UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS CURSO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA JOSÉ BARTOLOMEU RIBEIRO JÚNIOR APLICAÇÃO DO MÉTODO DE RIPPL NO DIMENSIONAMENTO DE UM RESERVATÓRIO PARA APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA EM UMA RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR NO NORDESTE BRASILEIRO. MOSSORÓ-RN 2011 2 JOSÉ BARTOLOMEU RIBEIRO JÚNIOR APLICAÇÃO DO MÉTODO DE RIPPL NO DIMENSIONAMENTO DE UM RESERVATÓRIO PARA APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA EM UMA RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR NO NORDESTE BRASILEIRO. Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas para a obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia. Orientadora: Profa. Dra. Sc. Solange Aparecida Goularte Dombroski MOSSORÓ – RN 2011 3 Ficha catalográfica preparada pelo setor de classificação e catalogação da Biblioteca “Orlando Teixeira” da UFERSA R484a Ribeiro Júnior, José Bartolomeu. Aplicação do método de RIPPL no dimensionamento de um reservatório para aproveitamento de água de chuva em uma residência unifamiliar no nordeste brasileiro. / José Bartolomeu Ribeiro Júnior. -- Mossoró, 2011. 62f. il. Monografia (Graduação em Bacharelado em Ciência e Tecnologia) – Universidade Federal Rural do Semi-Árido. Orientador: Profª. Dra. Sc. Solange A. G. Dombroski. 1.Aproveitamento de água de chuva. 2. Reservatório. 3.Água – Uso não potável. I.Título. CDD: 628.1 Bibliotecária: Marilene Santos de Araújo CRB5 1013 4 JOSÉ BARTOLOMEU RIBEIRO JÚNIOR APLICAÇÃO DO MÉTODO DE RIPPL NO DIMENSIONAMENTO DE UM RESERVATÓRIO PARA APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA EM UMA RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR NO NORDESTE BRASILEIRO. Monografia apresentada ao Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas para a obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia. DATA DA APROVAÇÃO: 01/07/2011. BANCA EXAMINADORA __________________________________________________ Profa. Dra. Sc. Solange Aparecida Goularte Dombroski – UFERSA Presidente __________________________________________________ Prof. Dr. Sc. Paulo César Moura da Silva – UFERSA Primeiro Membro __________________________________________________ Prof. Me. Blake Charles Diniz Marques – UFERSA Segundo Membro 5 DEDICATÓRIA A José Gomes Ribeiro (in memoriam), que foi meu avô, amigo e exemplo de pessoa a ser seguida. A Maria de Deus da Silva Fonseca (in memoriam), minha tia querida, que muito amou e lutou pela educação e futuro dos seus filhos. A Deus, pelo seu amor e infinita misericórdia 6 AGRADECIMENTOS A Jesus Cristo, meu salvador, por nunca ter desistido de mim e ter sempre me apoiado em todos os momentos, na bonança ou escassez, nas alegrias ou nas dificuldades, me fortificando e me orientando em todo o tempo no cumprimento de mais uma jornada. Aos meus pais, José Bartolomeu Ribeiro e Vera Lúcia Nogueira de Paiva Ribeiro, os melhores pais que uma pessoa poderia ter, pelo incentivo, orações, conselhos, carinho, paciência, apoio e investimento junto aos meus sonhos e projetos. Pela benção que é a minha irmã Ana Paula Paiva Ribeiro, por seu apoio, compreensão cooperação, força e incentivo. À minha querida orientadora, professora Dra. Sc. Solange Aparecida Goularte Dombroski, pela orientação, coordenação, paciência, disponibilidade, dedicação, flexibilidade, uma pessoa muito difícil de descrever diante das inúmeras qualidades que possui. A todos os meus familiares por estarem sempre na torcida por minha vitória. A todos os amigos que mesmo de longe torceram por mais uma etapa cumprida. A meu amigo Patrick Yuri Leonez da Silva, em especial, pela sincera e fiel amizade de longos anos. Aos meus pais de consideração, Luis José da Silva e Iraci Leonez da Silva, pela consideração, conselhos, palavras de incentivo e amizade. Ao casal Raniere Valença e Paula Katherine Valença pela consideração, força e fiel amizade. À Lorena Graciane Duarte Néris e família, pela sincera e fiel amizade que espero ter por longos anos. A Felipe Augusto Mendes de Souza, vulgo “Ridsu”, pela sincera amizade e parceria. 7 Aos meus companheiros José Lucas da Silva e Pablo Marciano da Silva Figueiredo pela parceria e convívio durante esses anos. À família Macêdo Oliveira pelo carinho, torcida e apoio durante toda essa jornada desde o início. 8 “A fé não nega os fatos... ela vence os fatos” Desconhecido. 9 RESUMO O aproveitamento da água de chuva pode resultar em vários impactos positivos incluindo a diminuição da utilização das fontes convencionais de suprimento (mananciais subterrâneos ou superficiais); a minimização de danos causados por inundações, considerando o ciclo urbano da água e, em escala residencial, a redução dos encargos devido à utilização da água e à produção de esgoto sanitário. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo, prédimensionar parte de um sistema predial de aproveitamento de água de chuva para uso não potável em uma residência unifamiliar localizada no nordeste brasileiro. Para o desenvolvimento do trabalho, determinou-se: a demanda de água para uso não potável, a precipitação média de Natal, o volume aproveitável de água de chuva e o volume de reservação de água de chuva pelo método de Rippl. Para a residência estudada, foi possível verificar que a demanda de água para fim não potável resultou em um valor de, aproximadamente, 11,1 m³/mês, correspondendo a 69% em relação ao consumo total de água na residência; os volumes aproveitáveis de água de chuva variaram de 2,6 a 36,0 m³/mês; o volume de reservação de água segundo o método de Rippl resultou em 29,6 m³; caso toda a demanda para fim não potável da residência fosse suprida com água pluvial, haveria uma economia de 69% na conta da água e ao respectivo volume gerado de esgoto. Palavras-chave: Aproveitamento de água de chuva. Reservatório. Água – uso não potável. 10 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Apresentação quanto às formas, tempo médio, distribuição e valores dos recursos hídricos encontrados na natureza. ............................................................................................. 22 Tabela 2 - Distribuição de água doce pelo planeta. .................................................................. 23 Tabela 3 – Exemplo de cálculo do volume mensal de água para uso interno não potável em uma residência com 5 pessoas. ................................................................................................. 27 Tabela 4 - Exemplo de cálculo do volume mensal de água para uso externo não potável em uma residência com 500m2 de área de jardim, dois automóveis e piscina de (5 x 8 x 1,6) m. . 28 Tabela 5 - Exemplo de cálculo do volume mensal de água total para fim não potável em uma residência com 5 moradores, 500m2 de área de jardim, dois automóveis e piscina de (5 x 8 x 1,6) m. ....................................................................................................................................... 28 Tabela 6 - Parâmetros de qualidade de água de chuva para usos restritos não potáveis .......... 38 Tabela 7 – Técnicas de tratamento de água de chuva em função da localização no sistema de aproveitamento ......................................................................................................................... 43 Tabela 8 – Valores de precipitações em Natal, RN, obtidos em um levantamento durante dez anos. .......................................................................................................................................... 49 Tabela 9 – Planilha de cálculo do Método de Rippl. ................................................................ 52 Tabela 10 – Estimativa da demanda total de água para fins não potáveis na residência estudada .................................................................................................................................... 53 Tabela 11 – Estimativa da demanda interna e externa de água, para fins potáveis e não potáveis na residência em estudo.............................................................................................. 54 Tabela 12 - Precipitação média mensal e anual de Natal. Dados coletados por Mota (2004) durante dez anos, a partir de junho de 1988. ............................................................................ 55 Tabela 13 - Planilha de dimensionamento do reservatório de água de chuva pelo Método de Rippl ......................................................................................................................................... 57 Tabela 14 – Consumo de água mensal, em 2009 e 2010, na residência em estudo ................. 59 11 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Ciclo hidrológico ..................................................................................................... 20 Figura 2 - Esquema de utilização de água de chuva em uma residência. ................................. 33 Figura 3 - Filtração de material grosseiro para sistemas de aproveitamento de água de chuva .................................................................................................................................................. 39 Figura 4 – Dispositivos para remoção de materiais grosseiros ................................................ 39 Figura 5: Dispositivo para descarte da primeira água de chuva ............................................... 40 Figura 6 – Descarte da primeira água de chuva utilizando um tonel ....................................... 41 Figura 7 – Esquema simplificado do filtro de material grosseiro e fino desenvolvido pelo IPT .................................................................................................................................................. 42 Figura 8 – Vista frontal esquerda da residência estudada. ....................................................... 46 Figura 9 – Vista frontal direita da residência estudada. ........................................................... 47 Figura 10 - Vista 1 da calha e do cano condutor de água pluvial da residência estudada. ....... 47 Figura 11 - Vista 2 da calha e do cano condutor de água pluvial da residência estudada. ....... 48 12 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 – Distribuição dos recursos hídricos e da população, em percentual do total do Brasil. ........................................................................................................................................ 24 Gráfico 2 - Usos de água para fins não potáveis referentes ao exemplo apresentado por Alt (2009, p.24-25): uma residência com 5 moradores, 500m2 de área de jardim, dois automóveis e piscina de (5 x 8 x 1,6) m. ..................................................................................................... 28 Gráfico 3 - Balanço hídrico do sistema, mostrando a demanda constante de água não potável e a produção de chuva do sistema dimensionado ........................................................................ 58 13 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS a.C – Antes de Cristo. ABCMAC – Associação Brasileira de Captação e Manejo de Água de Chuva. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. ANA – Agência Nacional das Águas. AP1MC - Associação Programa Um Milhão de Cisternas. ASA – Articulação no Semi-árido Brasileiro. C - Coeficiente de escoamento superficial. CAERN – Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte. CO2 – Dióxido de Carbono. CREA – Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia. EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. FEBRABAN - Federação Brasileira de Bancos. H2CO3 – Ácido Carbônico. HAP - Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos. IDEC – Instituto Brasileiro de Defesa do Consumidor. IPCC – “Intergovernmental Panel on Climate Change”. IRPAA - Instituto Regional da Pequena Agropecuária Apropriada. Km² - Quilômetro quadrado. Km³ - Quilômetro cúbico m² - Metro quadrado. mg/L – Miligrama por litro. mm – Milímetro. NBR – Norma Brasileira. 14 ºC – Celsius ONG´s – Organizações não-governamentais. ONU – Organização das Nações Unidas. pH – Potencial hidrogeniônico. PR – Paraná. PURAE - Programa de Conservação e Uso Racional da Água nas Edificações. SP – São Paulo. UFERSA – Universidade Federal Rural do Semi-Árido. 15 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 16 2 OBJETIVOS ................................................................................................................... 17 2.1 OBJETIVO GERAL ......................................................................................................... 17 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................... 17 3 REVISÃO DA LITERATURA ..................................................................................... 18 3.1 IMPORTÂNCIA DA CONSERVAÇÃO DA ÁGUA ..................................................... 18 3.1.1 Ciclo hidrológico ......................................................................................................... 20 3.1.2 Distribuição dos recursos hídricos ............................................................................ 22 3.2 USO DA ÁGUA EM RESIDÊNCIAS ............................................................................. 25 3.3 APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA ............................................................. 29 3.3.1 Histórico do uso da água de chuva ............................................................................ 29 3.3.2 Importância do aproveitamento da água de chuva ................................................. 31 3.3.3 Utilização da água de chuva para uso não potável .................................................. 32 3.3.3.1 Fatores que influenciam na qualidade da água de chuva ..................................................................... 33 3.3.3.2 Informações necessárias para concepção do sistema de aproveitamento da água de chuva ................ 35 3.3.3.3 Tratamento da água de chuva para uso não potável ............................................................................ 36 3.3.4 Legislação e normas relacionadas ao uso de água de chuva ................................... 43 4 MATERIAL E MÉTODOS ........................................................................................... 46 4.1 CARACTERIZAÇÃO DO OBJETO DE ESTUDO ........................................................ 46 4.2 ETAPAS PARA PRÉ-DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA DE CHUVA PARA USO NÃO POTÁVEL ............................................................................ 48 4.2.1 Estimativa da demanda de água para usos não potáveis ........................................ 48 4.2.2 Levantamento da pluviometria de Natal/RN ........................................................... 49 4.2.3 Dimensionamento do volume de reservação de água de chuva pelo método de Rippl......................................................................................................................................... 50 4.2.4 Estimativa da economia financeira pela redução do uso de água potável da rede pública ..................................................................................................................................... 52 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 53 5.1 RESULTADOS RELACIONADOS À ESTIMATIVA DA DEMANDA DE ÁGUA PARA USOS NÃO POTÁVEIS NA RESIDÊNCIA ESTUDADA ........................................ 53 5.2 DADOS DE PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE NATAL - RN ............................................ 55 5.3 RESULTADOS CORRESPONDENTES AO CÁLCULO DO VOLUME APROVEITÁVEL DE ÁGUA DE CHUVA ........................................................................... 56 5.4 RESULTADOS SOBRE O DIMENSIONAMENTO DO VOLUME DE RESERVAÇÃO DE ÁGUA DE CHUVA PELO MÉTODO DE RIPPL PARA A RESIDÊNCIA ESTUDADA .................................................................................................... 56 5.5 RESULTADOS REFERENTES À ESTIMATIVA DA ECONOMIA FINANCEIRA PELA REDUÇÃO DO USO DE ÁGUA POTÁVEL DA REDE PÚBLICA, PARA A RESIDÊNCIA ESTUDADA. ................................................................................................... 58 5.6 SUGESTÃO DE POSSÍVEIS UNIDADES DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA PARA USOS NÃO POTÁVEIS, COM BASE NA LITERATURA TÉCNICA E NOS TIPOS DE USOS DA RESIDÊNCIA EM ESTUDO ..................................................... 59 6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES .................................................................... 60 REFERÊNCIAS......................................................................................................................59 16 1 INTRODUÇÃO A água figura entre os recursos naturais mais preciosos, sendo imprescindível à vida. Devido à abundância de mananciais que abastecem nosso planeta, durante muito tempo acreditou-se que a água era inesgotável e, assim, poderia ser explorada indiscriminadamente. Mais recentemente, no entanto, tem-se cada vez mais testemunhado a escassez de diversos desses mananciais, levando as sociedades a se mobilizarem a fim de encontrar alternativas para sanar essa problemática. Segundo Annecchini (2005), diante desses fatos, aumenta-se a necessidade de encontrar meios e formas de preservar a água potável, passando necessariamente pela revisão do uso de água pela população, mas também pela busca de novas tecnologias que visem à preservação desse bem. O aproveitamento da água pluvial, nesse contexto, apresenta-se como uma importante alternativa. Viabiliza-se através de um sistema de contenção instalado nas residências que é constituído por calhas, tubos, reservatórios e bomba. Quando ocorre a chuva, a água que cai no telhado escorre para as calhas e, então, desce por tubos até o reservatório inferior. Depois, através de uma bomba, a água é recalcada para um reservatório superior, possibilitando seu uso para fins não potáveis, tais como rega de jardim, lavagem de roupa, descarga de vaso sanitário, entre outros. O sistema pode incluir unidades de tratamento, dependendo do uso pretendido. Trata-se, portanto, de um método inteligente e viável: por requerer uma tecnologia simples, apresenta um custo relativamente acessível e é de fácil implementação. Ao mesmo tempo, aproveita uma fonte de água que geralmente é descartada, contribuindo, assim, para o desenvolvimento sustentável. Assim, a proposta do presente trabalho reflete uma preocupação que se insere no novo paradigma de desenvolvimento urbano, qual seja, buscar crescimento, porém não mais a qualquer custo, senão de maneira sustentável. Ao analisar a viabilidade de uma das tecnologias pensadas atualmente visando à preservação da água, este estudo – o aproveitamento de águas pluviais em uma residência situada no nordeste brasileiro – contribui para o enriquecimento desse campo de pesquisa, confirmando e reforçando as contribuições já apresentadas por projetos desenvolvidos em outras localidades do país, além de contribuir para a divulgação dessa tecnologia. 17 2 OBJETIVOS Os objetivos do presente trabalho são apresentados a seguir. 2.1 OBJETIVO GERAL O estudo teve como objetivo geral aplicar o método de Rippl para pré-dimensionar parte de um sistema predial de aproveitamento de água de chuva para uso não potável em uma residência unifamiliar localizada no nordeste brasileiro. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Considerando a residência, objeto de estudo do presente trabalho, os objetivos específicos deste foram: - Estimar a demanda de água para usos não potáveis; - Calcular o volume médio aproveitável de água de chuva; - Calcular o volume de reservação de água segundo o método de Rippl; - Estimar a economia financeira em relação ao volume de água potável que deixaria de ser utilizado da rede pública de água e ao respectivo volume gerado de esgoto. 18 3 REVISÃO DA LITERATURA A seguir apresentam-se considerações a cerca da importância da conservação da água, um breve histórico do uso da água de chuva, importância de seu aproveitamento, uso de água em residências, utilização de água de chuva para fins não potáveis e alguns aspectos legais relacionados ao uso de água de chuva. 3.1 IMPORTÂNCIA DA CONSERVAÇÃO DA ÁGUA A água é um recurso natural imprescindível à vida, porém finito. Conservá-la é, portanto, uma questão de sobrevivência. Mas apenas muito recentemente é que se começou a considerar a necessidade de racionar seu uso. Isso porque, finalmente, o homem se deu conta de que se, de um lado, o ciclo hidrológico promove a renovação da água tendendo a mantê-la num nível sempre constante, por outro, o consumo desse precioso bem tem se tornado cada vez maior (GIACCHINI; ANDRADE FILHO, 2005). Assim, observa-se, em primeiro lugar, um grave desequilíbrio entre oferta e demanda de água. A Agência Nacional de Águas (ANA) confirma tal informação ao revelar que a disponibilidade per capita de água doce tem diminuído consideravelmente em virtude da demanda excessivamente alta do recurso. Segundo a Agência, existem áreas em que, apesar de os recursos hídricos serem abundantes, não são suficientes para atender às demandas de uso excessivamente elevadas. A Bacia do Alto Tietê, por exemplo, que abriga uma população superior a 15 milhões de habitantes e um vasto complexo industrial, não dispõe de vazões suficientes para atender a demanda da Região Metropolitana de São Paulo e municípios circunvizinhos (ANA, 2005). O crescimento populacional associado ao desenvolvimento de grandes centros urbanos, além de gerar um demanda maior de água, tem acarretado também importantes alterações no próprio ciclo hidrológico. A multiplicação de construções, ruas pavimentadas, calçadas e pátios tem se refletido numa impermeabilização cada vez maior do solo. Assim, grande parte da água, antes reincorporada aos lençóis subterrâneos, é agora encaminhada aos condutos, galerias e canais do sistema de esgotamento pluvial. Vale dizer, a interferência do homem 19 tem agravado ainda mais a disponibilização dos já escassos recursos hídricos (GIACCHINI, 2009(?)). Em consequência, não tardam a aparecer os conflitos de uso e as restrições de consumo. Assim, desde as atividades mais básicas, relacionadas às necessidades cotidianas de higiene e alimentação, até