividade elétrica, pH e Turbidez se apresentaram elevados e com
grande redução após o primeiro e o segundo milímetro de chuva, por se tratar de uma região com forte
contribuição dos sais presentes no spray marítimo, que são de fácil “lavagem”.
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Ponta Negra
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
Cidade Allta
Condutividade Elétrica ( S)
60,00
Campus UFRN
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
1
2
3
4
5
6
Chuva (mm)
7
8
9
10
Figura 2: Gráfico com os valores de Condutividade Elétrica das médias de cada
milímetro de chuva para três pontos de coleta na cidade de Natal.
OBJETIVOS
Existem várias formas de Monitoramento da qualidade do ar, podendo ser passivo, ativo, automático, por
sensores remotos ou através de bioindicadores. Estes métodos de avaliação têm, na sua grande maioria,
custos bastante elevados. Com isso propõem-se uma medição indireta, através da coleta e análise das
primeiras águas de chuva, para a identificação preliminarmente da existência de poluição atmosférica. Esta
medição indireta deverá ser utilizada como indicador preliminar da existência de poluição atmosférica que,
caso ocorra, deverá ser melhor analisada através dos métodos convencionais de monitoramento da
qualidade do ar. Com esta ação evita-se gastos desnecessários com medições dispendiosas em áreas não
poluídas, concentrando assim estas medições para áreas mais problemáticas no que diz respeito a poluição
atmosférica.
O presente trabalho teve como objetivo produzir um amostrador automático, simples, versátil e barato, para
a captação de água de chuva de forma segmentada, separando as amostras em volumes distintos,
correspondentes aos respectivos intervalos de tempo de chuva, possibilitando a avaliação das variações da
qualidade da água em varias fases da precipitação, e servindo também preliminarmente como indicativo de
poluição atmosférica.
Para isso foram elencados os seguintes objetivos específicos: analisar alguns materiais (com baixo custo)
existentes no mercado, avaliando se agregam ou não alguma substância quando estão em contato com
água; produzir equipamento que consiga separar os milímetros de uma chuva, de forma simples e versátil,
de acordo com as necessidades da pesquisa a ser realizada; verificar a funcionalidade do equipamento na
prática, comprovando a eficácia do seu sistema automático.
METODOLOGIA EMPREGADA
Materiais como PVC, aço galvanizado e vidro, foram testados para o amostrador. Porem as peças de vidro
foram descartadas porque apresentavam problemas com a vedação e porque a disponibilidade deste
material, a baixos custos, tem formas e volumes bastante restritos.
A chapa em aço galvanizado e tubos e conecções em PVC (de água fria e de esgoto) formam testadas de
forma qualitativa para verificar se agregava ou não alguma substância a água.
A chapa em aço galvanizado, como foi utilizada apenas para a confecção do funil de captações de água, foi
testado já em sua configuração final de funil de chapa com 2 milímetros de espessura, dobrada, soldada e
pintada com tinta óleo. Como o contato da água com o funil durante a utilização é de forma instantânea, este
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material foi testado para as variáveis pH, Condutividade Elétrica e Turbidez, para água de torneira com
contato de 10 segundos com o funil após passar pelo caminho de fluxo natural de funcionamento do
equipamento, e comparado com as mesmas variáveis para a mesma água de torneira, antes de entrar em
contato com o funil. O Funil se mostrou inerte em todas as cinco repetições do teste.
Para as tubulações e conecções em PVC, tanto da linha para esgoto quanto da linha para água fria, também
foram testadas as variáveis Condutividade Elétrica, pH e Turbidez. Os testes forma realizados em tubos de
25 centímetros de comprimento, vedados em uma das extremidades por Cap colado com solda de PVC, e
na outra, coberto com papel filme de plástico sem que este entrasse em contato com a água. Para o PVC a
duração do armazenamento da água foi por duas horas e meia, e comparadas da mesma forma que o funil,
e também se mostrou inerte para todas as três repetições do teste.
Após o amostrador está finalizado e montado, o seu funcionamento foi testado de forma completa para as
variáveis: pH, Turbidez e Condutividade Elétrica, seguindo o Standard Methods.
