UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
Campus de Rio Claro
Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Curso de Graduação em Engenharia Ambiental
GABRIELA DOS SANTOS CARVALHO
ANÁLISE DE UMA PROPOSTA DE UM SISTEMA DE
CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE
CHUVA PARA USO EM BACIAS SANITÁRIAS COM
CAIXA ACOPLADA EM RESIDÊNCIAS
UNIFAMILIARES
Monografia apresentada à Comissão do Trabalho
de Formatura do Curso de Graduação em
Engenharia
Ambiental
do
Instituto
de
Geociências e Ciências Exatas – Unesp, Campus
de Rio Claro (SP), como parte das exigências
para o cumprimento da disciplina Trabalho de
Formatura no ano letivo de 2007.
Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Braga Moruzzi
Rio Claro (SP)
2007
GABRIELA DOS SANTOS CARVALHO
ANÁLISE DE UMA PROPOSTA DE UM SISTEMA DE
CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA
PARA USO EM BACIAS SANITÁRIAS COM CAIXA
ACOPLADA EM RESIDÊNCIAS UNIFAMILIARES
Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Braga Moruzzi
Monografia
apresentada
ao
Instituto
de
Geociências e Ciências Exatas da Universidade
Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” –
Campus Rio Claro, para obtenção do grau de
Engenheiro Ambiental.
Rio Claro (SP)
2007
628.092 Carvalho, Gabriela dos Santos
C331a
Análise de uma proposta de um sistema de captação e
aproveitamento de água de chuva para uso em bacias sanitárias com caixa acoplada em residências unifamiliares /
Gabriela dos Santos Carvalho. – Rio Claro : [s.n.], 2007
61 f. : il., figs., tabs.
Trabalho de conclusão (Engenharia Ambiental) -Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e
Ciências Exatas
Orientador: Rodrigo Braga Moruzzi
1. Engenharia ambiental. 2. Reservatório – Volume e
posicionamento do. I. Título.
Ficha Catalográfica elaborada pela STATI - Biblioteca da UNESP
Campus de Rio Claro/SP
AGRADECIMENTOS
A Deus pela minha vida.
Aos meus queridos pais, Helena e Edimilson, pelo incentivo, pela confiança
depositada e por me ensinarem a viver. São eles os responsáveis por tudo que eu tenho e tudo
que eu sou, por isso, serei eternamente grata a esses seres inigualáveis.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Rodrigo Moruzzi, pela constante empolgação que
alimentou este e os outros trabalhos desenvolvidos e também pela calma transmitida nos meus
“raros” momentos de angústia.
Ao Prof. Dr. Roberto Naves e ao Prof. Dr. Samuel de Oliveira por contribuir com
parte de seus conhecimentos na confecção deste trabalho.
À Prof. Simone May por ter cedido parte do seu tempo para avaliar este trabalho
trazendo uma contribuição importantíssima para a finalização do mesmo.
Aos meus avós pelo amor e carinho.
Aos meus tios (as) e primos (as) que estão sempre torcendo por mim, me apoiando e
principalmente me proporcionando momentos de alegria maravilhosos e inesquecíveis.
Às minhas lindas amigas verdes: Marissa por ser minha fiel protetora e companheira
de bagunça; Renata por estar sempre ao meu lado com sua bondade, seu entusiasmo e seus
sábios conselhos; Carol pelos divertidos chiliques e por estar sempre disposta a me ajudar.
Foram essas três meninas lindas que me acompanharam durante toda a faculdade e espero que
continuem me acompanhando por toda minha vida, amo vocês meninas.
Ao Cesinha, que com sua “irritante” tranqüilidade, sempre me transmitia paz nos
momentos difíceis e decisivos com muito amor, respeito e compreensão. E também pela
paciência de me agüentar durante esses anos.
Aos amigos Daniel e Minero pelas tentativas frustradas de me levar para o caminho
sem volta do álcool e da farra.
Aos amigos (as) eternos (as) que, embora distantes fisicamente, estão sempre no meu
coração, principalmente Samy, Nívia e Ricardo.
Aos meus amigos de classe, os primeiros engenheiros de Rio Claro, que de alguma
maneira contribuíram para minha formação, seja pelo auxílio nos estudos ou pela companhia
nas baladas. Em especial, Gaúcho, Talitão, Luciana, Pira, Rolha e Thaís.
Às repúblicas Naceda, Caenga, Milharal e Manicômio pelos momentos de
descontração após os “incansáveis” estudos.
RESUMO
A água de chuva constitui uma fonte alternativa de água e seu aproveitamento deve ser
avaliado segundo aspectos qualitativos e quantitativos, de acordo com os usos pretendidos. O
sistema de aproveitamento de água de chuva é composto basicamente por captação,
tratamento e reservação e pode ser instalado em residências unifamiliares, fornecendo água
para diferentes atividades não potáveis. Nesse sistema, o item mais dispendioso geralmente é
o reservatório. Assim, a viabilidade de sistemas de aproveitamento envolve a aplicação de
métodos apropriados para o dimensionamento dos reservatórios. Diante disso, esta pesquisa
visa estudar e avaliar três métodos de cálculo (Método de Rippl, Método do Máximo
Aproveitamento (MMA) e Método de Análise de Simulação (MAS)), e simular os custos
envolvidos e o tempo de retorno do investimento. Adicionalmente, verificou-se uma
alternativa de locação do reservatório de modo a suprimir a instalação de bomba. Foi
investigada a demanda necessária para suprir bacias sanitárias com caixa acoplada em
residências unifamiliares com 3, 4 e 5 habitantes. Os métodos foram aplicados para diferentes
valores de área de captação do telhado (50, 80, 120 e 200m2) e volumes de descarte da
primeira chuva (0, 1, 2 e 4mm). O Método de Rippl apresentou volumes e custos maiores
(12m3 para 25 anos de período de retorno, área de 80m2, descarte de 2mm e demanda de 4
habitantes) quando comparado ao MMA (3,5m3 para 10 anos de período de retorno e as
mesmas condições), porém a demanda não é totalmente atendida no MMA (70% de
atendimento). Os níveis dos reservatórios obtidos pelo Método de Rippl e pelo MMA podem
ser investigados no MAS permitindo maior embasamento na determinação da capacidade do
reservatório. O estudo do posicionamento do reservatório revelou viável a sua instalação a
“meia altura” com fundo do reservatório em torno de 1,2 a 1,8m acima do piso.
Palavras-chave: aproveitamento de água de chuva, volume do reservatório, posicionamento
do reservatório.
ABSTRACT
The rain water constitutes an alternative source of water and its harvesting should be
evaluated following qualitative and quantitative aspects, in accordance with the intended uses.
The rainwater harvesting system is basically composed by catchment, treatment and
reservation and it can be installed in household, providing water for distinct non-potable
activities. In this system, the most expensive item usually is the cistern. Thus, the feasibility
of harvesting systems involves the application of appropriate methods for the design of the
reservoirs. Therefore, this research aims to study and to evaluate three methods of calculation
(Rippl’s Method, Maximum Harvesting Method (MHM) and Analysis Simulation Method
(ASM)) and to simulate the costs involved and pay back time. Additionally, it was verified an
alternative of placing the cistern in order to eliminate the installation of pumps. It was
investigated the necessary demand to supply the flush demand in household with 3, 4, and 5
inhabitants. The methods were applied to different values of the catchment’s area of the roof
(50, 80, 120 and 200m2) and the firstflush volumes (0, 1, 2 and 4mm). The Rippl’s Method
resulted in larger volumes and higher costs (12m3 to 25 year pay back time, area 80m2,
firstflush volume 2mm and 4 inhabitants) when compared to the MHM (3.5m3 for 10 year pay
back time and the same situation), but the demand is not fully answered in the MHM (70%
supplying). The levels of reservoirs obtained by the Rippl’s Method and the MHM can be
investigated in ASM offering more subsidies for reservoir capacity determination. The study
of the placement of the cistern revealed viable its installation adopting the distance between
the cistern’s base and the floor around 1,2 and 1,8m.