as atividades industriais e agrícolas são atingidas, afetando direta e indiretamente a qualidade de vida das pessoas, além de comprometerem o desenvolvimento econômico e sustentável (ANA, 2005). Não bastasse isso, convive-se ainda com a constante e crescente poluição dos recursos hídricos. Dados da ONU – Organização das Nações Unidas – revelam que a água é o recurso natural mais degradado pelo homem (GIACCHINI; ANDRADE FILHO, 2005). (...) a descarga de fontes difusas e pontuais de nitrogênio e fósforo nos rios, lagos e represas, a partir de esgotos não tratados e de usos de fertilizantes produz o fenômeno de eutrofização cujos efeitos ecológicos, na saúde humana e nos custos do tratamento de água são relevantes especialmente em regiões de intensa urbanização como a Região Metropolitana de São Paulo (Tundisi, 2003). A qualidade dos recursos hídricos mundiais está cada vez mais ameaçada à medida que aumentam as populações humanas e se expandem as atividades industriais e agrícolas, em um cenário em que as mudanças climáticas poderão provocar grandes alterações no ciclo hidrológico. Água de baixa qualidade põe em risco a saúde humana e dos ecossistemas, reduz a disponibilidade de água potável e de recursos hídricos próprios para outras finalidades, limita a produtividade econômica e diminui as oportunidades de desenvolvimento. É necessário que a comunidade global – dos setores público e privado – se una e assuma o desafio de proteger e aprimorar a qualidade da água de nossos rios, lagos, aquíferos e torneiras (ANA, 2011, p.15). A preciosidade da água e a sua importância para a perpetuação da vida na Terra são, portanto, os fundamentos para a preservação dos recursos hídricos. Daí a necessidade não apenas de conservar os mananciais ainda existentes, mantendo-os limpos, mas também de desenvolver métodos e sistemas alternativos de obtenção de recursos hídricos a fim de restabelecer o equilíbrio entre a oferta e a demanda de água. 20 3.1.1 Ciclo hidrológico O ciclo hidrológico consiste no fenômeno através do qual a água, nos três estados em que se apresenta na natureza, se renova perpetuamente. Os fatores que propiciam a dinamicidade desse ciclo são “a energia térmica solar, a força dos ventos, que transportam vapor d‟água para os continentes, a força da gravidade responsável pelos fenômenos da precipitação, da infiltração e deslocamento das massas de água” (TUNDISI, 2003). O ciclo hidrológico reúne fatores geográficos, climáticos e biológicos e ocorre, em linhas gerais, da seguinte forma: ao evaporarem, as águas dos oceanos e mares, da superfície dos continentes (rios e lagos) e da evapotranspiração das plantas aumentam o teor de umidade na atmosfera. Em seguida, ocorre a precipitação, que pode ocorrer sob a forma de chuva, neve ou granizo. Daí então essas águas, a depender da direção que as nuvens tomarem, poderão ser reincorporadas aos oceanos e águas superficiais, escoar superficialmente pelos terrenos, infiltrar-se no solo (recarregando as águas subterrâneas), ser absorvidas pelas plantas ou mesmo voltar a evaporar-se (MARQUES; SOUSA, 2008, p. 4). A Figura1 apresenta um esquema do ciclo hidrológico. Figura 1 - Ciclo hidrológico Fonte: Braga et al. (2002). 21 Os principais componentes do ciclo hidrológico são a evaporação, a precipitação, a transpiração das plantas e a percolação, infiltração e a drenagem (TUNDISI, 2003), sendo os mesmos mencionados a seguir: Evaporação: É a passagem da fase líquida para a gasosa, que ocorre lentamente na superfície dos líquidos; particularmente, denota o processo cíclico de ascensão das massas d'água sob a forma de vapor. Precipitação: Descreve qualquer tipo de fenômeno relacionado à queda de ÁGUA do céu. Isso inclui NEVE, CHUVA e CHUVA DE GRANIZO. A precipitação é uma parte importante do CICLO HIDROLÓGICO, sendo responsável por retornar a maior parte da ÁGUA DOCE ao planeta. Transpiração das plantas: água eliminada pelas folhas na forma de vapor. Infiltração: É o nome dado ao processo pelo qual a água à superfície atravessa o solo. Escoamento superficial: Parcela da precipitação que flui por ação da gravidade de modo não organizado, das zonas mais elevadas para as zonas mais baixas, concentrando-se em pequenos riachos que se reúnem em ribeiros e mais tarde em rios. Tundisi (2003) mencionou alguns impactos sofridos pelo ciclo hidrológico em decorrência dos múltiplos usos que a sociedade faz da água: Com o aumento e diversificação da atividade econômica, a dependência dos recursos hídricos aumenta, especialmente em regiões com variabilidade anual grande no ciclo e áridas. As pressões sobre os usos dos recursos hídricos provêm de dois grandes problemas que são o crescimento das populações humanas e o grau de urbanização e aumento das necessidades para irrigação, e produção de alimentos. A redução no volume disponível e a apropriação dos recursos hídricos em escala maior e mais rápida têm produzido grandes alterações nos ciclos hidrológicos regionais: por exemplo, a construção de barragens aumenta a taxa de evaporação, a construção de canais de água, produz desequilíbrios no balanço hídrico, a retirada de água em excesso para irrigação, diminui o volume dos rios e lagos. Igualmente importante do ponto de vista quantitativo é o grau de urbanização que interfere na drenagem e aumenta o escoamento superficial, diminuindo a capacidade de reserva de água na superfície e nos aquíferos. Os impactos qualitativos são inúmeros e variáveis e têm consequências ecológicas, econômicas e sociais e na saúde humana (TUNDISI, 2003). A literatura especializada, no entanto, ao descrever o ciclo hidrológico, geralmente faz menção a um fenômeno paralelo a ele, denominado “ciclo urbano da água”. Isso porque o ciclo hidrológico acima descrito é um fenômeno ideal de renovação da água no planeta. Ocorre que, no meio urbano, em virtude da impermeabilização, a água encontra barreiras para se infiltrar no solo, como as ruas, as calçadas e as diversas construções. Ela é, então, recolhida pelo sistema de drenagem e encaminhada até os corpos d‟água receptores. Em consequência 22 disso, diminui-se o abastecimento dos aquíferos e aumenta-se o escoamento superficial podendo provocar enchentes (Annecchini, 2005, p. 30). Além disso, adverte Giacchini (2009?): Dentre os principais impactos referentes ao ciclo urbano da água, destacamse a degradação da qualidade da água do manancial devido ao lançamento de efluentes de esgoto sanitário e da água da drenagem pluvial e a captação de água para abastecimento, entre outros. Dessa forma, o ciclo urbano da água, uma espécie de subciclo do ciclo hidrológico, envolve, segundo Marques e Sousa (2008, p.5), as seguintes etapas: Captação, tratamento, transporte, armazenamento e distribuição de água; Coleta, tratamento e deposição final no meio receptor. 3.1.2 Distribuição dos recursos hídricos A Tabela 1 mostra as diversas formas em que os recursos hídricos se apresentam na natureza, sua distribuição e seu tempo médio de residência, em todo o planeta. Tabela 1 - Apresentação quanto às formas, tempo médio, distribuição e valores dos recursos hídricos encontrados na natureza. Localização Oceanos Atmosfera Rios Subterrânea, umidade do solo Lagos Coberturas de neve, geleiras e icebergs Outros Total Área (10³km²) 361.300,00 510.000,00 148.800,00 Volume (10³km³) 1.338.000,00 12,90 2,12 % do Total 96,538 0,00093 0,00015 134.800,00 23.400,00 1,688 2.058,70 176,40 0,0127 37.277,00 24.364,00 1,758 28,58 0,0022 1.385.984,00 100,00 1.194.235,70 Tempo de Resistência Médio Milhares de anos 9 dias 2 semanas Centenas a milhares de anos Dezenas de anos Dezenas a milhares de anos Fonte: Adaptado de Tchobanoglous (1996) apud Alt (2009). Da Tabela 1, constata-se como a distribuição dos recursos hídricos é desigual e, mais do que isso, percebe-se como muito do acesso humano a algumas fontes é restrito. 23 Observe-se agora, mais especificamente, a distribuição de água doce pelo planeta. Apesar de aparentemente abundante, percentualmente não o é, além de, em sua maior parte, também ser de difícil acesso, como no caso das geleiras e das fontes subterrâneas profundas. Tabela 2 - Distribuição de água doce pelo planeta. Localização Coberturas de neve permanente, Geleiras Água doce subterrânea Solo congelado, camada de gelo permanente Lagos Umidade do Solo Vapor de água na atmosfera Pântano, áreas úmidas Rios Incorporados na biota Total Volume (10³ km³) % do Total % do Total de Água Doce 24.064 1,74 68,7 10.530 0,76 30,06 300 0,022 0,86 91 16,5 12,9 11,5 2,12 1,12 35.029 0,007 0,001 0,001 0,001 0,0002 0,0001 2,5323 0,26 0,05 0,04 0,03 0,006 0,003 100,00 Fonte: Adaptado de PNUMA (2004) apud Alt (2009). Giacchini (2009?) informa que, bem distante da porcentagem de água salgada que compõe o planeta (97,5%), a quantidade de água doce corresponde a apenas 2,5% e, destes, apenas 0,3% encontram-se disponíveis como águas superficiais; o restante é de difícil acesso. Nesse cenário, a situação do Brasil é considerada privilegiada, uma vez que detém cerca de 13,7% de toda a água doce do planeta. Observa-se, no entanto, uma grande disparidade entre a densidade das populações por região administrativa e a respectiva disponibilidade de recursos hídricos. Enquanto a região norte detém 68,5% da água doce do país e abriga apenas 7% da população deste, todas as demais regiões, que concentram a maior parte da população brasileira, sobrevivem dos 31,5% restantes (MMA et al., 2005), conforme apresentado no Gráfico 1. 24 Gráfico 1 – Distribuição dos recursos hídricos e da população, em percentual do total do Brasil. Fonte: MMA et al. (2005, p.29). Essa disparidade acentuada entre algumas regiões do país reflete índices de disponibilidade hídrica que, conforme salienta Annecchini (2005, p. 23), são preocupantes. Segundo a autora, se nada for feito a bem de reverter a situação do nordeste e sudeste brasileiros, em cerca de 90 anos a disponibilidade hídrica per capita nessas regiões atingiria índices catastroficamente baixos. Acrescente-se a isso que estudos conduzidos pelo “Intergovernamental Panel on Climate Change” (IPCC), demonstraram que, devido a mudanças climáticas, nos próximos dez anos haveria uma diminuição significativa da precipitação pluviométrica na América do Sul, com especial redução na região nordeste do Brasil (IPCC, 2007 apud GONÇALVES et al., 2009, p. 23). Ainda de acordo com o Manual de Educação do MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE (MMA), MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO (MEC) e INSTITUTO BRASILEIRO DE DEFESA DO CONSUMIDOR (IDEC), em linhas gerais, a maior parte da água doce do mundo (70%) é consumida na agricultura, seguido pelo consumo doméstico, que seria responsável por 23% desse consumo. Já a indústria apresenta um índice de cerca de 7% (MMA et al., 2005). 