Curso “Aproveitamento de
água de chuva em cisternas
para o semi-árido”
5 a 8 de maio de 2009
Tema 2
Projeto de sistemas de aproveitamento de
água de chuva
Rodolfo Luiz Bezerra Nóbrega
Universidade Federal de Campina Grande
Financiadores:
Instituições Participantes:
Objetivo
Apresentar os componentes dos sistemas de
aproveitamento de água de chuva e alguns
métodos de dimensionamento utilizados na
concepção de projetos relacionados.
Roteiro
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Conceitos básicos
Componentes do sistema de aproveitamento
Dispositivos utilizados
Dimensionamento de calhas e condutores
Coeficiente de “perdas”
Sistemas em áreas urbanas
Dimensionamento de cisternas
Conceitos Básicos
Precipitação
Medição
As formas mais1 milímetro de chuva distribuído
conhecidas de
em uma área de 1 metro
precipitação são: quadrado corresponde a um
volume de 1 litro de água
•Chuva
•Granizo
•Neve
http://d713577.u50.igempresas.ig.com.br/image
s/instrumentos/pluv1.jpg
http://www.princessleia.com/images/journalpics
Conceitos Básicos
Os processos que compõem o aproveitamento
 Captação: processo de interceptação da chuva
 Transporte: meios que farão com que a chuva captada
seja escoada para a cisterna
 Armazenamento: estocagem da água na cisterna
 Manejo: conjunto de intervenções no sistema que
influenciam o armazenamento e a retirada de água da
cisterna
 Aproveitamento: significa o conjunto de processos
citados
Roteiro
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Conceitos básicos
Componentes do sistema de aproveitamento
Dispositivos utilizados
Dimensionamento de calhas e condutores
Coeficiente de “perdas”
Sistemas em áreas urbanas
Dimensionamento de cisternas
Componentes do sistema de
aproveitamento
Área de Captação
Telhados
Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT
Pisos
Embrapa Semi-Árido
Componentes do sistema de
aproveitamento de água de chuva
Calhas e condutores
Calha de água furtada
Calha de beiral
Calhas de beiral
Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT
Componentes do sistema de
aproveitamento de água de chuva
Cisterna
Embrapa Semi-Árido
Food and Agriculte Organization
(FAO)
Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT
Roteiro
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Conceitos básicos
Componentes do sistema de aproveitamento
Dispositivos utilizados
Dimensionamento de calhas e condutores
Coeficiente de “perdas”
Sistemas em áreas urbanas
Dimensionamento de cisternas
Outros dispositivos
Dispositivo de
desvio das chuvas
•Melhorar a qualidade da água armazenada
•Primeiras águas ≠ Primeiras chuvas
Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT
Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT
IRPAA/Juazeiro
Outros dispositivos
Bomba
Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT
Outros dispositivos
Extravasor
Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT
Roteiro
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Conceitos básicos
Componentes do sistema de aproveitamento
Dispositivos utilizados
Dimensionamento de calhas e condutores
Coeficiente de “perdas”
Sistemas em áreas urbanas
Dimensionamento de cisternas
Dimensionamento de calhas e
condutores
• Por que dimensionar calhas e condutores?
As calhas de condutores devem ser
capazes de ter:
 Aspectos geométricos adequados à
situação
 Dimensões suficientes para permitir
o escoamento da água
 Estrutura suficiente para suportar o
peso
Dimensionamento de calhas e
condutores
• No Brasil o projeto de sistemas prediais para
águas pluviais é normatizado pela NBR 10.844/8
• Informações necessárias:
– Área de contribuição;
– Intensidade pluviométrica.
• Dados que se deseja obter:
– Vazão de projeto;
– Inclinação da calha;
– Dimensões das calhas e condutores.