TABLA 1: Dimensionamento do Equipamento
FUNIL
Diâmetro =
0,50 m
Área =
0,196 m²
Vol p/ 1 mm
196,35 ml
AMOSTRADOR – TUBO 50MM
DI = 45 mm =
0,045 m
Área
=
0,00159043 m²
Vol p/ 1 mm =
0,000196350 m³
H =
0,12345679 m
H =
12,35 cm
A tubulação de 40 mm foi calculada e teria uma altura de 20,41 cm para o volume de 196,35 ml. Como os
armazenadores feitos com tubulação deste diâmetro teriam menos estabilidade ao tombamento, devido a
uma altura ser mais de 60% maior, foi escolhida a tubulação de 50 mm.
RESULTADO OBTIDO
Figura 3: Amostrador
A água é captada por um funil com a “boca” em seção circular de 50 centímetro de diâmetro. Esta dimensão
foi escolhida para que se obtivesse aproximadamente 200 mililitros de amostra para cada milímetro de
chuva.
Depois que a água é captada ela segue em tubulação de PVC soldável, utilizado normalmente para
instalações de água fria, com diâmetro de 1 polegada. O espaçamento entre os armazenadores de amostras
é de 20 centímetros. Tanto o diâmetro da tubulação quanto os espaçamentos foram escolhidos de forma a
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evitar que a água antes de encher o primeiro armazenador passasse para o segundo e assim
sucessivamente. Tubulação de menor diâmetro foi testada mas não se mostrou conveniente porque não
garante a ordem do enchimento dos armazenadores, não garantindo assim segurança para os dados da
pesquisa.
Quando a água chega na tubulação, ela começa a encher o primeiro armazenador sem que passe para o
posterior antes de encher o primeiro. Desta forma cada milímetro de chuva fica armazenado separadamente.
Com isso, o sistema funciona de forma automática, enchendo um por um, até que se tenha armazenado os
primeiros dez milímetros de chuva, e depois disso, toda a água que entrar no amostrador é descartada pelo
extravasor. O amostrador foi testado várias vezes e em nenhuma apresentou problemas.
Os armazenadores são em tubo de PVC normalmente utilizado em instalações de esgoto, com diâmetro de
50 milímetros. São vedados por caps dos dois lado sendo o de cima perfurado pela tubulação de 1 polegada
passando um pouco para dentro do armazenador para evitar que as impurezas flotem e seja carreadas para
fora, como mostra a Figura 4. Tem altura calculada para que se tenha aproximadamente 200 mililitros, que
representa 1 milímetro de chuva para a dimensão do funil utilizado.
Figura 4: Armazenadores de amostras
Na Figura 3 se vê o amostrador concebido e construído em sua forma final, para uma pesquisa de variação
da qualidade da água de chuva no início da precipitação. Porém, de acordo com as necessidades: o
diâmetro do funil pode ser alterado para que na mesma quantidade de milímetros de chuva se tenha um
maior ou menor volume de água; pode-se também aumentar ou diminuir a quantidade de armazenadores,
para modificar a extensão da série; e pode-se modificar o volume dos armazenadores, variando a altura do
tubo, para ter dados com um espaçamento, em mm de chuva, maior ou menor.
O amostrador deve ser instalado preferencialmente longe do solo devido possível interferência de insetos, já
que a parte interna do amostrador tende a ficar um local quente e úmido. Na instalação também devem ser
obedecidas as mesmas recomendações de distâncias laterais que se utiliza para um pluviômetro.
O equipamento deve ser esvaziado, de forma manual, a cada chuva, para que não se tenha interferência de
outras chuvas na mesma série. E ele deve ser limpo periodicamente com a própria água da chuva, para não
ocorrer interferência de microorganismos na qualidade da água armazenada.
CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES
O amostrador mostrou-se funcionalmente adequado para a captação da água da chuva de forma
segmentada, separando as partes da precipitação.
A correlação entre as qualidades do ar e da água de chuva foi comprovada através de dados obtidos
utilizando o amostrador em áreas com características atmosféricas distintas.
O equipamento pode ser fabricado com baixo custo e a sua operação é muito simples. O dispositivo
automático funcionou na prática sem nenhuma ressalva. A montagem do instrumento, sua manutenção e
sua operação (durante as medições) podem ser realizadas de forma simples e rápida por apenas uma
pessoa.
Portanto, o amostrador se revelou um instrumento adequado para o tipo de utilização proposta.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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MELO, Luciano Rebello da Cunha (2007). Variação da qualidade da água de chuva no início da precipitação.
Dissertação de Mestrado do PPgES - UFRN. Natal/RN.
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