25 3.2 USO DA ÁGUA EM RESIDÊNCIAS O uso da água em edificações residenciais constitui apenas um dos diversos fins a que a água é destinada, dentre os quais figuram os usos, por exemplo, nas edificações industriais, no meio rural e nas edificações voltadas ao comércio e serviços. Dado o objetivo específico do presente trabalho, interessa especificar apenas o uso doméstico, o qual engloba as seguintes atividades: ingestão, preparação de alimentos, banho e demais formas de higiene pessoal, lavagem de roupas, limpeza em geral, descarga de bacias sanitárias e rega (CHEUNG et al., 2009, p. 38). Segundo Annecchini (2005, p. 22), a água usada em residências segue dois fins distintos e, de acordo com estes, requer maior ou menor nível de pureza: de um lado, as atividades de higienização pessoal e preparação de alimentos exigem que a água seja potável; por outro, as atividades de lavagem de roupa, rega de jardim e descarga das bacias sanitárias, por exemplo, podem ser realizadas com água não potável. É ainda indispensável analisar, além do uso, a quantidade de água que está sendo utilizada, ou seja, o consumo. Não se confundem, portanto, os termos “uso” e “consumo”. Enquanto o primeiro diz respeito apenas ao emprego do recurso água para determinado evento promovido pela ação humana, o segundo, nas palavras de Cheung et al. (2009, p. 40), “(...) é a quantidade de água utilizada na consecução de determinado uso, frequentemente expressa em termos de volume ou vazão (grifo nosso)”. Seguem alguns exemplos de consumo relacionados ao uso da água em residências (CHEUNG et al., 2009, p. 41): 6,8 L por descarga de uma bacia sanitária disponível no mercado brasileiro, sob diversos modelos e marcas e que observe a norma brasileira NBR 15.097/2004; 30 L/pessoa.dia para o banho em chuveiro elétrico com duração de 10 minutos à vazão de 0,05 L/s; 0,3 L/m2.dia para rega de plantas de um jardim. Trata-se da quantidade necessária e aproveitada pelas plantas em condições específicas de ocupação do solo pelos vegetais e em condições climáticas determinadas. O consumo efetivo não considera a permeação pelo solo que não é utilizada pelas raízes e a evaporação direta da superfície do solo; 110 L/hab.dia de água potável em usos diversos. O número corresponde à soma dos consumos efetivos desses usos, em termos médios, por pessoa ao longo do tempo. São todos exemplos de consumo efetivo, ou seja, considera-se neles apenas a quantidade de água utilizada para determinado fim isoladamente: por dia e pessoa. Porém, 26 quando da contabilização do consumo total, há de se considerar que esses índices flutuam em função de diversas variáveis, como, por exemplo: a quantidade de habitantes na residência e o respectivo consumo unitário, o clima da região e até mesmo a presença de hidrômetros na rede de distribuição de água. Segundo Marques e Sousa (2008, p. 20), está comprovado que as medições através de hidrômetros previnem o desperdício, pois as pessoas privilegiam a economia. O conceito de consumo total engloba ainda duas outras variáveis: a perda e o desperdício, o que é demonstrado por Cheung et al. (2009, p.46) através da seguinte equação: Consumo total = Consumo Efetivo + Perda + Desperdício A perda diz (CHEUNG et al., 2009, p. 42) respeito ao insumo de água que havia sido previsto em determinado uso, mas que não foi utilizado devido a alguma deficiência técnica intrínseca ao sistema ou mesmo impossibilidade financeira de arcar com os custos da reformulação desse sistema. Estas seriam as perdas ditas inevitáveis. Exemplo típico são os sistemas de aquecimento central de água, geralmente utilizado em edifícios residenciais. Neles, o ajuste da temperatura nos pontos de uso (chuveiro, lavatórios etc.) é feito através da manobra dos registros de água quente e fria até se chegar à vazão e temperatura desejadas. Durante todo esse tempo de ajuste, a água está sendo perdida. Em que pesem as perdas provocadas por um sistema como esse, de tecnologia inapropriada, em determinados casos, é financeiramente inviável reformular o sistema, dadas as proporções do investimento. Trata-se, portanto, de um tipo de perda inevitável ou intrínseca (CHEUNG et al., 2009, p. 42). Já as perdas ditas evitáveis, ainda segundo Cheung (2009, p. 46) correspondem ao conceito de desperdício. Dizem respeito às conhecidas negligências no uso diário da água praticadas por usuários sem consciência ambiental (nem econômica, diga-se de passagem): deixar a torneira aberta enquanto se escova os dentes ou se ensaboa a louça; utilizar água demais na rega do jardim; lavar calçada para retirar simplesmente areia, em vez de apenas varrer; abrir o chuveiro antes de se despir para o banho, entre outros. Além da negligência comportamental, outros possíveis causadores de desperdício também são deficiências técnicas ou características tecnológicas do sistema, mas que, diferentemente das perdas inevitáveis, estes podem ser remediados (CHEUNG et al., 2009, p.46). O consumo total de uma residência é denominado perfil de consumo residencial, o que é muito variável, como demonstrado acima, entre diferentes países e regiões, segundo 27 critérios culturais, climáticos, econômicos, etc. Os valores de referência sobre o consumo de água para atender às necessidades básicas são também bastante variáveis na literatura especializada: Gleik (1996) prevê um volume de 50 litros, ao passo que a ONU (2004), recomenda 40 litros e Swartz; Offringa (2006), 25 litros (apud CHEUNG et al., 2009, p.71). O consumo de água residencial inclui tanto o uso interno quanto o uso externo às residências. As atividades de limpeza e higiene são as principais responsáveis pelo uso interno, enquanto o externo deve-se à irrigação de jardins, lavagem de áreas externas, lavagem de veículos e piscinas, entre outros. Estudos realizados no Brasil e no exterior mostram que dentro de uma residência o maior consumo de água concentra-se na descarga dos vasos sanitários, na lavagem de roupas e nos banhos. Em média, 40% do total de água consumida em uma residência são destinados aos usos não potáveis (GONÇALVES et al., 2009, p.26). Annecchini (2005, p. 29) também mencionou que os usos não potáveis correspondem, em média, a 40% de toda a água consumida. Isto reforça a viabilidade da implementação de sistemas de abastecimento por águas pluviais. Representaria um grande avanço na busca pela sustentabilidade hídrica, na medida em que pouparia a água potável estritamente para usos que requeressem alto nível de pureza (como a preparação de alimentos), e transformando esses 40% de consumo em 40% de economia. 1. Alt (2009, p.24) apresentou uma estimativa bastante interessante da distribuição da água em uma residência, a fim de demonstrar o quanto se poderia economizar substituindo o sistema convencional pelo sistema de utilização da água de chuva, nos pontos de uso em que obviamente essa substituição poderia ser feita. Ele se baseou numa residência com 450m2 de área construída em um terreno de 1.200m2, onde moravam 5 pessoas. Os cálculos desenvolvidos pelo referido autor são mostrados na Tabela 3, 4 e 5. Tabela 3 – Exemplo de cálculo do volume mensal de água para uso interno não potável em uma residência com 5 pessoas. Uso interno Critério adotado Vazamento Volume por uso Consumo em litros/mês Bacia sanitária 5 descargas/ pessoa.dia 8%/descarga 9 L/descarga 7.290 0,2 carga/pessoa.dia - 170 L/ciclo 5.100 - - - 12.390 Lavagem de roupa Soma total do uso interno Fonte Adaptado de Alt (2009, p.24). 28 Tabela 4 - Exemplo de cálculo do volume mensal de água para uso externo não potável em uma residência com 500m2 de área de jardim, dois automóveis e piscina de (5 x 8 x 1,6) m. Uso externo Critério adotado Volume por uso Gramado ou jardim Lavagem de carro Manutenção da piscina Mangueira de jardim Soma total do uso externo 12 regas/mês 4 lavagens/mês 8 manutenções/mês 20 usos/mês 2 L/m².dia 150 L/lavagem 3L/m².dia 50L/dia Consumo mensal em litros 12.000 1.200 960 1.000 - - 15.160 L/mês Fonte: Adaptado de Alt (2009, p.25) Tabela 5 - Exemplo de cálculo do volume mensal de água total para fim não potável em uma residência com 5 moradores, 500m2 de área de jardim, dois automóveis e piscina de (5 x 8 x 1,6) m. Usos da água na residência para fins não potáveis Uso interno Uso externo Total Volumes mensais Percentuais 12.390 litros (ver Tabela 3) 15.160 litros (ver Tabela 4) 27.510 litros 45% 55% 100% Fonte: Adaptado de Alt (2009, p.26). No Gráfico 2 apresenta-se o percentual referente a cada uso de água para fim não potável referente ao exemplo apresentado por Alt (2009, p.24-25): uma residência com 5 moradores, 500m2 de área de jardim, dois automóveis e piscina de (5 x 8 x 1,6) m. Gráfico 2 - Usos de água para fins não potáveis referentes ao exemplo apresentado por Alt (2009, p.24-25): uma residência com 5 moradores, 500m2 de área de jardim, dois automóveis e piscina de (5 x 8 x 1,6) m. Fonte: Desenvolvido com base nos dados apresentados por Alt (2009, p.24-25). 29 No exemplo apresentado, o volume total referente aos consumos internos e externos, de 27.510 litros, poderia advir totalmente de águas pluviais, constituindo não apenas uma economia significativa para os usuários como uma contribuição importante para o meio ambiente. 3.3 APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA A seguir são apresentados aspectos gerais sobre água de chuva, incluindo um breve histórico do uso, importância do aproveitamento, utilização para fins não potáveis e dispositivos legais. 3.3.1 Histórico do uso da água de chuva O aproveitamento da água da chuva caracteriza-se por ser uma prática milenar. Thomaz (2003) e Oliveira (2004) apud Alt (2009, p. 6) registraram a utilização desse tipo de fonte hídrica por civilizações das mais remotas: Datam de 3000 a.C. reservatórios cavados em rochas na Ilha de Creta, com o fim de captar a água da chuva para o consumo humano; Na Mesopotâmia, por volta de 275 a.C., também se utilizavam águas de chuva; Em Istambul na Turquia, durante o governo de César Justinian (a.C. 527-565), foi construído um dos maiores reservatórios do mundo denominado de “Yerebatan Saray”; A fortaleza de Massada tomada dos judeus por Herodes, 37 a.C, que construiu dois palácios cuja autossuficiência de água foi possível pela construção de enormes cisternas escavadas na pedra, com capacidade para mais de 40 milhões de litros. No Brasil, em específico, métodos de captação de água de chuva foram encontrados nas fortalezas construídas pelos portugueses na ilha de Santa Catarina. Dentre estas, a fortaleza construída na ilha de Ratones (século XVIII), não possuindo água doce, era abastecida por 30 uma cisterna que armazenava a água das chuvas que escorria pelos telhados, tanto para consumo das tropas como para outros usos (ALT, 2009, p.7). Mais recentemente, observa-se a tendência a reinvestir nessa metodologia a bem de aproveitar o insumo de água que advém das chuvas e, assim, descongestionar as demais fontes. Em âmbito nacional, destacam-se, nesse sentido, algumas edificações modernas: o Aeroporto Santos Dumont e o Estádio João Havelange, respectivamente com uma área de captação de 12.650m² e 12.500m², ambas no Rio de Janeiro; e o templo da Igreja Universal, de São José do Rio Preto – SP, cuja área de captação de 2850m², localizada em toda a extensão do telhado, é capaz de armazenar 150.000 litros (ALT, 2009, p.8). O exemplo mais significativo, entretanto, é o Programa de Formação e Mobilização Social para a Convivência com o Semiárido: Um Milhão de Cisternas Rurais ou AP1MC (Associação Programa Um Milhão de Cisternas), cujo objetivo é Contribuir, através de um processo educativo, para a transformação social, visando a preservação, o acesso, o gerenciamento e a valorização da água como um direito essencial da vida e da cidadania, ampliando a compreensão e a prática da convivência sustentável e solidária com o ecossistema do semi- árido (FEBRABAN; AP1MC, 2003). Mais especificamente, o projeto tem por meta construir um milhão de cisternas (16 mil litros) para armazenamento de água de chuva, beneficiando um milhão de famílias rurais do semiárido brasileiro. O programa atinge cerca de 5 milhões de pessoas, distribuídas nos estados da Bahia, Sergipe, Alagoas, Pernambuco, Rio Grande do Norte, Ceará e Piauí, além do norte de Minas Gerais e o Nordeste do Espírito Santo. Para a consecução desse objetivo, a Federação Brasileira de Bancos (FEBRABAN) é uma das parceiras da Articulação no SemiÁrido Brasileiro (ASA), que concebeu, gere executa o projeto. A Associação Brasileira de Captação e Manejo de Água de Chuva (ABCMAC) revela que iniciativas como essas são muito recentes aqui no Brasil. Tudo teria começado no final dos anos 70, quando a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) começou a fazer experiências com cisternas para água pluvial e barragens subterrâneas. Desde os anos 90, com o apoio do Instituto Regional da Pequena Agropecuária Apropriada (IRPAA), a EMBRAPA tem promovido a realização de vários Simpósios Brasileiros de Captação de Água de Chuva, o que tem dado grande impulso à divulgação dessa tecnologia (ABCMAC, 2011). 