Keywords: rainwater harvesting, cistern volume, cistern placement
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Usos finais de água tratada em residências dos Estados Unidos, da Colômbia e de
São Paulo. .........................................................................................................................14
Figura 2: Esquema de gerenciamento dos fluidos hidro-sanitários considerando a instalação
de um sistema de aproveitamento de água de chuva. .......................................................16
Figura 3: Sistema de aproveitamento de água de chuva...........................................................18
Figura 4: Reservatório de auto-limpeza com torneira bóia. .....................................................22
Figura 5: Descarte da primeira chuva com sistema de bóia. ....................................................23
Figura 6: Esquema da proposta de sistema de captação e aproveitamento de água de chuva..37
Figura 7: Tipos de grades. ........................................................................................................38
Figura 8:Modelo de reservatório fabricado por uma empresa de tubos e conexões.................38
Figura 9: Ilustração do trecho (1-2) no qual foram calculadas as perdas de carga...................40
Figura 10: Volumes de reservação obtidos através do Método de Rippl para diferentes
demandas, áreas de captação e descartes da primeira chuva............................................41
Figura 11: Volume aproveitável no ano em função do volume do reservatório, do descarte da
primeira chuva e da área de captação, para demanda de 0,09m3/dia (a), 0,12m3/dia (b) e
0,15m3/dia (c) ...................................................................................................................43
Figura 12: Exemplo de como determinar o volume do reservatório considerando o potencial
de economia e a demanda a partir do gráfico ...................................................................45
Figura 13: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 2m3, considerando 80m2 de área de captação, 2mm de descarte da
primeira chuva e demanda de 0,12m3/dia.........................................................................46
Figura 14: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 5m3, considerando 80m2 de área de captação , 2mm de descarte da
primeira chuva e demanda de 0,12m3/dia.........................................................................46
Figura 15: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 10m3, considerando 80m2 de área de captação , 2mm de descarte da
primeira chuva e demanda de 0,12m3/dia.........................................................................47
Figura 16: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 15m3, considerando 80m2 de área de captação , 2mm de descarte da
primeira chuva e demanda de 0,12m3/dia.........................................................................47
Figura 17: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 20m3, considerando 80m2 de área de captação , 2mm de descarte da
primeira chuva e demanda de 0,12m3/dia.........................................................................48
Figura 18: Comparação entre o Método de Rippl e o MMA para demanda de 0,09m3/dia (a),
0,12m3/dia (b) e 0,15m3/dia (c), considerando as áreas de captação e descartes
investigados. O critério utilizado para a escolha do volume de reservatório obtido através
do MMA foi o potencial de economia em torno de 70%. ................................................48
Figura 19: Comparação entre os tempos de amortização, considerando apenas o custo do
reservatório, obtidos através do Método de Rippl e do MMA para diferentes valores de
descarte da primeira chuva (mm), áreas de captação (m2) e demandas exercidas (m3/dia).
..........................................................................................................................................49
Figura 20: Esquema da proposta de sistema de captação e aproveitamento de água de chuva
com possíveis dimensões obtidas utilizando um tubo com diâmetro de 15mm...............53
Figura 21: Esquema da proposta de sistema de captação e aproveitamento de água de chuva
com possíveis dimensões obtidas utilizando um tubo com diâmetro de 20mm...............53
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Coeficientes de escoamento e aspectos dos diferentes tipos de coberturas..............20
Tabela 2: Parâmetros de qualidade da água para usos não potável. .........................................30
Tabela 3: Condições investigadas.............................................................................................31
Tabela 4: Exemplo de tabela de variação do volume de água no reservatório no mês de
fevereiro com capacidade de 2, 5, 10, 15 e 20m3 para demanda de 0,12m3/dia, área de
captação de 80m2 e descarte da primeira chuva de 2mm .................................................36
Tabela 5: Alturas de caixa d’água com diferentes volumes fabricadas por uma empresa de
tubos e conexões...............................................................................................................38
Tabela 6: Perdas de carga localizadas – sua equivalência em metros de tubulação de PVC
rígido ou cobre, segundo NBR-5626/82...........................................................................39
Tabela 7: Custo, tempo de amortização e potencial de economia para reservatório de 500L.
Considerando área de captação de 50m2 e descarte da primeira chuva de 2mm .............45
Tabela 8: Comparação dos custos dos reservatórios e dos tempos de amortização obtidos pelo
Método de Rippl e pelo MMA para as condições investigadas .......................................50
Tabela 9: Comparação entre os dias de déficit e eficiência dos dois métodos (MMA e MAS).
Considerando área de captação de 80m2, descarte da primeira chuva de 2mm e demanda
de 0,12m3/dia....................................................................................................................52
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO......................................................................................................................9
2. OBJETIVO ...........................................................................................................................11
2.1 Objetivos Específicos .....................................................................................................11
3. RELEVÂNCIA DO TEMA..................................................................................................11
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................13
4.1 Utilização da Água em uma Residência .........................................................................13
4.2 Sistemas Prediais Hidráulicos e Sanitários.....................................................................14
4.3 Breve Histórico...............................................................................................................16
4.4 Sistema de Captação e Aproveitamento de Água de Chuva ..........................................17
4.4.1 Precipitação Local e Área de Captação ...................................................................19
4.4.2 Condução da Água Captada ....................................................................................21
4.4.3 Dispositivos para Descarte da Primeira Chuva .......................................................21
4.4.4 Reservatório.............................................................................................................23
4.5 Qualidade da Água de Chuva Captada ...........................................................................25
4.6 Dimensionamento do Reservatório de Água de Chuva..................................................27
4.7 Normas e Legislações sobre Captação e Aproveitamento de Água de Chuva...............29
5. MÉTODO E ETAPAS DE TRABALHO ............................................................................31
5.1 Método para o Cálculo do Volume do Reservatório ......................................................31
5.1.1 Método de Rippl ......................................................................................................33
5.1.2 Método do Máximo Aproveitamento (MMA) ........................................................33
5.1.3 Método de Análise de Simulação (MAS)................................................................35
5.2 Determinação da Altura na Qual o Reservatório Deve Estar Posicionado em uma
Residência Unifamiliar .........................................................................................................36
5.2.1 Método do Cálculo das Perdas de Carga .................................................................39
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO .........................................................................................41
6.1 Análise dos Resultados Obtidos para Volumes de Reservatórios ..................................41
6.1.1 Resultados obtidos com a aplicação do Método de Rippl .......................................41
6.1.2 Resultados obtidos com a aplicação do Método do Máximo Aproveitamento .......42
6.1.3 Resultados obtidos com a aplicação do Método da Análise da Simulação .............46
6.1.4 Comparação entre o MMA e o Método de Rippl ....................................................48
6.1.5 Comparação entre o MMA e MAS..........................................................................51
6.2 Estudo sobre o Posicionamento do Reservatório em uma Residência Unifamiliar .......52
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ...............................................................................................54
8. CONCLUSÕES ....................................................................................................................56
9. RECOMENDAÇÕES...........................................................................................................57
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................................................................57
9
1. INTRODUÇÃO
Segundo Braga et al. (2002), a água está entre os recursos mais utilizados e é
necessária para a sobrevivência de qualquer organismo, sendo considerada fundamental para a
existência e manutenção da vida. Por isso sua qualidade e quantidade devem ser conservadas
no ambiente.
De toda a água presente no planeta, apenas 2,5% representa a água doce (TOMAZ,
2003). Porém, não significa que toda essa água está disponível para o aproveitamento humano
visto que existe uma certa dificuldade para captar a mesma, uma vez que ela se encontra em
locais de difícil acesso, como por exemplo, a água presente nas geleiras (BRAGA et al.,
2002).
Algumas regiões são menos favorecidas com relação à disponibilidade de água. De
acordo com Braga et al. (2002), nas regiões áridas ou semi-áridas do planeta, a água tornou-se
fator limitante para o desenvolvimento urbano, industrial e agrícola. No entanto, o autor
ressalta também a ocorrência de escassez de água em regiões com grande disponibilidade de
recursos hídricos. Esse fato se explica pela existência de demandas excessivamente elevadas
de água que ocorre em grandes centros urbanos devido à população presente, ou seja, nesses
locais a disponibilidade relativa de água é baixa.
No Brasil, a má distribuição dos recursos hídricos também está presente. De acordo
com Tomaz (2003), a região Norte possui 68,5% da água de todo o país, porém apresenta a
segunda menor população. Já a região Sudeste que abriga a maior parte da população
brasileira, possui apenas 6,0% da água doce do país. Observa-se, então, um desequilíbrio
entre a oferta e a demanda necessária. Em contrapartida, a região sul corresponde a uma
situação intermediária dentro deste quadro, possui 6,5% da água e sua população representa
14,91% de toda a população do país apresentando uma disponibilidade hídrica considerada
alta (UNEP, 2002 e GHISI, 2005 apud GONÇALVES, 2006).
Além desses problemas existentes com relação à quantidade de água disponível, surge
como agravante desse cenário o aumento da poluição dos recursos hídricos, embalado pelo
crescimento desordenado da população, comprometendo a qualidade das águas e aumentando
então a escassez da mesma (BRAGA et al., 2002).
Diante desse quadro, surge a necessidade de buscar novas alternativas para suprir as
demandas conservando a água tratada para abastecimento público. De acordo com Braga et al.
(2002) uma das alternativas plausíveis seria a substituição de fontes existentes através da
utilização de água com qualidade inferior em usos menos nobres, como descarga do vaso
10
sanitário, rega de jardim, lavagem de carros, entre outros. Segundo Annecchini (2005), dentre
as fontes alternativas estão presentes o aproveitamento de água da chuva, o reuso de águas
servidas e a dessalinização da água do mar, sendo a primeira considerada pela autora uma das
soluções mais simples e com menor custo para a conservação de água potável.
Atualmente, o aproveitamento de água de chuva está sendo discutido no Brasil e
aplicado em algumas regiões do semi-árido. Nestas regiões, há alguns projetos que
incentivam a execução de sistemas visando o aproveitamento, como o projeto um milhão de
cisternas (P1MC) do governo federal, desenvolvido com o objetivo de garantir o
fornecimento de água à população nos períodos de seca.
Além disso, a utilização da água da chuva em residências para fins não potáveis
apresenta-se como uma alternativa ao uso racional da água, tendo em vista sua simplicidade
de execução. Porém, algumas questões ainda precisam de um maior esclarecimento, sendo
elas: qual o volume adequado para o reservatório e qual método utilizar para determiná-lo?
Qual a interferência do descarte da primeira chuva na determinação do volume do
reservatório? A utilização de bombas para o aproveitamento de água de chuva é necessária?
Existem vários métodos para dimensionar o reservatório de um sistema de
aproveitamento de água de chuva. A escolha do método mais adequado para determinar sua
capacidade é de extrema importância na viabilidade de implantação do sistema visto que,
segundo May (2004) e Martinson; Thomas (2002), o reservatório é, geralmente, o
componente mais dispendioso do sistema. Portanto, seu dimensionamento inadequado é um
dos fatores que pode inviabilizar a implantação do sistema.
Outro fator que pode interferir no custo do sistema e, conseqüentemente, na sua
viabilidade econômica de instalação, é o posicionamento do reservatório, uma vez que este
pode determinar a necessidade, ou não, de bombas para alimentar os pontos de utilização de
água de chuva.
Diante dessas questões, este trabalho tem como objetivo fornecer subsídios para o
dimensionamento do sistema de aproveitamento de água de chuva, através da avaliação de
três métodos de cálculo e de uma alternativa para locação do reservatório de armazenamento
de água de chuva para fins não potável visando dispensar o uso de bombas.
11
2. OBJETIVO
Estudar e avaliar três métodos de cálculo de dimensionamento do reservatório e uma
alternativa para sua locação em um sistema de aproveitamento de água de chuva para uso em
bacias sanitárias com caixa acoplada em residências unifamiliares.
2.1 Objetivos Específicos
•
Aplicar o Método do Máximo Aproveitamento, o Método de Rippl e o Método da
Análise da Simulação para determinar a capacidade do reservatório de um sistema de
captação e aproveitamento de água de chuva;
•
Comparar o Método do Máximo Aproveitamento com o Método de Rippl
considerando os volumes e os custos obtidos para o reservatório e os tempos de
amortização para cada investimento;
•
Comparar o Método do Máximo Aproveitamento com o Método de Análise de
Simulação considerando os volumes obtidos e os potenciais de economia ou eficiência
do sistema;
•
Determinar a altura na qual o reservatório de uma proposta de sistema de captação e
aproveitamento de água de chuva deve estar instalado em uma residência para que o
uso de bombas seja dispensado.
3. RELEVÂNCIA DO TEMA
Em muitas regiões do planeta a falta de água é um problema sério vivido pela
população que acarreta várias conseqüências relacionadas principalmente com a saúde. Além
disso, outro fato que deve ser considerado é a poluição dos corpos d’água e o desperdício do
recurso. Esse desperdício ocorre, segundo Annecchini (2005), quando a água potável que
chega às residências é utilizada tanto para fins nobres (consumo) quanto para os menos nobres
(lavagem de roupas, pisos, etc.).
Segundo Braga et al. (2002), o Conselho Econômico e Social das Nações Unidas
estabeleceu em 1985 uma política de gestão para áreas com pequena disponibilidade de
12
recursos hídricos que adota o seguinte conceito: “a não ser que exista grande disponibilidade,
nenhuma água de boa qualidade deve ser utilizada para usos que tolerem água de qualidade
inferior”. O estabelecimento dessa política ilustra a preocupação mundial, já na década de 80,
com relação ao uso racional de água potável. Diante disso, o aproveitamento de água de chuva
desponta como alternativa na tentativa de amenizar esse problema.
De acordo com Tordo (2004), a captação de água de chuva utilizada como opção de
fornecimento possui igual relevância quando comparada as águas superficiais e subterrâneas.
A autora destacou, com base no 3° Fórum Mundial da Água (2003), que esta fonte alternativa
é capaz de beneficiar bilhões de pessoas no mundo, apresentando custos relativamente baixos
e de maneira participativa uma vez que possibilita a transferência para as próprias
comunidades da responsabilidade de gerenciar parte de seu abastecimento de água causando
um mínimo impacto ambiental.
A captação de água de chuva está sendo amplamente utilizada em países como a
Austrália, Alemanha e Japão onde novos sistemas estão sendo desenvolvidos com a finalidade
de permitir a captação de água de chuva de maneira mais simples (TORDO, 2004).
Em muitos casos, a água da chuva é considerada um problema para população, visto
que a mesma é um dos fatores responsáveis pela ocorrência de enchentes. Portanto, além de
conservar a água potável e possibilitar a redução da dependência excessiva das fontes
superficiais de abastecimento, o aproveitamento de água de chuva também pode reduzir o
escoamento superficial minimizando assim os problemas com enchentes, enfrentados por
grande parte dos centros urbanos (ANNECCHINI, 2005).
No Brasil, algumas importantes capitais estaduais, como São Paulo e Rio de Janeiro,
instituíram legislações que torna obrigatória a construção de reservatórios para acumulação de
águas pluviais para empreendimentos com áreas impermeabilizadas superiores a 500m2. Em
São Paulo a lei em questão corresponde à Lei Municipal N° 13.276, de 04 de Janeiro de 2002.
Enquanto que no Rio de Janeiro corresponde à Lei Municipal N° 23.940, de 30 de Janeiro de
2004. Essas leis foram criadas, a princípio, para minimizar os problemas relacionados com as
enchentes, porém, elas prevêem o aproveitamento dessa água acumulada, sendo que no Rio de
Janeiro a lei faz algumas exigências para esse aproveitamento.
No município de Curitiba existe uma lei cujo objetivo é instituir medidas que induzam
à conservação, uso racional e utilização de fontes alternativas de água (água de chuva e água
servida) nas edificações. Essa lei (Nº 10.785 de 18 de setembro de 2003) vem sendo utilizada
como modelo para diversos municípios brasileiros.
No entanto, estas leis não indicam especificamente como instalar e manter um sistema
de aproveitamento de água de chuva. Em vista disso, a ABNT elaborou recentemente uma
13
norma que tem como objetivo fornecer requisitos para o aproveitamento de água de chuva em
áreas urbanas para fins não potáveis (NBR 15.527/07) apresentando os aspectos que devem
ser considerados para aproveitar essa água.
Sendo assim, o presente trabalho pretende fornecer subsídios para tomada de decisão
por meio de uma análise quantitativa de uma proposta de sistema de captação e
aproveitamento de água de chuva.
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 Utilização da Água em uma Residência
O consumo de água doce vem aumentando gradativamente. Segundo Gonçalves
(2006), em linhas gerais, a agricultura é responsável pelo maior consumo de água doce do
mundo (70%). O consumo doméstico que aumentou durante a última década numa média de
4% por ano, corresponde a 23% do consumo total, sendo o restante (7%) consumido pela
indústria (TERPSTRA, 1999 e IDEC, 2002 apud GONÇALVES, 2006).
De acordo com Annecchini (2005), o consumo de água em uma residência irá
depender da renda familiar, do clima da região, do número de habitantes, das características
culturais da família, entre outros. Ghisi (2005) apresentou algumas estimativas de consumo de
água em residências nos Estados Unidos e na Colômbia (Figura 1).
Com relação ao consumo doméstico de água, Oliveira (2005) destacou que o uso de
eletrodomésticos tais como máquina de lavar louças e de lavar roupas, além da lavagem de
automóveis e pisos aumentam consideravelmente o volume de água consumido nas
residências. No entanto, pesquisas indicam que a maior parte do consumo de água em
residências corresponde ao chuveiro e à bacia sanitária.
Segundo Tomaz (2000), no Brasil há estudos que determinam o consumo de água em
uma residência, sendo que esses consumos são baseados em estimativas. Foi realizada uma
estimativa de consumo residencial da água na cidade de São Paulo pela Universidade de São
Paulo e pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (Figura 1).
14
Estados Unidos
Colômbia
10%
5%
10%
bacia sanitária
40%
15%
banho
40%
15%
limpeza
30%
lavagem de louça/mãos
cozinha
cozinha
São Paulo (Pesquisa USP)
São Paulo (Pesquisa IPT)
Bacia sanitária
Bacia
17%
6%
28%
9% 5%
6%
29%
10%
Lavatório
Chuveiro
Pia (cozinha)
Tanque
bacia sanitária
ducha
lavagem de
roupas/pratos
vazamentos
30%
5%
Chuveiro
4% 5%
3%
Lavatório
Pia (cozinha)
17%
7%
54%
Máquina de lavar louças
Máquina de lavar roupas
Tanque
Máquina de lavar louças
Máquina de lavar roupas
Figura 1: Usos finais de água tratada em residências dos Estados Unidos, da Colômbia e de São
Paulo.
Fonte: Ghisi (2005) e Uso [200-?].
Para usos menos nobres, como descarga de vasos sanitários, rega de jardins, lavagem
de roupas e pisos, não há necessidade de se utilizar água potável. Em média, segundo
Annecchini (2005), 40% do total de água consumida em residências são destinados a usos não
potáveis, porcentagem significativa. Já segundo Ghisi (2005) essa porcentagem pode chegar a
55% (Colômbia).
No caso específico da bacia sanitária, observa-se pela Figura 1 que para um
apartamento localizado na cidade de São Paulo (Pesquisa USP) esta representa um percentual
significativo no consumo residencial, juntamente com a utilização da água em chuveiros,
porém, nesta última a utilização da água de chuva teria que atender os padrões de
potabilidade.
4.2 Sistemas Prediais Hidráulicos e Sanitários
Segundo Werneck (2006), a implantação de um sistema de aproveitamento de água de
chuva, tanto em edificações novas quanto naquelas que passarem por reforma, significa
intervenção nos sistemas convencionais substituindo ou acrescentando canalizações, conexões
e registros. Portanto, a implantação de um sistema de captação e aproveitamento de água de
15
chuva requer um estudo dos sistemas prediais hidráulicos existentes na edificação,
principalmente nos que se referem aos de água fria e aos de água pluvial uma vez que o
sistema a ser implantado será inserido nos mesmos resultando em interferências nas
instalações hidro-sanitárias (WERNECK, 2006).
Segundo Prado et al. (2000), a função dos sistemas prediais hidráulicos e sanitários é
abastecer com água as edificações e remover o esgoto por elas gerado, bem como coletar e
afastar as águas pluviais. Esses sistemas podem ser divididos em: sistema de suprimento; água
fria; água quente; sistema de equipamento/aparelho sanitário; sistema de esgotos sanitários; e
sistema de águas pluviais, sendo que os sistemas de águas frias e pluviais são os que sofrerão
interferência direta com instalação de um sistema de aproveitamento de água de chuva.
De acordo com Tanaka (1986), as instalações prediais de água fria consistem no
conjunto de tubulações, conexões, peças, aparelhos sanitários e acessórios, que permitem
levar a água da rede pública até os pontos de consumo ou utilização dentro de uma habitação.
Essas instalações podem ser divididas, segundo o autor, em quatro sistemas diferentes, sendo
eles:
•
Direto: todos os aparelhos e torneiras são alimentados diretamente pela rede pública
(para a utilização desse sistema é necessário que exista água continuamente e com
pressão adequada na rede pública);
•
Indireto: todos os aparelhos e torneiras são alimentados por reservatórios alimentados
diretamente pela rede pública ou através de recalque, a partir de um reservatório
inferior (isto ocorre quando a pressão na rede não é suficiente);
•
Misto: parte dos aparelhos e torneiras é alimentada pela rede pública e a outra parte
pelos reservatórios;
•
Hidropneumático: todos os aparelhos e torneira são alimentados por um conjunto
hidropneumático, cuja finalidade é assegurar a pressão desejável no sistema, sem
necessidade de reservatório superior.
Com relação às funções das instalações prediais de águas pluviais, destacam-se:
afastamento conveniente das águas de chuvas para a rua ou coletores públicos, de modo a
evitar inundações de quintais e terraços; proteção das paredes contra umidades; e evitar o
desconforto dos moradores. (TANAKA, 1986).
De acordo com Tanaka (1986), a coleta de águas pluviais é realizada em todas as áreas
diretamente atingidas pelas chuvas ou pela água acumulada delas resultante, podendo ser:
áreas de cobertura, telhados, áreas circunvizinhas ao edifício, grelhas em rampa de acesso
para garagem, área de estacionamento, etc. Após essa coleta, as águas são dirigidas a um
16
coletor público ou lançadas nas sarjetas, através de tubos passando sob as calçadas e
perfurando as guias de concreto. Porém, com a implantação de um sistema de aproveitamento
de água de chuva o destino dessa água coletada seria diferente, ela seria destinada,
devidamente tratada, ao reservatório e posteriormente direcionada para um uso determinado
(Figura 2).
Figura 2: Esquema de gerenciamento dos fluidos hidro-sanitários considerando a instalação de
um sistema de aproveitamento de água de chuva.
Fonte: Werneck (2006).
O projeto e execução do sistema predial de água fria devem ser feitos de acordo com
as especificações da NBR 5626 – Instalações Prediais de água Fria. Já os sistemas prediais de
águas pluviais devem obedecer as recomendações da NBR 10844 – Instalações Prediais de
Águas Pluviais (PRADO et al. 2000).
4.3 Breve Histórico
O aproveitamento de água de chuva não é uma prática recente segundo Werneck
(2006), os povos antigos utilizavam essa água para suas atividades, desde irrigação até
abastecimento de cidades principalmente em regiões áridas e semi-áridas.
Segundo Gnadlinger (2000) no Planalto de Loess da China já existiam cacimbas e
tanques para água de chuva há dois mil anos. O autor acrescentou que no deserto de Negev
também havia um sistema integrado de manejo de água de chuva e agricultura de escoamento.
Na América Latina o autor destacou o México como um país rico em tradicionais e antigas
tecnologias de colheita de água de chuva, desenvolvidas na época dos Aztecas e Maias.
De acordo com Franco [200-?], há vestígios da construção de cisternas para
armazenamento de água de chuva nas civilizações Maias que datavam do período do século
1000 a C até o ano 300.
O abandono do aproveitamento de água de chuva se deu pelo desenvolvimento
tecnológico que permitiu o surgimento de alternativas mais modernas, tais como, a construção
17
de grandes barragens, o desenvolvimento do aproveitamento de águas subterrâneas, a
irrigação encanada e a implantação dos sistemas de fornecimento de água (ANNECCHINI,
2005).
4.4 Sistema de Captação e Aproveitamento de Água de Chuva
Os sistemas de captação e aproveitamento de água de chuva são considerados
descentralizadores de suprimentos de água com o objetivo de conservar os recursos hídricos,
reduzindo o consumo de água potável, além de reduzir também o escoamento superficial
(KOENIG, 2003 apud ANNECCHINI, 2005).
De acordo com Campos (2004), com a implantação de um sistema de aproveitamento
de água de chuva pode-se obter grandes vantagens no aspecto ambiental. O autor afirmou que
para suprir a demanda crescente de água há uma certa tendência do poder público em
construir barragens para abastecer os grandes centros causando enormes impactos ambientais.
Sendo assim, a construção de cisternas, que representa a construção de pequenas barragens
individuais, pode minimizar estes impactos ambientais.
No entanto, deve-se considerar que o aproveitamento de água de chuva pode causar
um impacto cultural que deve ser considerado. O sucesso ou fracasso de um projeto depende
da rejeição ou aceitação pela população local do uso desse tipo de água (CAMPOS, 2004).
Carlon (2005) avaliou a percepção ambiental dos atores sociais em relação à implantação de
sistemas de captação e aproveitamento de água de chuva no município de Joinville (SC). A
autora concluiu que, de maneira geral, as questões ligadas ao meio ambiente são de interesse
da população uma vez que a mesma reconhece a importância da preservação de recursos e da
necessidade do desenvolvimento de tecnologias que auxiliem essas questões. Porém a autora
observou que alguns indivíduos não têm informações das ações práticas de como executar
certas medidas. Com relação especificamente à implantação de um sistema de captação e
aproveitamento de água de chuva, a autora concluiu que a aceitação da utilização dessa água
como fonte alternativa de abastecimento é bem vista pela maioria da população. Entretanto a
autora acrescenta que essa implantação deve ser acompanhada de um amplo projeto de
educação ambiental e não somente da criação de legislação específica.
De acordo com Iwanami (1985 apud CAMPOS, 2004), a viabilidade de implantação
de um sistema normalmente está relacionada a pelo menos uma das seguintes situações:
•
Alta precipitação anual;
•
Problemas no abastecimento de água potável;
18
•
Custo da água potável;
•
Restrições impostas pelo poder público devido à impermeabilização.
Goldenfum (2006) foi mais restritivo quando acrescentou que a utilização da água de
chuva torna-se atrativa em áreas com escassez de abastecimento e em áreas com alto custo de
extração de água subterrânea. Em contrapartida o autor destacou que o baixo custo da água
nas cidades para uso residencial geralmente torna o aproveitamento econômico da água de
chuva inviável, embora esse aproveitamento para uso não potável e no caso das indústrias,
onde o custo da água é elevado, pode-se tornar altamente viável.
Para captar e aproveitar a água de chuva existe diversas técnicas constituindo
diferentes sistemas que estão sendo aprimorados buscando fornecer uma água de qualidade
superior ao consumidor final. A seleção do sistema a ser utilizado baseia-se na quantidade de
recursos disponíveis e no destino final que será dado a água captada.
Segundo a ANA (2005), um sistema de aproveitamento de água de chuva compreende,
simplificadamente, em coletar a água de chuva através de áreas impermeáveis, ou seja,
telhados, pátios, ou áreas de estacionamento, sendo, posteriormente, encaminhada a
reservatórios de acumulação e ainda deve passar por unidades de tratamento determinadas de
acordo com o destino que se deseja dar a mesma. A Figura 3 apresenta um esquema para
sistema de captação e aproveitamento de água de chuva.
Figura 3: Sistema de aproveitamento de água de chuva.
Fonte: ANA, 2005.
As etapas que envolvem a metodologia básica, proposta pela ANA (2005), para
projeto de sistemas de coleta, tratamento e uso da água de chuva são as seguintes:
•
determinação da precipitação média local (mm/mês);
•
determinação da área de coleta;
•
determinação do coeficiente de escoamento superficial;
19
•
caracterização da qualidade da água de chuva,
•
projeto do reservatório de descarte;
•
projeto do reservatório de armazenamento;
•
identificação dos usos da água (demanda e qualidade);
•
estabelecimento do sistema de tratamento necessário;
•
projeto dos sistemas complementares (grades, filtros, tubulações etc.).
Para a implantação de um projeto como esse, Giacchini e Andrade Filho (2006),
salientaram a importância de se fazer uma análise holística da edificação. Essa análise,
segundo os autores, tem como objetivo que os aspectos arquitetônicos, hidráulicos,
estruturais, econômicos e ambientais da obra sejam considerados e avaliados dentro do
contexto construtivo. É importante a inclusão de todas as etapas do sistema nesse contexto
(captação, tratamento, reservação e utilização da água).
A eficiência do sistema de aproveitamento de água da chuva envolve alguns fatores,
tais como (BOERS e BEN_ASHER, 1982 apud ANNECCHINI, 2005):
•
Índice pluviométrico da região;
•
Superfície de captação;
•
Características do reservatório onde será armazenada a água.
Acrescenta-se a isso a qualidade da água de chuva, a disponibilidade de dados
pluviométricos para realizar o dimensionamento do reservatório e os usos requeridos
juntamente com a demanda a ser exercida, entre outros.
4.4.1 Precipitação Local e Área de Captação
Segundo Annecchini (2005), para executar a captação e aproveitamento da água da
chuva é necessário conhecer a precipitação do local em que se deseja instalar esse tipo de
sistema, pois seu dimensionamento irá depender da quantidade de água disponível na região.
O índice pluviométrico da região onde será instalado um sistema de captação e
aproveitamento de água de chuva mostra a distribuição das chuvas ao longo do ano. Quanto
mais regular a distribuição, mais confiável será o sistema e o volume do reservatório de
armazenamento (ANNECCHINI, 2005).
De acordo com Gould e Nissen-Petersen (1999 apud CAMPOS, 2004), há três tipos de
captação para os sistemas de aproveitamento de água de chuva:
•
Sistemas de captação de água de chuva através de represas;
•
Sistemas de captação de água de chuva através de pisos pavimentados;
•
Sistemas de captação de água de chuva através de coberturas.
20
No caso das represas, a quantidade de água coletada é grande, porém o dano ambiental
causado pela construção da mesma também é elevado. Além disso, há uma certa dificuldade
em encontrar local para construir uma represa em grandes centros urbanos, inviabilizando
economicamente a implantação do sistema uma vez a distância entre a captação e o local de
utilização da água seria grande (DE PAULA, 2005).
A captação realizada através de pisos pavimentados geralmente resulta em uma
qualidade inferior quando comparada com a captação através de coberturas, visto que a
mesma pode entrar em contato com algumas fontes de contaminação como animais, veículos,
entre outros. (ANNECCHINI, 2005)
A água de chuva captada através de cobertura, segundo Campos (2004), é a mais
utilizada nos sistemas de aproveitamento de água de chuva. Há diversos tipos de materiais
que podem ser utilizados nas coberturas, como telhas cerâmicas, metálicas, de PVC, lajes
impermeabilizadas, de vibro, de fibrocimento, e até mesmo cobertura verde. A escolha do
material adequado é importante para a eficiência do sistema, pois, entre outros fatores, o tipo
de material influenciará na qualidade e quantidade da água captada.
Com relação à quantidade de água captada, para cada tipo de cobertura tem-se uma
determinada quantidade de água absorvida dada pelo coeficiente de runoff ou de escoamento
(quociente entre a água que escoa superficialmente e o total de água precipitada) do material.
A Universidade de Warwick apresenta através do Domestic Roofwater Harvesting
Programme o coeficiente de escoamento de alguns materiais juntamente com aspectos
relativos à qualidade da água captada por esses materiais (Tabela 1).
Tabela 1: Coeficientes de escoamento e aspectos dos diferentes tipos de coberturas.
TIPO
COEFICIENTE DE
ESCOAMENTO
Folhas de
ferro
galvenizado
> 0,90
ASPECTOS
- Qualidade da água muito boa.
Telha
cerâmica
0,60 - 0,90
Telha de
cimento
amianto
0,80 - 0,90
Orgânicos
(sapê)
0,2
- Se vitrificada, a água apresenta boa qualidade.
- Se não vitrificada, pode apresentar mofo.
- Pode existir contaminação nas junções das telhas.
- Telhas novas podem dar boa qualidade a água.
- Não há evidência que causa efeito cancerígeno pela
investão da água que passa por elas.
- Levemente porosas, o que diminui o coeficiente de
escoamento e quando velhas podem apresentar mofo
e rachaduras.
- Baixa qualidade da água.
- Pouca eficiência da primeira chuva.
- Alta turbidez devido à matéria orgânica dissolvida que
não decanta.
Fonte: Adaptado de Universidade de Warwick, [200-?].
21
4.4.2 Condução da Água Captada
A condução da água captada pelas coberturas ocorre da seguinte forma: a água escorre
para o ponto mais baixo, seja o beiral ou o encontro com outros planos inclinados; nestes
pontos encontram-se as calhas que conduzem a água para as tubulações coletoras. Para evitar
que as sujeiras presentes nos telhados, como folhas e objetos, entrem nas tubulações e
conseqüentemente nos reservatórios, é colocada uma proteção na conexão entre a calha e a
tubulação, sendo que essa proteção pode ser um ralo hemisférico (WERNECK, 2006).
Com relação ao dimensionamento das calhas e condutores, deve ser feito, de acordo
com Werneck (2006), como em qualquer edificação, considerando a intensidade
pluviométrica da região, com base nos índices pluviométricos de volume precipitado e
período de retorno, seguindo as normas da ABNT (NBR 10844).
Para que não ocorra transbordamento de água é necessário que seja feito o correto
dimensionamento das calhas e a especificação de um número adequado de coletores verticais.
Caso contrário, os usuários terão transtornos em outras partes das edificações e, além disso, a
quantidade de água captada será menor (WERNECK, 2006 e ANNECCHINI, 2005).
Segundo Campos (2004), a manutenção/limpeza destes elementos do sistema
influenciará diretamente na eficiência do mesmo. Essa manutenção permitirá que se evitem
entupimentos e os riscos de contaminação serão reduzidos.
De acordo com Werneck (2006), as calhas são encontradas no mercado pré-fabricadas
em PVC ou laminadas metálicas. Entretanto essas calhas não suportam grandes volumes de
água captada através de grandes áreas de captação exigindo a construção de calhas em
alvenaria ou concreto.
4.4.3 Dispositivos para Descarte da Primeira Chuva
Antes que a água chegue ao reservatório, há uma medida que pode ser adotada para
facilitar a execução do sistema de tratamento da água da chuva: o descarte da primeira chuva.
Segundo Tordo (2004), a primeira chuva contém impurezas originárias das deposições no
telhado de matéria orgânica eliminada pelos pássaros e/ou trazidas pelo vento, como folhas e
pequenos insetos. Além disso, Tomaz (2003) destaca também a lavagem da atmosfera feita
pelos primeiros milímetros de chuva como origem das impurezas presentes. Portanto, se
houver uma remoção dessa água, a qualidade da água captada será superior.
Diversos estudos demonstraram a importância do descarte da primeira chuva na
obtenção de água de melhor qualidade (ANNECCHINI, 2005; MARTINSON; THOMAS,
[200-?]; KURUKULASURIYA, 1999).
22
Há alguns dispositivos que fazem o descarte, sendo eles manuais ou automáticos. No
caso dos dispositivos manuais, pode haver uma má operação do mecanismo provocando
perdas desnecessárias ou a contaminação da água reservada pela água oriunda da lavagem.
Além disso, os dispositivos manuais precisam ser acionados em horários inconvenientes, ou
seja, no início da precipitação.
May (2004) apresentou alguns dispositivos para descarte da primeira chuva. Um deles,
apresentado na Figura 4, refere-se ao reservatório de auto-limpeza com torneira bóia. O
funcionamento desse dispositivo se dá da seguinte maneira: a água captada é direcionada para
o dispositivo em questão que se encontra vazio. Quando a água atinge um determinado nível,
a bóia de nível que está dentro do dispositivo sobe e ocorre o fechamento automático da
torneira bóia (válvula). Com isso, a água começa a escoar diretamente para o reservatório.
Para um próximo evento chuvoso, é necessário que o dispositivo esteja vazio para receber
uma nova água de lavagem.
Figura 4: Reservatório de auto-limpeza com torneira bóia.
Fonte: Dacach (1990 apud MAY, 2004).
Há um outro dispositivo para descarte da primeira chuva, apresentado por Annecchini
(2005), ilustrado na Figura 5. Segundo a autora, o funcionamento desse dispositivo se dá da
seguinte maneira: quando o volume do reservatório de eliminação da primeira chuva é
preenchido, a entrada de água é vedada por um bola flutuante que se encontra dentro do
reservatório e assim, a água de chuva captada passar a ser direcionada diretamente para o
reservatório de acumulação.
23
Entrada de água
do telhado
Nível operacional
Bola flutuante
Água da primeira
chuva
Pequeno furo
para descarte
da 1ª chuva
Fundo removível
para limpeza
Material
sedimentado
Reservatório de
armazenamento
Figura 5: Descarte da primeira chuva com sistema de bóia.
Fonte: Ranatunga 1999 (apud ANNECCHINI, 2005).
4.4.4 Reservatório
O reservatório é componente do sistema responsável pelo armazenamento da água da
chuva captada. Além de ser responsável por aproximadamente 50 a 60% do custo total do
sistema, sem considerar o tratamento da água, o tipo de reservatório pode interferir na
qualidade da água armazenada (DE PAULA, 2005). Com relação ao custo do reservatório, o
autor acrescentou que ele está diretamente associado ao material, à geometria e ao
posicionamento do mesmo.
Segundo Tomaz (2003), o reservatório pode ser apoiado, enterrado ou elevado, além
disso, pode variar também com relação ao tipo de material utilizado em sua construção, como
concreto armado, alvenaria de tijolos comuns, alvenaria de bloco armado, plástico, poliéster,
etc.
Os reservatórios enterrados garantem uma temperatura da água armazenada
relativamente constante independente da temperatura ambiente, porém a inspeção e a
manutenção são mais difíceis pela dificuldade de acesso ao reservatório. Já nos reservatórios
apoiados essa inspeção e manutenção tornam-se mais fáceis. A locação de reservatórios em
ambientes construídos nos subsolos ou nas áreas externas das residências é uma boa opção
por apresentar uma tubulação aparente, facilitando a manutenção e podendo também garantir
uma temperatura constante da água armazenada dependendo do material que este ambiente
for construído. (WERNECK, 2006)
No caso dos reservatórios elevados, há duas maneiras de utilizá-los. A primeira seria
acumular a água de chuva captada pelo telhado através de um reservatório inferior e, com o
auxílio de bombas, essa água seria conduzida ao reservatório superior e posteriormente
distribuída nos pontos de consumo. A segunda maneira, seria dispor o reservatório elevado
24
logo abaixo do telhado, descartando assim a necessidade de bomba implicando em menor
custo do sistema. Nesses tipos de reservatório, Werneck (2006) destaca que pode haver um
aumento considerável da carga sobre a estrutura da edificação, sendo que esse aumento de
carga é ditado pela capacidade do reservatório, quanto maior o reservatório, maior será a
carga sobre a estrutura da edificação. Fendrich e Oliynik (2002) acrescentaram que havendo
este aumento de carga, o custo do sistema também aumenta devido as maiores dimensões das
vigas, lajes, pilares e fundações, que precisam ser suficientemente sólidas e firmes, para
suportar a adição de carregamento. Deve-se, portanto, levar em conta essas considerações
para realizar a escolha do local onde o reservatório será instalado.
Cabe ressaltar que estes tipos de reservatório devem estar abaixo do ponto mais baixo
de concentração da água de chuva captada pelo telhado, sem que as alturas mínimas
necessárias para a instalação da tubulação deste trecho, juntamente com suas conexões, e para
a instalação de equipamentos filtrantes sejam desrespeitadas (WERNECK, 2006)
Os reservatórios de plástico, de acordo com De Paula (2005), estão se difundindo
rapidamente devido à facilidade de transporte. Essa difusão já está ocorrendo em países
desenvolvidos onde, segundo o autor, competem com outros tipos de materiais tais como aço
e concreto, materiais considerados tradicionais nesses países. No entanto, deve-se considerar
que reservatórios de plástico são mais frágeis apresentando, portanto, menor vida útil,
exigindo um certo cuidado na sua instalação e operação (CAMPOS, 2004).
Os reservatórios também podem ser de concreto, alvenaria ou argamassa armada. A
utilização desse tipo de material, segundo Campos (2004), possui uma desvantagem, não são
móveis. Além disso, Werneck (2006) destacou que pode ocorrer rachaduras nos reservatórios
provocadas por fundações bem como execuções ou manutenções inadequadas, gerando assim
infiltrações. Portanto, o autor recomenda que seja feito um projeto estrutural para construção
de tais reservatórios.
Outro tipo de material utilizado para os reservatórios trata-se do aço que, segundo De
Paula (2005), requer uma fundação consistente e possui uma instalação considerada rápida.
Por ser considerado, geralmente, o elemento mais oneroso do sistema, a escolha da
melhor opção para o reservatório e a determinação apropriada do seu volume são itens
cruciais para tornar o sistema de aproveitamento de água de chuva exeqüível e viável
economicamente. Segundo Annecchini (2005) e Werneck (2006), essa escolha, relacionada à
instalação e ao tipo de material utilizado para o reservatório, deve ser tomada com base nos
fatores técnicos desde o projeto arquitetônico da edificação até as condições do terreno, nos
fatores financeiros considerando disponibilidade de mão-de-obra e de materiais no mercado e
nos fatores culturais que, segundo Campos (2004), influenciam na escolha do reservatório.
25
Os reservatórios devem ter um dispositivo denominado extravasor (ladrão) para que,
em casos de enchimento total dos mesmos, a água excedente possa escapar por algum local
impedindo seu transbordamento (TOMAZ, 2003).
Devido à sazonalidade e irregularidade da água de chuva é preciso considerar
possíveis falhas no sistema e buscar alternativas para o problema, como por exemplo, a
projeção de um dispositivo que permita a entrada de água potável oferecida pela rede pública
no reservatório para evitar as falhas (ANNECCHINI, 2005).
Há alguns cuidados que devem ser tomados com relação ao reservatório com o
objetivo de manter e garantir a qualidade da água, como os que seguem abaixo
(ANNECCHINI, 2005):
•
A cobertura do reservatório deve ser impermeável;
•
Deve-se evitar a entrada de luz no reservatório para evitar a proliferação de algas,
bactérias ou fungos;
•
A entrada da água no reservatório e o extravasador devem ser protegidos por telas para
evitar a entrada de insetos e pequenos animais no tanque;
•
O reservatório dever ser dotado de uma abertura, também chamada de visita para
inspeção e limpeza;
•
A água deve entrar no reservatório de forma que não provoque turbulência para não
suspender o lodo depositado no fundo do mesmo;
•
O reservatório deve ser limpo uma vez por ano, pelo menos, para a retirada do lodo
depositado no fundo do mesmo.
Além disso, deve-se evitar o contato direto entre o usuário e a água armazenada, ou
seja, deve-se utilizar preferencialmente torneira ou bomba para retirar a água do reservatório
(CAMPOS, 2004). Caso essa medida não seja adotada, Werneck (2006) sugere que a retirada
da água seja feita com um controle de higiene.
4.5 Qualidade da Água de Chuva Captada
A determinação da qualidade da água obtida pelo sistema de captação e
aproveitamento de água de chuva é de suma importância devido ao custo associado ao
tratamento dessa água que varia de acordo com o destino final que será dado a mesma (MAY,
2004 e CAMPOS, 2004). Para o tratamento da água, consta na norma da ABNT
26
NBR15527/07 para aproveitamento de água de chuva em áreas urbanas para fins não potáveis
que deve-se atender a ABNT NBR 12216.
A qualidade da água de chuva pode ser investigada em quatro pontos distintos de um
sistema de captação e aproveitamento de água de chuva: antes de atingir a superfície de
captação, após escorrer a área de captação, dentro do reservatório e no ponto de uso. As
características da água são diferentes em cada um desses pontos (TOMAZ, 2003).
Segundo Tomaz (2003), a água da chuva apresenta uma composição que varia com a
localização geográfica do ponto de amostragem, com as condições meteorológicas
(intensidade, duração e tipo de chuva, regime de ventos, estação do ano, etc.) com a presença
ou não de vegetação e também com a presença de fontes poluidoras.
Como a composição da água da chuva varia de acordo com a localização, próximo aos
oceanos têm-se como elementos da água o sódio, o potássio, o magnésio, o cloro e o cálcio
em concentrações proporcionais às encontradas na água do mar. Em contrapartida, os
elementos que compõem a água de chuva em regiões distantes da costa são de origem
terrestre, tais como sílica, alumínio e ferro além de elementos de origem biológica
(nitrogênio, fósforo e enxofre). Já em centros urbanos ou em pólos industriais, a água de
chuva apresenta outra configuração, devido à presença de cargas poluidoras. O dióxido de
enxofre, o óxido de nitrogênio, o chumbo e o zinco são alguns dos poluentes presentes no ar
nessas regiões e que podem contaminar a água da chuva (TOMAZ, 2003).
Após percorrer a área de captação, a composição da água de chuva sofre algumas
alterações. Essas alterações variam conforme o tipo e o material da superfície de captação.
Tomaz (2003), Campos (2004) e De Paula (2005) apresentaram algumas pesquisas nas quais
foi analisada a qualidade da água de chuva captada para diferentes materiais de telhado.
Fendrich e Oliynik (2002) também apresentaram estudos que destacam a influência da área de
captação na qualidade da água indicando a relação entre o tipo de área de captação e o
possível destino para a água captada.
No reservatório, por ser um local onde a água permanece parada por um determinado
período de tempo, pode haver deposição de materiais pesados que porventura tenham sido
carreados pela água de chuva. Além disso, pelo mesmo motivo, pode haver o
desenvolvimento de microorganismos comprometendo a saúde dos usuários do sistema
(TOMAZ, 2003).
Devido à importância da determinação da qualidade de água de chuva em sistemas de
captação e aproveitamento, diversos estudos foram realizados considerando diferentes
parâmetros químicos, físicos e biológicos para as análises de água captada e variando as áreas
de captação, as regiões de instalação do sistema, os volumes de descarte da primeira chuva,
27
entre outras variáveis. May (2004) investigou a qualidade da água de chuva, através de um
sistema de coleta e aproveitamento instalado na cidade de São Paulo, após passar pelo telhado
de um edifício e nos reservatórios de acumulação. A autora concluiu que, considerando o
aspecto qualitativo investigado em sua pesquisa, o consumo não potável da água de chuva,
após sua desinfecção, pode ser realizado e estimulado, sendo que para essa desinfecção a
autora recomendou, para o caso específico estudado, a adição de cloro. Para outras situações,
o método de desinfecção deve ser determinado considerando as peculiaridades de cada
sistema. Além disso, De Paula (2005), Campos (2004) e Oliveira (2005) estudaram a
qualidade da água de chuva para diferentes situações.
4.6 Dimensionamento do Reservatório de Água de Chuva
O sucesso ou fracasso do sistema de aproveitamento de água de chuva depende, em
grande parte, da quantidade de água captável pelo sistema (BOERS e BEN-ASHER, 1982
apud ANNECCHINI, 2005).
De acordo com Annecchini (2005), o volume de água que pode ser aproveitado pelo
sistema não é o mesmo que o volume de chuva precipitado, portanto, para o dimensionamento
de sistemas de aproveitamento de água de chuva utiliza-se o coeficiente de escoamento
superficial, que expressa a relação entre a quantidade de água que escoa pela superfície de
captação e o total de água precipitada.
Outro fator que precisa ser considerado no dimensionamento do sistema é a demanda
que se deseja atender com esse tipo de água, pois ela influenciará diretamente no volume do
reservatório. Por isso, é importante determiná-la de forma precisa para não prejudicar o
dimensionamento do sistema e aumentar o custo do mesmo. É necessário, então, buscar um
equilíbrio entre o volume de reservação e a demanda a ser atendida (ANNECCHINI, 2005).
Há diversos métodos de dimensionamento que podem ser utilizados para determinar o
volume do reservatório. Segundo Annecchini (2005), em geral, os dados de entrada nos
modelos de dimensionamento são: séries históricas ou sintéticas de chuva, taxa de consumo
de água (demanda), área de captação da água da chuva considerando o coeficiente de
escoamento, e eficiência requerida.
Segundo Soares et al. (2000 apud MAY, 2004), os métodos de dimensionamento
podem ser classificados em:
•
Métodos determinísticos: onde os dados referentes à precipitação pluviométrica e a
demanda são analisados pela curva de massa (Método de Rippl);
28
•
Métodos aproximados: são baseados em relações empíricas conhecidas;
•
Métodos de modelação: são os métodos de transição probabilística da matriz;
•
Métodos de análise de sistema: sendo linear, não linear ou programação dinâmica.
Tomaz (2003) apresentou alguns métodos de dimensionamento incluindo o Método de
Rippl e o Método de Análise de Simulação (MAS), sendo que o primeiro é amplamente
difundido.
Diversos trabalhos cujo tema é o aproveitamento de água de chuva utilizam o Método
de Rippl para determinar o volume do resevatório, sendo eles: Campos (2004), Annecchini
(2005), May (2004), Werneck (2006), entre outros.
O Método de Rippl baseia-se na regularização de vazão, ou seja, o abastecimento de
água é constante durante todo o período seco e chuvoso. Para sua aplicação, utilizam-se,
geralmente, séries históricas de precipitações mensais ou diárias longas. Esse método pode ser
aplicado tanto em situações onde a demanda é constante como em situações em que a
demanda é variável.
Um outro método que pode ser aplicado para dimensionar reservatórios e que também
foi apresentado por Tomaz (2003) é o Método da Análise da Simulação (MAS). Esse método
consiste na escolha de um volume qualquer de reservatório para verificar o que ocorre com o
nível de água dentro do mesmo durante um determinado período, ou seja, se irá ocorrer
extravasamento (overflow) ou se faltará água no reservatório. É um método por tentativas e
erros.
Segundo o autor, para a aplicação do método em questão, duas hipóteses básicas
precisam ser feitas:
•
O reservatório encontra-se cheio no início da contagem do tempo;
•
Os dados históricos são representativos para as condições futuras.
De acordo com McMahon (1993 apud TOMAZ, 2003), este método possui quatro
características importantes:
•
É facilmente entendido e simples de ser aplicado;
•
O uso de dados históricos incorpora os períodos críticos de estiagem;
•
A análise pode utilizar dados diários ou mensais;
•
Problemas sazonais e complicados são considerados no uso da série histórica.
A vantagem do MAS é a facilidade de escolher o volume mais econômico do
reservatório e verificar o risco (TOMAZ, 2003).
29
Há ainda um outro método proposto por Mierzwa et al. [2006?] que pode ser utilizado
no dimensionamento de reservatórios de água de chuva. Trata-se do Método do Máximo
Aproveitamento (MMA) que consiste em aproveitar a água de chuva quando ela está
disponível, ou seja, o aproveitamento ocorre somente quando o volume de água armazenado
no reservatório (volume precipitado juntamente com o volume que já existia no reservatório
proveniente de chuvas anteriores) é maior ou igual à demanda a ser atendida. De acordo com
os autores, o conceito empregado nesse método é exatamente o oposto aos métodos
tradicionais.
Segundo Werneck (2006), independentemente do método utilizado, o cálculo do
volume do reservatório é mais preciso se utilizar consumo e precipitações diárias, porém os
cálculos tornam-se mais trabalhosos e há dificuldade de se obter esses dados diários. Além
disso, o autor ressalta que deve-se considerar as grandes variações que a precipitação pode
apresentar de ano para ano, sendo que essas variações podem ser mais acentuadas em algumas
localidades do que em outras. Portanto, para minimizar os riscos de falta de água de chuva no
sistema, o autor sugere que se utilizem registros de grandes períodos de precipitação.
4.7 Normas e Legislações sobre Captação e Aproveitamento de Água de Chuva
Recentemente foi criada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) uma
Comissão de Estudo Especial Temporária para a elaboração de uma norma para
aproveitamento de água de chuva em áreas urbanas para fins não potáveis (NBR 15527/07)
cujo objetivo é fornecer requisitos para tal aproveitamento.
A norma apresenta os aspectos que devem ser considerados e algumas exigências para
a instalação de um sistema de captação e aproveitamento de água de chuva bem com as
normas relacionadas que devem ser seguidas. Além disso, a norma traz alguns métodos para o
dimensionamento de reservatórios.
Com relação ao dispositivo de descarte da primeira chuva, de acordo com a norma,
deve ser dimensionado pelo projetista, porém na ausência de dados, recomenda-se no mínimo
2mm.
No Brasil, existe também uma Associação Brasileira de Captação e Manejo de Água
de Chuva (ABCMAC) fundada em 08 de julho de 1999 com o objetivo de promover ações
visando o aproveitamento racional e eficiente da água de chuva no Brasil (ABCMAC, 2000).
No âmbito internacional, Tomaz (2003) ressaltou a existência de Associações Internacionais
para Aproveitamento de Águas de Chuva.
30
Já com relação à legislação, o Código Sanitário do Estado de São Paulo (Decreto
12.342/78) diz o seguinte:
Artigo 12 - Não será permitida:
III - a interconexão de tubulações ligadas diretamente a sistemas públicos com
tubulações que contenham água proveniente de outras fontes de abastecimento
Artigo 19 - É expressamente proibida a introdução direta ou indireta da águas
pluviais ou resultantes de drenagem nos ramais prediais de esgotos.
Portanto, não pode haver ligações entre o sistema não-potável de água de chuva e os
sistemas de coleta de esgoto e abastecimento de água potável público. Porém, segundo Tomaz
(2003), a partir do momento que a água de chuva é utilizada para substituir a água potável em
determinados usos, o esgoto resultante passa a ser considerado como esgoto sanitário podendo
então ser lançado na rede pública.
Com relação à qualidade da água que será aproveitada, segundo Fiori (2005), há uma
Norma da ABNT (NBR 13.969/97) que determina os parâmetros que devem ser analisados na
água que será utilizada para descarga de vasos sanitários, sendo eles a turbidez (inferior a
10UNT) e a quantidade de coliforme fecal (inferior a 500NMP/100mL).
Porém, de acordo com a NBR 15527/07 ANA (2005), juntamente com a turbidez e a
quantidade de coliformes fecais, devem ser analisados outros parâmetros da água,
independente do tipo de uso, que estão representados na Tabela 2 com suas respectivas
concentrações permitidas.
Tabela 2: Parâmetros de qualidade da água para usos não potável.
Parâmetro
Coliformes totais
Coliformes termotolerantes
Cloro residual
Turbidez
Cor aparente (caso não seja
utilizado nenhum corante, ou antes,
da sua utilização)
Deve prever ajuste de pH para
proteção das redes de distribuição,
caso necessário
Fonte: ABNT NBR 15527.
Análise
Valor
Semestral Ausência em 100mL
Semestral Ausência em 100mL
Mensal
0,5 a 3,0mg/L
< 2,0 UT, para usos menos restritivos < 5,0
Mensal
UT
Mensal
< 15 UH
pH de 6,0 a 8,0 no caso de tubulação de aço
Mensal
31
5. MÉTODO E ETAPAS DE TRABALHO
5.1 Método para o Cálculo do Volume do Reservatório
Para o estudo e a avaliação dos três métodos de cálculo de volume de reservatório
propostos nesta pesquisa (Método de Rippl, Método do Máximo Aproveitamento e Método da
Análise da Simulação) foi necessário, primeiramente, conhecer o funcionamento de cada um
deles, incluindo as diferenças e semelhanças entre eles, as variáveis requeridas, seus
princípios e conceitos envolvidos, entre outros aspectos necessários para aplicação de cada
um.
Para a realização dos cálculos, independente do método utilizado, foi necessária a
determinação de alguns dados: volume de descarte da primeira chuva, demanda a ser exercida
e área de captação. Diversas situações foram propostas variando cada uma dessas variáveis
buscando uma comparação entre elas para uma posterior análise (Tabela 3).
Com relação às demandas a serem atendidas, correspondem à quantidade de água
consumida nas bacias sanitárias com caixa acoplada de residências unifamiliares com 3, 4 e 5
habitantes. Foram consideradas 5 descargas por habitante por dia e um volume de descarga de
6L, conforme proposto por Annecchini (2005), obtendo-se a demanda para cada condição.
Tabela 3: Condições investigadas
50, 80, 120 e 200
Descarte da
primeira
chuva (mm)
0, 1, 2 e 4
50, 80, 120 e 200
0, 1, 2 e 4
4 - 0,12 - 3,6
50, 80, 120 e 200
0, 1, 2 e 4
5 - 0,15 - 4,5
Área de captação
2
(m )
3
Número de habitantes - Demanda Diária - Mensal (m )*
3 - 0,09 - 2,7
* Considerando: 5descargas/hab.dia e 6L/descarga.
Os dados apresentados na Tabela 3 foram utilizados no Método de Rippl e no Método
do Máximo Aproveitamento (MMA). Para o Método da Análise da Simulação (MAS), foram
fixados volumes de reservatório de 2, 5, 10, 15 e 20m3, uma área de captação de 80m2, um
descarte da primeira chuva de 2mm e uma demanda de 0,12m3/dia.
Para a execução dos cálculos o coeficiente de escoamento superficial adotado nas
investigações foi de 0,8, valor que corresponde ao coeficiente apresentado por Tucci et al.
(1995) e Tomaz (2003) para telhas cerâmicas.
Outro dado necessário para a execução dos cálculos é a precipitação do local onde será
instalado o sistema. Na presente pesquisa, foram utilizados os dados pluviométricos da cidade
32
de Rio Claro (SP) coletados na estação meteorológica da UNESP, Campus Bela Vista
(CEAPLA) no ano de 2003, os quais foram obtidos através do Sistema de Informações para o
Gerenciamento de Recursos Hídricos do Estado de São Paulo (SIGRH). Para o MMA e para o
MAS utilizou-se precipitações diárias e para o Método de Rippl utilizou-se precipitações
mensais.
É importante mencionar que, para projetos de sistemas de aproveitamento de água de
chuva, é recomendada a utilização de históricos de dados pluviométricos de no mínimo dez
anos. No entanto, como o objetivo do trabalho é comparar métodos de dimensionamento,
foram utilizados dados de apenas um ano, admitindo-se que o erro oriundo da
representatividade estatística ocorre em todos os métodos.
A partir desses dados, calculou-se o volume de precipitação (vazão de entrada) através
da seguinte equação (TOMAZ, 2003):
Vp = (C.A.P)/1000
(Equação 1)
onde:
Vp = volume de precipitação (m3);
C = coeficiente de escoamento superficial (adimensional) cujo valor adotado na pesquisa foi
de 0,8;
P = precipitação (mm);
A = área de captação (m2).
Com relação ao volume de descarte da primeira chuva, foram investigados quatro
valores correspondentes a precipitação de descarte de 0, 1, 2 e 4mm. Para calcular o volume
correspondente ao descarte, utilizou-se a seguinte equação:
Vdesc = (Pdesc.A)/1000
(Equação 2)
onde:
Vdesc = Volume de descarte da primeira chuva (m3);
Pdesc = Precipitação de descarte da primeira chuva (mm);
A = Área de captação (m2).
O volume passível de aproveitamento corresponde ao volume total precipitado menos
o volume de descarte correspondente.
A partir de todos esses dados, aplicaram-se os três métodos e discutiram-se os
resultados obtidos. Adicionalmente foram realizadas duas comparações entre os métodos a
fim de incrementar as análises e discussões. Comparou-se o MMA com o Método de Rippl e
o MAS, sendo que na comparação entre o MMA e o Método de Rippl, além da análise dos
volumes e dos potenciais de economia obtidos, também foram analisados os custos dos
reservatórios e os tempos de amortização do investimento da implantação do sistema.
33
Para a análise econômica dos métodos de Rippl e do Máximo Aproveitamento foram
utilizados os custos médios, por unidade de volume, propostos por Tomaz (2003). Estes
custos, segundo o autor, variam de US$ 105/m3 a US$ 137/m3 para reservatórios de PVC ou
fibra de vidro. Para o cálculo do tempo de amortização do investimento foi utilizado o método
do Pay-Back, considerando uma taxa de água e esgoto de R$2,92/m3 consultada no endereço
eletrônico do Departamento Autônomo de Água e Esgoto (DAAE) da cidade de Rio Claro no
dia 02 de maio de 2007.
5.1.1 Método de Rippl
O cálculo do volume do reservatório através do método de Rippl leva em consideração
o conceito da regularização de vazão. Para aplicação do método, utilizaram-se valores de
precipitações mensais de Rio Claro a fim de se obter os seus respectivos volumes (Equação
1).
A partir desses dados e definidos os valores de demanda, de volume de descarte da
primeira chuva e da área de captação, calculou-se a diferença entre as demandas e os volumes
de precipitação (considerando o descarte da primeira chuva). Em seguida, foi calculada essa
mesma diferença, porém acumulada, dos valores positivos. O maior valor acumulado obtido
nessa diferença calculada corresponde ao volume do reservatório sugerido pelo método.
O tratamento dos dados e a elaboração de gráficos foram realizados em planilhas
eletrônicas no Excel. Com estes dados organizados em tabelas, foram elaborados gráficos
para apresentar os resultados obtidos pelo método.
5.1.2 Método do Máximo Aproveitamento (MMA)
O Método do Máximo Aproveitamento pressupõe o aproveitamento da água de
chuva para os dias em que o volume armazenado é maior ou igual à demanda exercida,
conforme Equação 3:
dV/dt = Vp.C - Demanda, para dV/dt (diário) ≥ 0
(Equação 3)
onde:
dV/dt = Variação do volume no reservatório;
Vp = Volume de precipitação considerando o descarte da primeira chuva;
C = Coeficiente de escoamento (0,8);
Demanda = Demanda de água exercida.
Os cálculos foram realizados através de um programa computacional elaborado em
linguagem FORTRAN. Os dados de entrada do programa foram:
34
•
precipitação diária (mm);
•
coeficiente de escoamento (0,8);
•
volume correspondente ao descarte da primeira chuva em m3 (0, 1, 2 e 4mm);
•
área de captação (50, 80, 120 e 200m2);
•
demanda diária (0,09; 0,12; e 0,15m3);
•
volume proposto para o reservatório (0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 10;
12,5; e 15m3).
Para cada uma das três demandas investigadas foram variados: i) quatro valores de
descarte; ii) quatro valores para área de captação, e; iii) treze volumes de reservatório.
Os dados de saída do programa foram os seguintes:
•
Volume precipitado acumulado (Vp(ac)) = Somatória do volume precipitado
acumulado para cada área de captação, já considerando o descarte da primeira
chuva;
•
Volume aproveitável acumulado (Vap(ac)) = Somatória do volume aproveitado
durante o ano correspondente ao valor da demanda para os dias onde dV/dt
(diário)
•
≥ 0;
Volume coletado acumulado (Vcol(ac)) = Somatória do volume coletado
considerando a demanda diária e a capacidade do reservatório;
•
Dias de déficit = Corresponde ao número de dias em que não houve
aproveitamento de água de chuva, ou seja, quando dV/dt (diário) < 0.
Os resultados da simulação obtidos com o programa FORTRAN foram organizados
em planilhas eletrônicas no Excel, elaborando-se doze gráficos cujas linhas de tendência
foram ajustadas por funções logarítmicas. Adicionalmente, foram calculados os potenciais de
economia proporcionados pelo sistema de aproveitamento de água de chuva, ou seja, a relação
entre o volume total aproveitável (Vap) no ano e a demanda anual a ser atendida para cada
condição investigada.
A adoção do volume proposto pelo MMA, para efeito de comparação com os outros
dois métodos, foi realizada a partir dos dados obtidos considerando o potencial de economia
de cada volume investigado. Para tal, foram selecionados os potenciais de economia na faixa
de 70%.
35
5.1.3 Método de Análise de Simulação (MAS)
Para calcular o volume através do MAS arbitra-se um volume e verifica-se o que
ocorre com a água no reservatório: se vai sobrar (overflow) ou se vai faltar, exigindo o
suprimento através de outras fontes (TOMAZ, 2003). Essa verificação pode ser realizada
através de uma análise gráfica, permitindo uma melhor visualização do comportamento do
volume de água no reservatório ao longo do ano. Para o cálculo do volume do reservatório
através desse método, foram fixados cinco valores de volume de reservatório: 2, 5, 10, 15 e
20m3, sendo que o último foi utilizado para analisar o comportamento em condições
extremas. Para cada um desses valores adotados foi analisado o volume de água no
reservatório durante o ano de 2003. