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 • • • • • • • 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 • • • • • • • 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 • • • • • • • 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 • • • • • • • 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 • • • • • • • 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 • • • • • • • 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 • • • • • • • 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.