31 3.3.2 Importância do aproveitamento da água de chuva Em vista dos sinais de esgotamento dos recursos hídricos e a fim de evitar o colapso do abastecimento de água, medidas urgentes precisam ser adotadas, dentre as quais: reduzir o consumo de água, preservar os seus mananciais e promover a recarga das águas subterrâneas. Mas não são suficientes para reverter o quadro. É preciso fazer mais. Procurar novas fontes de abastecimento é, portanto, da maior importância: O gerenciamento do uso da água e a procura por novas alternativas de abastecimento como o aproveitamento das águas pluviais, a dessalinização da água do mar, a reposição das águas subterrâneas e o reuso da água estão inseridos no contexto do desenvolvimento sustentável (AGENDA 21, 2001 apud Giacchini e Andrade Filho, 2005, p. 1). O aproveitamento da água de chuva é uma alternativa de suprimento para o abastecimento dos pontos de consumo de água não potável sendo, segundo Gonçalves e Jordão (2006, p.15) uma importante prática na busca da sustentabilidade hídrica. Do ponto de vista econômico, por se tratar de um sistema cuja tecnologia é relativamente simples, sua implementação é pouco onerosa. Além do mais, ao longo do uso do sistema, o usuário perceberia a redução das despesas com o consumo de água tratada, sobretudo nas indústrias e grandes estabelecimentos em geral que consomem um volume mais elevado (GIACCHINI; ANDRADE FILHO, 2005, p. 2). O método inovador representa, ainda, uma importante ferramenta para garantir a sustentabilidade urbana, uma vez que, reduzindo o escoamento superficial, minimiza as chances de ocorrência de enchentes (Annecchini, 2005, p. 22). Os ganhos são muitos, mas o mais significativo é, sem dúvida, a melhoria da qualidade de vida das comunidades, sobretudo das mais carentes, que teriam sua saúde e bens menos afetados pelas mazelas trazidas pelas enchentes. E, o mais importante: o meio ambiente só se beneficiaria. Sendo as águas pluviais utilizadas para fins não potáveis, a água potável deixaria de ser subutilizada e, dessa forma, seria utilizada sob critérios mais estritos. Além do mais, acrescenta Giacchini (2009?, p. 25), a aplicação da água da chuva para usos externos da edificação (irrigação, limpeza de pátios e veículos) propiciaria “o retorno das águas pluviais para a bacia hidrográfica, via sistema de drenagem urbana, reduzindo, assim, as interferências em tal bacia”. A medida se reflete positivamente também em âmbito social. Uma vez em maior quantidade, a água potável se tornaria mais acessível a toda a população, que também sentiria 32 no orçamento familiar a redução das despesas. Contribuiria, assim, para a inclusão social. Sem falar nos benefícios para a saúde das pessoas, para a solução dos conflitos de uso, para o fim do sofrimento com as enchentes, enfim, para o desenvolvimento sustentável deste planeta. 3.3.3 Utilização da água de chuva para uso não potável A tecnologia de aproveitamento da água da chuva, segundo descreve Giacchini (2009?), consiste nas seguintes etapas e técnicas: Captação da água que precipita no telhado; Filtragem: descarte inicial, unidades de sedimentação, tratamento e melhoria da qualidade da água; Armazenagem em reservatórios; Abastecimento dos locais de uso; Drenagem do excesso de água, em caso de chuvas intensas; Complementação da falta de água em caso de estiagem prolongada. A água de chuva é tipicamente indicada para consumo direto em usos não potáveis. A indicação para os usos de água de chuva têm se limitado a água de serviço e descarga de vasos sanitários. De forma menos frequente encontram-se indicações para uso na lavagem de roupa. Na Austrália, onde a utilização de água de chuva atinge percentuais expressivos da população, inclusive como única fonte, um estudo epidemiológico comparou a incidência de doenças diarreicas em crianças que recebiam apenas água de chuva com crianças que recebiam apenas água do sistema público. Não se encontrou diferença entre eles, o que sugere que o uso de água de chuva pode ser mais diversificado no ambiente doméstico. Experiências em andamento no semiárido nordestino apontam também para a viabilidade do uso seguro de água de chuva como única fonte. Entretanto, sua utilização necessita de estudos acerca da viabilidade e eficiência no atendimento das demandas a que será destinada, avaliação dos possíveis riscos sanitários, adequação das instalações hidráulicas prediais, dimensionamento do sistema de captação, coleta e reservação observando as características locais (COHIM et al., 2009, p.322). 33 A água da chuva é geralmente utilizada para fins não potáveis, visto estar geralmente combinada com elementos que a tornam impura e de difícil tratamento para fins potáveis. Tais elementos têm as mais diversas origens: partículas poluentes presentes na atmosfera, microorganismos patológicos presentes nos solos e no ar, poluentes urbanos etc. No item 3.3.3.1, encontra-se uma análise mais detida desses entraves à pureza das águas pluviais que, no entanto, não inviabilizam seu uso para determinados fins. A Figura 2 apresenta um esquema de utilização de água de chuva em uma residência. Figura 2 - Esquema de utilização de água de chuva em uma residência. Fonte: 3P-Technik do Brasil apud Ecocasa (2011). 3.3.3.1 Fatores que influenciam na qualidade da água de chuva Os fatores que influenciam na qualidade da água da chuva devem ser analisados em alguns momentos do ciclo hidrológico, tanto quanto nas etapas de captação e aproveitamento da água da chuva para posterior uso nas residências. 34 Inicialmente, na atmosfera, a água, em suspensão, combina-se com partículas sólidas. Em função, portanto, do nível de poluição presente na atmosfera a água da chuva será mais ou menos ácida. Livre de poluição, ela apresenta normalmente um pH em torno de 5,7 (levemente ácido), resultado da formação de ácido carbônico (H2CO3) a partir do dióxido da carbono (CO2) naturalmente presente no ar. Já em centros urbanos e em pólos industriais, tal índice pode chegar a valores inferiores a 5,0, caracterizando o fenômeno conhecido como “chuva ácida” (Alt, 2009). A acidificação da chuva está associada, principalmente, a presença de NOx e SO2, oriundos de processos de combustão, que na atmosfera oxidam-se a nitrato e sulfato. Além disso, a radiação solar e as reações desses gases com a água da chuva formam o ácido nítrico e sulfúrico que diminuem o pH da água da chuva de acordo com a poluição atmosférica (SEINFELD; PANDIS, 1998 apud Annecchini, p. 47). Quando escoa sobre a superfície de captação a água lava e carreia resíduos diversos, compreendendo pós, fragmentos de vegetação, materiais que se soltam da cobertura e diversos microrganismos provenientes de excretas eliminados por animais que ficam acumulados na cobertura no intervalo entre duas chuvas. Materiais particulados de diversas dimensões e microrganismos causam deterioração da qualidade das águas de chuva, com desenvolvimento de odores e sabores desagradáveis, além de riscos à saúde, cujos níveis ainda não são conhecidos (ALVES et al., 2009, p.250). Ao atingir o solo, a água da chuva tem suas características físicas e químicas alteradas, uma vez que as superfícies (telhados, calçadas, ruas etc), estão sempre expostas a microrganismos patogênicos e poluentes urbanos. De acordo com o tipo de superfície que atingem, as águas podem ser mais ou menos poluídas. A composição da água da chuva pode variar segundo diversos fatores: localização geográfica, regime dos ventos, proximidade da vegetação etc. Em locais próximos à costa, por exemplo, a essa composição tende a apresentar elementos como o sódio, o potássio, o magnésio, o cloro. Já, os grandes centros urbanos, que, geralmente, lançam na atmosfera, poluentes como os óxidos de enxofre e nitrogênio, monóxido de carbono, hidrocarbonetos, material particulados etc, a chuva tende a ser mais ácida (Annecchini, 2005, p. 45). Alt (2009) mencionou que, em estudos feitos sobre diferentes superfícies de coleta, as concentrações de poluentes sobre as ruas são, em média, aproximadamente, 3,7 vezes as concentrações sobre as calçadas e 19,2 vezes as dos telhados. Sendo que as concentrações dos Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAP) nas ruas chegam a ser 179,2 vezes maiores 35 do que as concentrações sobre os telhados e 19,8 vezes maiores que as concentrações dos escoamentos sobre as calçadas (Gray et al. apud Alt, 2009). Em pesquisa realizada na Universidade de São Paulo, foram constatadas as seguintes características da água de chuva coletada e armazenada em reservatório (ANA, 2005, p.61): Propriedades de água mole; pH entre 5,8 e 7,6; DBO5,20: menor que 10 mg/L; Presença de coliformes fecais em mais de 98% das amostras realizadas; Presença de bactérias: (i) clostrídio sulfito redutor (91% das amostras) que pode causar intoxicação alimentar, entre outras doenças; (ii) enterococos (98% das amostras) que podem causar diarreia aguda e (iii) pseudomonas (em 17% das amostras) que podem ocasionar infecções urinárias. 