Dimensionamento de calhas e
condutores
• Área de contribuição (A)
Dimensionamento de calhas e
condutores
• Intensidade Pluviométrica
– Período de retorno
• 1 ano = áreas pavimentados, onde empoçamentso possam ser
tolerados;
• 5 anos = para coberturas e/ou terrações
• 25 anos = para coberturas e áreas onde empoçamento ou
extravasamento não possa ser tolerado
– A duração da precipitação deve ser fixada em 5 minutos
– Para construções até 100m² pode-se atotar a
intensidade de 150 mm/j
Dimensionamento de calhas e
condutores
• Cálculo da vazão de projeto (Q)
Dimensionamento de calhas e
condutores
• Cálculo da vazão de projeto (Q)
Tabela 1 – Coeficientes multiplicativos da vazão
de projeto
Tipo de
curva
Curva a menos
de 2 metros da
saída da calha
Curva entre 2
e 4 metros da
saída da calha
Canto reto
1,2
1,1
Canto
1,1
1,05
Para calhas beirais ou platibandas
Dimensionamento de calhas e
condutores
• Dimensionamento da calha
Tabela 2 – Coeficientes de rugosidade
Material
n
Plástico, fibrocimento, aço, metais
não-ferrosos
0,011
Ferro fundido, concreto alisado,
alvenaria revestida
0,012
Cerâmica, concreto não-alisado
0,013
Alvenaria de tijolos não-revestida
0,015
Dimensionamento de calhas e
condutores
Tabela 3 – Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazões em L/min.)
Diâmetro Interno
(mm)
n = 0,011
n = 0,012
n = 0,013
0,5 %
1%
2%
4%
0,5 %
1%
2%
4%
0,5 %
1%
2%
4%
1
50
32
45
64
90
29
41
59
83
27
38
54
76
2
75
95
133
188
267
87
122
172
245
80
113
159
226
3
100
204
287
405
575
187
264
372
527
173
243
343
486
4
125
370
521
735
1.040
339
478
674
956
313
441
622
882
5
150
602
847
1.190
1.690
552
777
1.100
1.550
509
717
1.010
1.430
6
200
1.300
1.820
2.570
3.650
1.190
1.670
2.360
3.350
1.100
1.540
2.180
3.040
7
250
2.350
3.310
4.660
6.620
2.150
3.030
4.280
6.070
1.990
2.800
3.950
5.600
8
300
3.820
5.380
7.590
10.800
3.500
4.930
6.960
9.870
3.230
4.500
6.420
9.110
Roteiro
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Conceitos básicos
Componentes do sistema de aproveitamento
Dispositivos utilizados
Dimensionamento de calhas e condutores
Coeficiente de “perdas”
Sistemas em áreas urbanas
Dimensionamento de cisternas
Coeficiente de “perdas”
• O volume precipitado não é o mesmo que o
aproveitado. As razões são:
– Formato da área de captação;
– Absorção de água pela superfície de captação;
– Potencial de captação prejudicado pelos limites da
área de captação;
– Desvios ou vazamentos nos condutores que
transportam a água.
• Possui várias denominações na literatura
Coeficiente de “perdas”
Tipo da cobertura
Coeficiente de “runoff”
Telhas cerâmicas
0,8 a 0,9
Telhas corrugadas de metal
0,7 a 0,9
Hofkes e Frazier. Runoff coeficients. In Rainwater Harvesting by Parcey and Adrian. 1996.
Coeficiente
de“runoff”
Parabólico
V invertido
Ondulado
0,81
0,84
0,83
Liaw e Tsai. Optimum storage volume of rooftop rain water harvesting systems for domestic use.
Journal of the american water resources association. August 2004.
Roteiro
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Conceitos básicos
Componentes do sistema de aproveitamento
Dispositivos utilizados
Dimensionamento de calhas e condutores
Coeficiente de “perdas”
Sistemas em áreas urbanas
Dimensionamento de cisternas
Sistemas em áreas urbanas
• A norma NBR 15.527/2007 estabelece os requisitos para
aproveitamento de água de chuva de coberturas em áreas
urbanas para fins não potáveis. Nela é estabelecido que:
– Calhas e condutores: NBR 10844/1989;
– Devem ser instalados dispositivos de remoção de detritos;
– O dispositivo de descarte, quando existir, deve ser projetado. Na ausência
de critérios suficientes, recomenda-se descartar os 2 mm iniciais de
chuva;
– Os reservatórios devem conter extravasor, dispositivo de esgotamento,
cobertura, inspeção, ventilação e segurança;
– A retirada de água deve ser realizada próxima à superfície;
– Ao menos uma vez ao ano os reservatórios devem ser limpos com uma
solução de hipoclorito de sódio (NBR 5626);
– O sistema de distribuição da água de chuva aproveitada deve ser
independente do sistema de água potável.
Sistemas em áreas urbanas
• Métodos de dimensionamento propostos na
NBR 15.527/2007:
– Método Azevedo Neto;
– Método prático alemão;
– Método prático inglês;
– Método prático australiano;
– Método de Rippl;
– Método da simulação.
Roteiro
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Conceitos básicos
Componentes do sistema de aproveitamento
Dispositivos utilizados
Dimensionamento de calhas e condutores
Coeficiente de “perdas”
Sistemas em áreas urbanas
Dimensionamento de cisternas
Dimensionamento de cisternas
• Concepção do volume de 16 m³ para cisternas no SemiÁrido:
– Área média de captação: 40 m²;
– Precipitação média: 400 mm/ano;
– Volume potencial aproveitável: 40 m² x 400 mm = 16.000 litros;
– Supondo um consumo per capto de 13 litros/dia, temos que uma
cisterna com 16 m³ de água abastece uma família de 5 pessoas
por:
• 16.000 l/(5 pessoas x 13 litros/pessoa/dia) = 246 dias ou 8 meses
(aproximadamente).
Dimensionamento de cisternas
• Método Azevedo Neto
Dimensionamento de cisternas
• Método prático alemão
Dimensionamento de cisternas
• Método prático inglês
Dimensionamento de cisternas
• Método prático australiano
Exercício
• Dimensione uma cisterna para ser construída na
área urbana de Custódia (PE) utilizando os método
de Azevedo Neto e os métodos práticos inglês e
alemão.
– Dados:
• Precipitação média: 400 mm/ano;
• Área de captação: 100 m²;
– Volume aproveitável por ano: 400 mm x 100 m² x 0,75 = 30.000 litros.
• Quantidade de meses com pouca ou nenhuma chuva: 6;
• 4 residentes (demanda 20 litros/dia/pessoa);
– Demanda anual: 20 x 4 x 365 = 29.200 litros.
Exercício
• Através do método prático inglês
Não considera a demanda e
período de estiagem
V = 0,05 x P x A = 0,05 x 400 x 100 = 2.000 L
• Através do método Azevedo Neto
Não considera a
demanda.
V = 0,042 x P x A x T = 0,042 x 400 x 100 x 6 = 10.080 L
• Através do método prático alemão
Não considera o
período de estiagem
V = Min (V;D) = Min (30.000;29.200) x 0,6 = 17.520 L
Dimensionamento de cisternas
• Método Rippl
Dimensionamento de cisternas
• Método da simulação
Dimensionamento de cisternas
• Observações sobre o método da simulação:
– As simulações são baseadas na equação de balanço
hídrico para um reservatório de volume finito;
– Podem ser implementados parâmetros para uma
análise que represente melhor o sistema estudado.
Por exemplo: volume desviado, evaporação,
incertezas no consumo, entre outros;
– Uma avaliação qualitativa e quantitativa das séries
de precipitação deve ser realizada para que seu uso
seja adequado.
Bibliografia recomendada
• Anais dos Simpósios da Associação Brasileira de Captação e
Manejo de Água de Chuva - ABCMAC (www.abcmac.org.br).
• Aproveitamento de água de chuva para áreas urbanas e fins não
potáveis. Tomaz, P.; Navegar Editora. 2003.
• NBR 10844/89 - Instalações prediais de águas pluviais. Rio de
Janeiro: ABNT, 1989. 13 p.
• NBR 15.527/2007 - Aproveitamento de coberturas em áreas
urbanas para fins não potáveis. Rio de Janeiro: ABNT, 2007. 12 p.
• Potencialidades da água de chuva no Semi-Árido Brasileiro. Eds.:
Brito, L. T. L.; Moura, M. S. B.; Gama, G. F. B. Petrolina – PE:
Embrapa Semi-Árido, 2007. 181 p.