3.3.3.2 Informações necessárias para concepção do sistema de aproveitamento da água de chuva A utilização de águas pluviais, como fonte alternativa ao abastecimento de água requer, tanto a gestão da qualidade quanto da quantidade. Para realizar o aproveitamento da água da chuva em uma edificação é preciso ter conhecimento sobre estes fatores interferentes no sistema. Assim, quanto maior a área de captação, mais chuva poderá ser coletada. O índice pluviométrico da região mostra a distribuição das chuvas ao longo do ano, e quanto mais regulares, mais confiável será o sistema. Em última analise, o volume do reservatório de armazenamento define a eficiência do sistema: quanto maior o reservatório mais chuva poderá ser armazenada, o que reflete sobre o custo do sistema (PHILIPPI et al., 2006, p.112). Para dimensionamento de um sistema de aproveitamento de água pluvial devem ser considerados (ANA, 2005, p.62): Área disponível para coleta; Vazão de água calculada pela fórmula racional, considerando o índice pluviométrico médio da região; Estimativa de demanda para o uso previsto e 36 Dimensionamento da reserva de água, considerando os períodos admissíveis de seca. 3.3.3.3 Tratamento da água de chuva para uso não potável Para resguardar a qualidade da água captada, interessa manter as superfícies de coleta sempre limpas, ou minimamente limpas, já que a manutenção perfeita seria impraticável dada a presença de animais e de poluentes atmosféricos trazidos pelos ventos. Alguns artifícios podem, no entanto, ser utilizados a fim de minimizar essas influências: a utilização de superfícies sem reentrâncias e bem inclinadas, por exemplo, dificultam, respectivamente, o acúmulo de dejetos e a permanência de animais. No caso específico de captação em coberturas, os melhores telhados quanto à facilidade de limpeza e ao aspecto bacteriológico são pela ordem: metálico, fibrocimento, plásticos, telhas cerâmicas (Terry, 2001 apud Alt, 2009). „O método mais viável de limpeza é, todavia, o que ficou conhecido na literatura especializada como “first flush” ou “primeiro fluxo”, isto é, a utilização de parte da própria chuva para “lavar” a superfície coletora, cuidando para que essa porção seja descartada. Nesse período inicial de escoamento, a concentração de poluentes é bem mais elevada que nos momentos seguintes em que a água será realmente captada a fim de ser aproveitada (Annecchini, 2005, p. 40). O dimensionamento do primeiro fluxo, segundo Alt (2009), depende dos poluentes e do período seco antecedente. Alguns dispositivos foram projetados especificamente para a eficaz eliminação dessas primeiras águas. Quando da discussão sobre do tratamento da água da chuva para fins não potáveis, eles serão descritos em maiores detalhes. O armazenamento da água da chuva em reservatório também constitui etapa importante no controle de qualidade do processo de aproveitamento dessa água. Por isso, as seguintes medidas devem ser adotadas (Annecchini, 2005, p. 44 e 45): Fechar hermeticamente a tampa de inspeção e instalar grade na saída do extravasor (ladrão), a fim de evitar a entrada de pequenos animais, assim como evitar a proliferação do Aedes Aegypti, uma vez que a água permanecerá parada; 37 Evitar a entrada de luz solar, impedindo a proliferação de algas, além de outros organismos que comprometam a saúde dos usuários do sistema; Providenciar para que o fundo do reservatório tenha um pequeno declive a fim de permitir o escoamento total; Realizar, ao menos uma vez ao ano, uma limpeza geral do reservatório, eliminando os dejetos que se sedimentaram ao longo do tempo. Giacchini (2009?) acrescenta a estes a necessidade de construir sistemas independentes para água de chuva e água potável a fim de evitar o risco de contaminação. Há de se considerar, por fim, o ponto de uso, ou seja, o dispositivo final através do qual a água será diretamente utilizada pelo usuário. Mesmo que o destino dessas águas seja geralmente a bacia sanitária ou as mangueiras de jardins, as seguintes exigências são, geralmente, importantes de serem obedecidas (Alt, 2009): O odor e a cor não podem ser desagradáveis; O pH deve variar entre 5,8 e 8,6; O cloro residual deve ser ≤ 0,5mg/L; Os coliformes totais devem ser ≤ 1000/100mL; Sólidos em suspensão (SS) ≤ 30mg/L. De acordo com a NBR 15527:2007 (ABNT, 2007, p.7), os padrões de qualidade devem ser definidos pelo projetista de acordo com a utilização prevista. Os padrões de qualidade da água para usos mais restritivos são aqueles mostrados. 38 Tabela 6 - Parâmetros de qualidade de água de chuva para usos restritos não potáveis Parâmetro Coliformes totais Coliformes termotolerantes Cloro residual livre a Análise Semestral Semestral Mensal Turbidez Mensal Cor aparente (caso não seja utilizado nenhum Mensal corante, ou antes, da utilização) Valor Ausência em 100 mL Ausência em 100 mL 0,5 a 3,0 mg/L < 2,0 uT b, para usos menos restritivos < 5,0 uT < 15 uH c pH de 6,0 a 8,0 no caso de tubulação de aço carbono ou galvanizado NOTA 1 Podem ser usados outros processos de desinfecção além do cloro, como a aplicação de raio ultravioleta e aplicação de ozônio. a No caso de serem utilizados compostos de cloro para desinfecção. b uT é a unidade de turbidez. c uH é a unidade de Hazen. Deve prever ajuste do pH para proteção das Mensal redes de distribuição, caso necessário Fonte: ABNT (2007, p.7). Segundo Alves et al. (2008, p.101), o tratamento de águas pluviais escoadas de telhados é composto por: filtração de materiais grosseiros; descarte das águas de escoamento inicial; filtração de materiais particulados finos; desinfecção. Remoção de materiais grosseiros: De acordo com Philippi et al. (2006, p.98), em qualquer sistema adotado para a coleta da água da chuva, deve-se evitar a entrada de folhas, gravetos ou outros materiais grosseiros no reservatório de armazenamento final, uma vez que estes poderão se decompor prejudicando a qualidade da água armazenada. A instalação de filtros, telas ou pode promover a remoção deste tipo de material, conforme pode ser visualizado nas Figuras 3 e 4. 39 Figura 3 - Filtração de material grosseiro para sistemas de aproveitamento de água de chuva Fonte: Ecocasa (2011) Figura 4 – Dispositivos para remoção de materiais grosseiros Fonte: Adaptado de Texas Guide to Rainwater Harvesting (1997) apud Philippi et al. (2006, p.99). 40 Descarte da primeira água: Inúmeros estudos na literatura técnica têm evidenciado que a primeira chuva ou chuva inicial é mais poluída, por lavar a atmosfera e a superfície de captação, quer sejam telhados ou superfícies do solo (PHILIPPI et al., 2006, p.98). Os dispositivos mostrados nas Figuras 5 e 6 tem como princípio o “first flush”, acima descrito, ou seja, ambos visam a eliminar os primeiros milímetros de água que atingem a superfície do reservatório. Tratam-se de “mini-reservatórios” que, acoplados ao grande reservatório, armazenam as primeiras chuvas, mais contaminadas pelas impurezas, impedindo, que elas contaminem as águas seguintes, menos poluídas. O reservatório de eliminação de primeira chuva deve ter capacidade para armazenar de 0,8 a 1,5 L/m² de área de captação, o que também pode ser expresso como 0,8 a 1,5 mm de chuva por m² de área de captação (Dacach, 1981 apud Annecchini, 2005, p. 40). A NBR 15527:2007 (ABNT, 2007, p.2) considera que o dispositivo de descarte de água, quando utilizado, deve ser dimensionado pelo projetista e, na falta de dados, recomenda o descarte de 2 mm de precipitação inicial. Figura 5: Dispositivo para descarte da primeira água de chuva Fonte: Ranatunga (1999) apud Annecchini (2005, p. 41). 41 Figura 6 – Descarte da primeira água de chuva utilizando um tonel Fonte: Dacach (1990). Filtração de materiais particulados finos: De acordo com Alves et al. (2008, p.102), a filtração de materiais particulados finos em grande parte dos filtros disponíveis no mercado opera com a água sob pressão. Entretanto, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT) desenvolveu um filtro de fabricação simples e que não requer pressurização da água para filtração, conforme mostra a Figura 7. O filtro foi construído de forma a incorporar a filtração do material grosseiro na parte superior e de material particulado fino na parte inferior utilizando areia média lavada como meio filtrante, com 10 cm de espessura e taxa de aplicação de 336m³/m²/dia. Desinfecção: Para desinfecção, a critério do projetista, pode-se utilizar derivado de cloro, raios ultravioleta, ozônio e outros. Em aplicações onde é necessário um residual desinfetante, deve ser usado derivado clorado (ABNT, 2007, p.4) 42 Figura 7 – Esquema simplificado do filtro de material grosseiro e fino desenvolvido pelo IPT Fonte: Alves et al. (2008, p.102). Outras considerações sobre o tratamento de água de chuva: Os estudos desenvolvidos no Edital 4 do Programa de Pesquisas em Saneamento Básico (PROSAB) indicaram alguns pontos fundamentais, entre os quais citam-se (JORDÃO, 2006, p.325): A água da chuva é de muito boa qualidade, mas se torna contaminada após passagem pela superfície de captação; A água, antes com pH tipicamente ácido, da ordem de 5,6, se torna alcalina após a passagem por um filtro de areia, usual para melhoria da qualidade; A melhoria de qualidade, para atender padrões superiores, é facilmente obtida através de uma filtração em leito grosseiro de areia; A acumulação em reservatório tende a fazer crescer a DBO, sendo imprescindível que o reservatório não receba luz solar, e seja fechado, a fim de minimizar a geração de algas; A maneira mais simples de se praticar a desinfecção é através da cloração, que, a nível domiciliar pode ser realizada facilmente através de pastilhões de cloro. O guia de aproveitamento de água de chuva do Texas, EUA, propõe medidas de proteção para o uso da água da chuva antes de seu consumo (Tabela 7), sendo que uma 43 filtração e alguma forma de desinfecção é o mínimo necessário quando esta água for utilizada para consumo humano (beber, escovar os dentes, cozinhar) (TEXAS GUIDE TO RAINWATER HAVERSTING, 1997 apud PHILIPPI et al., 2006, p.102). Tabela 7 – Técnicas de tratamento de água de chuva em função da localização no sistema de aproveitamento. Técnicas de tratamento Método local Resultado Telas e grades Calhas e tubo de queda Previne entrada de folhas e galhos no sistema Sedimentação No reservatório Sedimenta matéria particulada Filtração Na linha de água Após bombeamento Filtra sedimentos Carvão ativado Na torneira Remove cloro Osmose reversa Na torneira Remove contaminantes Camadas mistas Tanque separado Captura material particulado Filtro lento Tanque separado Captura material particulado Desinfecção Fervura/destilação Antes do uso Elimina microorganismos Tratamento químico (cloro ou iodo) No reservatório ou no bombeamento (líquido, tablete/pastilha ou granulado) Elimina microorganismos Radiação ultravioleta Sistemas de luz ultravioleta devem estar localizados após passagem por filtro Elimina microorganismos Antes da torneira Ozonização Elimina microorganismos Fonte: Texas Guide to Rainwater Harvesting (1997) apud Philippi et al. (2006, p.103). 3.3.4 Legislação e normas relacionadas ao uso de água de chuva Até agora, foi visto que o problema da escassez de água está associado ao uso indiscriminado desse bem e à poluição dos mananciais, o que é potencializado pelo crescimento populacional e pela impermeabilização dos solos. Esquece-se, todavia, de apontar a responsabilidade do Estado em tudo isso. Trata-se de um problema em escala mundial e, 44 sendo assim, requer medidas de ordem pública, que estimulem o uso sustentável da água para a população como um todo; não basta que apenas uma parcela desta se conscientize. Como se havia de esperar, dado o descaso com que muitos encaram o problema da escassez de água nos nossos dias, na maioria dos estados brasileiros ainda não existem normas técnicas que regulamentem o aproveitamento da água da chuva, seja pra fins potáveis ou não potáveis Annecchini (2005, p. 57). Com exceção do estado de São Paulo, apenas municípios instituíram legislações com o objetivo de controlar enchentes, conservar a água e fazer o uso racional da mesma. O Código Sanitário do Estado de São Paulo, Decreto 12.342 de 27/09/78, determina, em seu artigo 12, que sistemas de água não potável não devem ser misturados ou ter interligação ao sistema público de água potável. E, no artigo 19, prevê que não se podem introduzir águas pluviais na rede de esgoto. Art. 12 – Não será permitida: (...) III – a interlocução de tubulações ligadas diretamente a sistemas públicos com tubulações que tenham água proveniente de outras fontes de abastecimento. Art. 19 – É expressamente proibida a introdução direta ou indireta de águas pluviais ou resultantes de drenagem nos ramais prediais de esgotos. Já a lei Nº. 13.276 de 04/01/02 torna obrigatória na Capital Paulista a execução de reservatório para as águas coletadas por coberturas e pavimentos nos lotes, edificados ou não, que tenham área impermeabilizada superior a 500m². A lei estabelece que a água captada deverá preferencialmente ser infiltrada no solo, podendo ser direcionada à rede de drenagem após uma hora do término da chuva ou ainda ser utilizada para fins não potáveis. Na Cidade de São Paulo, bem como em outras cidades do estado, tal determinação tem como principal objetivo minimizar o risco de enchentes. O mesmo foi previsto para a cidade do Rio de Janeiro através do Decreto Municipal Nº 23.940/04, mas com algumas ressalvas quanto à utilização da água da chuva, apontando medidas a serem tomadas quando da sua utilização para fins não potáveis: a) proceder à identificação do sistema com sinalização de alerta, para evitar o consumo indevido; b) garantir padrões de qualidade da água apropriados ao tipo de utilização previsto, definindo os dispositivos, processos e tratamentos necessários para a manutenção da sua qualidade; c) impedir a contaminação do sistema predial de água potável proveniente da rede pública, sendo proibida qualquer comunicação entre este sistema e o sistema predial destinado à água não potável (Annecchini, 2005, p. 57). 45 Já no Município de Curitiba, a lei Nº. 10.785 de 18/09/03 criou o Programa de Conservação e Uso Racional da Água nas Edificações – PURAE, que tem como objetivo instituir medidas visando induzir à conservação e uso racional e a utilização de fontes alternativas para captação de água nas novas edificações, bem como a conscientização dos usuários sobre a importância da conservação da água. A lei municipal tratou da implantação de sistemas de captação da água de chuva em novas edificações sem o que seria negado o alvará de construção (Giacchini, 2009?, p. 23). Art. 7º. A água das chuvas será captada na cobertura das edificações e encaminhada a uma cisterna ou tanque, para ser utilizada em atividades que não requeiram o uso de água tratada, proveniente da Rede Pública de Abastecimento, tais como: a) rega de jardins e hortas, b) lavagem de roupa; c) lavagem de veículos; d) lavagem de vidros, calçadas e pisos. Art. 10. O não cumprimento das disposições da presente lei implica na negativa de concessão do alvará de construção, para as novas edificações. Em termos de normatização, a Norma Brasileira – NBR, 15.527 – Água da Chuva – Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis (publicada em 24.10.2007 pela Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT) prescreve as diretrizes de projeto e dimensionamento dos sistemas de água de chuva. Já o projeto do sistema de coleta da água de chuva deve atender as normas técnicas, ABNT – NBR 5.626 e NBR 10.844, além de dispor sobre “o alcance do projeto, a população a ser atendida, a determinação da demanda, bem como os estudos das séries históricas e sintéticas das precipitações da região” (ABNT, 2007). 46 4 4.1 MATERIAL E MÉTODOS CARACTERIZAÇÃO DO OBJETO DE ESTUDO Trata-se de uma residência localizada na Rua Abraham Tahim, 1969, Capim Macio, zona sul, na circunscrição imobiliária da 3ª Zona da cidade do Natal. A área total do terreno corresponde a 300,00 m², dos quais, aproximadamente, 45,64 m² de área de jardim e 164,40 m² de área construída (incluindo os 172,125 m² de telhado, do tipo cerâmico). A residência é composta por doze ambientes: terraço, sala de estar, sala de jantar, sala de vídeo, cozinha, despensa, três quartos e três banheiros. As Figuras 8 a 11 apresentam fotografias de algumas vistas da residência estudada. Figura 8 – Vista frontal esquerda da residência estudada. Fonte: Autoria própria (2011). 47 Figura 9 – Vista frontal direita da residência estudada. Fonte: Autoria própria (2011). Figura 10 - Vista 1 da calha e do cano condutor de água pluvial da residência estudada. Fonte: Autoria própria (2011) 48 Figura 11 - Vista 2 da calha e do cano condutor de água pluvial da residência estudada. Fonte: Autoria própria (2011) Natal, a cidade em que se localiza a residência estudada, apresenta características climáticas bem específicas, típicas do clima tropical úmido, com temperatura média em torno de 26ºC, devido a sua proximidade com a linha do equador. Dada sua situação geográfica (5º45´55´´Sul/35º12´05´´Oeste), possui elevados níveis de radiação solar durante todo o ano. Ao longo de dez anos de observação de superfície, Motta (2004, p.1 e 114) colheu dados que lhe permitiram concluir que o índice pluviométrico anual da cidade varia entre 800 e 1600 mm, com maior concentração de chuvas nos meses de abril e julho. 4.2 ETAPAS PARA PRÉ-DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA DE CHUVA PARA USO NÃO POTÁVEL 4.2.1 Estimativa da demanda de água para usos não potáveis Na residência estudada, os usos da água para fins não potáveis incluíram os seguintes pontos de consumo: vaso sanitário, máquina de lavar roupa, tanque, torneira de jardim para irrigação de jardim e lavagem de pisos e calçadas. Para a estimativa da demanda de água para fins não potáveis foram analisados: (i) o consumo médio de água mensal na residência nos últimos dois anos, utilizando-se dados da 49 conta de água da Companhia de Água e Esgoto do Rio Grande do Norte (CAERN) e (ii) o percentual e respectivo volume destinado para fins não potáveis, considerando os pontos de consumo da residência e as informações disponíveis na literatura técnica. 4.2.2 Levantamento da pluviometria de Natal/RN Motta (2004), após dez anos de observações de superfícies, feitas hora-a-hora, nas vinte e quatro horas do dia, pôde construir uma tabela detalhada (Tabela 8) contendo valores pluviométricos distribuídos em turnos, meses, número de dias (por turno e no mês) registrando ainda a ocorrência de menor e maior índices. A partir da Tabela 8 (série histórica de 10 anos), foi calculado o índice pluviométrico médio anual e construído um gráfico com a precipitação média mensal de Natal. Tabela 8 – Valores de precipitações em Natal, RN, obtidos em um levantamento durante dez anos. Mês Jan Fev Mar Turnos de cada dia 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 Precipitações (mm) Soma por turno 28,8 25,0 8,7 3,4 23,7 25,0 17,5 7,4 64,2 49,9 27,1 47,3 Média mensal 65,9 73,6 188,5 Número de dias com ocorrência de precipitação Por turno 6,2 6,8 2,8 2,6 5,4 6,8 2,8 2,2 10,4 10,4 4,2 6,8 Faixa de precipitação (mm) em um período de dez anos Média mensal Maior Menor 4,6 51,9 0,1 4,3 58,5 0,1 7,9 132,8 0,1 Cont. 50 Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 00 – 06 06 – 12 12 – 18 18 – 00 76,9 35,7 29,8 15,2 49,5 50,4 27,4 34,9 106,4 81,9 38,8 51,5 63,6 78,9 38,6 35,6 27,8 24,7 8,5 14,0 19,8 24,6 7,6 9,1 6,4 8,3 5,2 2,7 10,7 7,2 0,8 3,3 11,8 17,5 11,9 9,1 157,6 162,2 278,6 216,7 75,0 61,1 22,6 22,0 50,3 8,4 8,8 5,0 5,0 9,0 8,2 4,6 7,4 16,2 12,0 9,4 9,4 11,8 13,4 9,2 9,8 9,0 9,0 4,4 4,4 8,2 6,4 2,4 4,2 5,0 5,2 1,8 2,2 3,8 3,4 1,2 1,8 5,0 5.6 1,2 2,8 6,8 60,3 0,1 7,3 64,1 0,1 11,7 87,1 0,1 11,0 60,1 0,1 6,7 88,5 0,1 5,3 56,5 0,1 3,5 19,1 0,1 2,5 13,5 0,1 3,6 43,1 0,1 Fonte: Adaptado de Mota (2004, p.107). 4.2.3 Dimensionamento do volume de reservação de água de chuva pelo método de Rippl O dimensionamento do volume de reservação foi calculado pelo método de Rippl, apresentado na NBR 15527/2007 (ABNT, 2007, p. 6), conforme apresenta a equação 2. 51 V D (t) (eq.2) Somente para valores S(t) 0 S(t) = D(t) – Q(t) Sendo: Q(t) = C x precipitação da chuva (t) x área de captação Sendo que: D Onde: S(t) é o volume de água no reservatório no tempo t; (t) Q (t) Q(t) é o volume de chuva aproveitável no tempo t; D(t) é a demanda ou consumo no tempo t; V é o volume do reservatório; C é o coeficiente de escoamento superficial (0,75). Para realizar o dimensionamento de reservatório de água de chuva pelo método de Rippl, utilizou-se a planilha mostrada na Tabela 9, a qual foi desenvolvida por Annecchini (2005, p. 80). Os dados de entrada e de saída dessa planilha são detalhados a seguir: Coluna 1 – Período de tempo em meses. Coluna 2 – Chuva média mensal (mm). Coluna 3 – Volume correspondente à demanda mensal constante de água de chuva (m³). Coluna 4 – Área de captação de chuva do sistema (m²). Coluna 5 – Volume aproveitável mensal de chuva (m³), correspondente ao volume mensal de chuva coletado pelo sistema. Este valor é obtido pela multiplicação da coluna 2 com a coluna 4 e com o coeficiente de escoamento superficial. O resultado da multiplicação é dividido por 1.000 para obter-se o valor de produção de chuva em metros cúbicos. Coluna 6 – Diferença entre os valores de demanda e volume aproveitável de chuva, obtido pela subtração da coluna 3 pela coluna 5. Os resultados negativos desta subtração indicam que há excesso de chuva, e os resultados positivos indicam que há falta de chuva, ou seja, o volume demandado é superior ao volume de chuva produzido. Coluna 7 – Somatório dos valores positivos da coluna 6. Nesta coluna, não são computados os valores negativos da coluna 6, pois estes indicam que há sobra de água de chuva. 52 O volume do reservatório é obtido na linha 14, que corresponde ao valor máximo encontrado na coluna 7. Tabela 9 – Planilha de cálculo do Método de Rippl. Coluna 1 Coluna 2 Coluna 3 Meses Chuva média mensal (mm) Demanda constante mensal (m³) Coluna 4 Coluna 5 Volume Área de aproveitável captação (m²) mensal de chuva (m³) Coluna 6 Demanda Volume aproveitável (m³) Coluna 7 Soma dos valores positivos da coluna 6 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Volume do reservatório de armazenamento (m³) Fonte: Adaptado de Annecchini (2005, p.80). 4.2.4 Estimativa da economia financeira pela redução do uso de água potável da rede pública Para estimativa da economia financeira referente à diminuição do consumo de água potável fornecida pela CAERN, na residência em estudo, foram considerados: (i) demanda de água para usos não potáveis; (ii) custo da tarifa de água cobrada pela CAERN e (iii) taxa de esgoto em função do consumo de água. 53 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1 RESULTADOS RELACIONADOS À ESTIMATIVA DA DEMANDA DE ÁGUA PARA USOS NÃO POTÁVEIS NA RESIDÊNCIA ESTUDADA A Tabela 10 apresenta os cálculos estimativos da demanda total de água para fins não potáveis na residência estudada Tabela 10 – Estimativa da demanda total de água para fins não potáveis na residência estudada Número de usuários (habitantes) Demanda interna Vaso sanitário Máquina de lavar roupa Unidade Faixa Volume de descarga L/descarga 6 a 151 Frequencia de uso Descarga/hab/dia Consumo L/dia 3 a 61 - Volume por ciclo Frequancia de uso Consumo Demanda externa Área Gramado ou jardim Área impermeável Lavagem de carro 4 Volume por área L/ciclo Ciclo/dia L/dia Faixa m2 2 Frequencia de rega Consumo Área m 2 2 Frequencia de lavagem Consumo Número de carros Volume por lavagem L/dia/m Lavagem/mês L/dia Unidade L/lavagem/carro Frequencia de lavagem Lavagem/mês Consumo L/dia 1 - Unidade L/dia/m Rega/mês L/dia Volume por área 100 a 200 Consumo Unitário (valor Total (valor adotado) calculado) 9 - 21 4 - - 144 150 1 - 150 Consumo Unitário (valor Total (valor adotado) calculado) 45,6 2 - 8 a 12 - 9 - 27,4 - 1 3 46,8 - 2 3 - 2 8 1 100 37,4 - 3 - - 10 8 - 80 a 1501 1 a 41 - 369 DEMANDA TOTAL PARA FINS NÃO (L/dia) 11 POTÁVEIS (m³/mês) Fonte: Dados da pesquisa (2011); 1Tomaz (2000) apud Annecchini (2005, p.51); 2Annecchini (2005, p.77). 54 A demanda de água para fim não potável foi avaliada tanto para o suprimento da necessidade interna, quanto da externa. No uso interno da residência em estudo, verificou-se um valor de 294 L/dia referente a soma da demanda de água para lavagem de roupas e para o vaso sanitário. Quanto ao uso externo, obteve-se um valor de 74,8 L/dia, pela somatória do uso de água no gramado ou jardim, área impermeável e lavagem de carro. A avaliação resultou a um valor total de aproximadamente 369 L/dia de consumo de água não potável. Observa-se na Tabela 11 que a demanda estimada de água para fim não potável foi cerca de 69% em relação ao consumo total na residência em estudo. Este valor foi superior ao verificado em estudos provenientes da Austrália. Estes denotaram que os sistemas de aproveitamento da água de chuva proporcionam uma economia no consumo de água nas residências de 45% e até 60% na agricultura (HEYWORTH et al., 1998 apud PHILIPPI et al., 2006, p.80). Tabela 11 – Estimativa da demanda interna e externa de água, para fins potáveis e não potáveis na residência em estudada. Usos da água Uso interno Fim potável Uso externo Fim não Uso interno potável Uso externo Fim potável e não potável Uso interno Geral Uso externo Total geral L/dia 164,5 0,0 294,0 74,8 533,3 458,5 74,8 533,3 % 31 0 55 14 100 86 14 100 Fonte: Dados da pesquisa (2011). Vale ressaltar que a conservação de água compreende o uso racional da água, que pressupõe o uso eficiente e o uso de fontes alternativas de água. A utilização de fontes alternativas de água é, portanto, uma importante medida de racionalização, por evitar a utilização das fontes convencionais de suprimento (mananciais subterrâneos ou superficiais) (GONÇALVES; JORDÃO, 2006, p.17). Com relação à conservação da água na escala residencial, esta, segundo Gonçalves e Jordão (2006, p.7) pode representar economia sensível de recursos financeiros, pela redução 55 dos encargos devido à utilização da água e à produção de esgoto sanitário, sem que haja degradação da qualidade de vida. 5.2 DADOS DE PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE NATAL - RN A Tabela 12 apresenta valores médios mensais da precipitação em Natal de dados históricos pesquisados/colhidos em dez anos a partir do ano de 1988, que foram utilizados para o cálculo do dimensionamento do reservatório. Para esse período, a precipitação média anual resultou em 1374,1 mm. A menor precipitação média mensal (22,0 mm) foi observada em novembro e a maior (278,6 mm), em junho. Tabela 12 - Precipitação média mensal e anual de Natal. Dados coletados por Mota (2004) durante dez anos, a partir de junho de 1988. Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Total anual Precipitação média mensal de um período de dez anos (mm) 65,9 73,6 188,5 157,6 162,2 278,6 216,7 75,0 61,1 22,6 22,0 50,3 1374,1 Fonte: Adaptado de Mota (2004, p.107). 56 5.3 RESULTADOS CORRESPONDENTES APROVEITÁVEL DE ÁGUA DE CHUVA AO CÁLCULO DO VOLUME Os valores dos volumes aproveitáveis de água de chuva foram calculados, utilizandose a equação 1, para cada mês e são apresentados na Coluna 5 da Tabela 13. Para tanto, foram utilizados os dados apresentados na Tabela 12. A área de contribuição da residência em estudo resultou em 172,125 m². Como já mencionado, o valor adotado para o coeficiente de escoamento superficial, C, foi 0,75. Como pode ser observado na Tabela 12, os volumes aproveitáveis de água de chuva variaram de 2,6 a 36,0 m³/mês, resultando em um total anual de 177,4 m³. 5.4 RESULTADOS SOBRE O DIMENSIONAMENTO DO VOLUME DE RESERVAÇÃO DE ÁGUA DE CHUVA PELO MÉTODO DE RIPPL PARA A RESIDÊNCIA ESTUDADA A Tabela 13 apresenta a planilha de dimensionamento de reservatório de água de chuva pelo método de Rippl para a residência estudada, cujo volume resultou em 29,6 m³. A utilização do Método de Rippl indicou que para suprir uma demanda mensal de água para fim não potável de 11,1 m³, seria necessário um reservatório de, aproximadamente, 30 m³. Annecchini (2005, p.111) dimensionou um reservatório para armazenamento de água de chuva por diferentes métodos e, para o caso específico, comentou que o Método de Rippl resultou em volumes muito grandes para garantir maior confiabilidade ao sistema. 57 Tabela 13 - Planilha de dimensionamento do reservatório de água de chuva pelo Método de Rippl Coluna 1 Coluna 2 Coluna 3 Coluna 4 Coluna 5 Volume Demanda Chuva média Área de aproveitável Meses constante mensal (mm) captação (m²) mensal de mensal (m³) chuva (m³) Janeiro 65,9 11,1 172,1 8,5 Fevereiro 73,6 11,1 172,1 9,5 Março 188,5 11,1 172,1 24,3 Abril 157,6 11,1 172,1 20,3 Maio 162,2 11,1 172,1 20,9 Junho 278,6 11,1 172,1 36,0 Julho 216,7 11,1 172,1 28,0 Agosto 75,0 11,1 172,1 9,7 Setembro 61,1 11,1 172,1 7,9 Outubro 22,6 11,1 172,1 2,9 Novembro 22,0 11,1 172,1 2,8 Dezembro 50,3 11,1 172,1 6,5 Volume do reservatório de armazenamento (m³) Coluna 6 Demanda Volume aproveitável (m³) 2,6 1,6 -13,3 -9,3 -9,9 -24,9 -16,9 1,4 3,2 8,1 8,2 4,6 Coluna 7 Soma dos valores positivos da coluna 6 29,62 Fonte: Dados da pesquisa (2011). No Gráfico 3, apresenta-se um balanço entre a demanda constante de água para fim não potável e a produção de chuva do sistema dimensionado pelo método de Rippl. Nesse Gráfico ficam claros os períodos em que a demanda é suprida na sua totalidade pela água da chuva (fevereiro a agosto) e os períodos em que a demanda é superior ao volume captável. 58 Gráfico 3 - Balanço hídrico do sistema, mostrando a demanda constante de água não potável e a produção de chuva do sistema dimensionado 40 Volume (m³) 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Meses Demanda constante mensal (m³) Volume aproveitável mensal de chuva (m³) Fonte: Dados da pesquisa (2011). 5.5 RESULTADOS REFERENTES À ESTIMATIVA DA ECONOMIA FINANCEIRA PELA REDUÇÃO DO USO DE ÁGUA POTÁVEL DA REDE PÚBLICA, PARA A RESIDÊNCIA ESTUDADA. O consumo médio de água na casa em estudo, verificado em 2009 e 2010, foi de 16 m³/mês, conforme mostra a Tabela 14. Esse valor (16 m³/economia.mês) foi superior ao verificado em 2003 pelo Programa de Modernização do Setor de Saneamento (PMSS) de 12,5 e 14,1 m³/economia.mês, respectivamente, para a região nordeste e para o Brasil (PMSS, 2003 apud GONÇALVES; JORDÃO, 2006, p.12). Contudo, o valor verificado de consumo de água de 16 m³/mês, na residência em estudo com quatro pessoas, foi próximo ao valor mencionado pela SABESP (2006) apud Gonçalves e Jordão (2006, p.15) para uma família com 4 pessoas, com mudança de hábitos de desperdício nas atividades diárias, que, segundo o referido autor, pode vir a consumir no máximo 15m³/mês. 59 Tabela 14 – Consumo de água mensal, em 2009 e 2010, na residência em estudo 3 Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média Média de dois anos Mensal (m /mês) 2009 2010 16 26 14 18 15 21 9 14 10 12 11 14 10 11 11 21 20 22 16 17 21 19 19 17 14 18 16 Diário (L/dia) 2009 533 467 500 300 333 367 333 367 667 533 700 633 478 2010 867 600 700 467 400 467 367 700 733 567 633 567 589 533 Fonte: Dados da pesquisa (2011). No presente estudo, caso toda a demanda para fim não potável da residência fosse suprida com água pluvial, haveria uma economia de 69% (Tabela 11) na conta da água, o que contribuiria para a diminuição do uso do sistema público de abastecimento de água do município. 5.6 SUGESTÃO DE POSSÍVEIS UNIDADES DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA PARA USOS NÃO POTÁVEIS, COM BASE NA LITERATURA TÉCNICA E NOS TIPOS DE USOS DA RESIDÊNCIA EM ESTUDO Considerando o levantamento bibliográfico realizado, sugere-se que o possível sistema de aproveitamento da água de chuva na residência estudada inclua os seguintes dispositivos e/ou unidades para garantia de qualidade adequada para fins não potáveis: Dispositivo para remoção de material grosseiro; Um reservatório para descarte da primeira água de chuva (descarte de 1,5 mm); Filtro de areia; Desinfecção com o uso de pastilhas de cloro no reservatório de acumulação. 60 6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES O desenvolvimento deste trabalho permitiu as seguintes conclusões relacionadas a residência estudada: - A demanda de água para fim não potável resultou em um valor de, aproximadamente, 11,1 m³/mês (132,8m³/ano), correspondendo a 69% em relação ao consumo total de água na residência; - Os volumes aproveitáveis de água de chuva variaram de 2,6 a 36,0 m³/mês, resultando em um total anual de 177,4 m³; - O volume de reservação de água segundo o método de Rippl resultou em 29,6 m³, indicando que para suprir uma demanda mensal de água para fim não potável de 11,1 m³, seria necessário um reservatório de, aproximadamente, 30 m³; - Caso toda a demanda para fim não potável da residência fosse suprida com água pluvial, haveria uma economia de 69% na conta da água e ao respectivo volume gerado de esgoto, já que a tarifa cobrada de esgoto reflete um percentual do consumo de água. Considerando o volume, relativamente, grande do reservatório para armazenamento da água de chuva, calculado pelo método de Rippl, recomenda-se o dimensionamento por outros métodos mencionados na NBR 15527/2007. A partir do pré-dimensionamento apresentado neste trabalho, recomenda-se a avaliação do custo de implantação do sistema de aproveitamento de água de chuva para a residência estudada. 61 REFERÊNCIAS AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (ANA). Conservação e reuso de água em edificações. São Paulo: Prol Editora Gráfica, 2005. AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (ANA). Cuidando das águas: soluções para melhorar a qualidade dos recursos hídricos. Brasília: ANA, 2011. Disponível em: <http://www.pnuma.org.br/admin/publicacoes/texto/Cuidando_das_aguas_final_baixa.pdf>. Acesso em: 20 jun. 2011. ALT, Robinson. Aproveitamento de água de chuva para áreas urbanas e fins não potáveis. 2009. ALVES, Wolney Castilho et al. Tecnologias de conservação em sistemas prediais. In: GONÇALVES, Ricardo Franci (Coordenador). 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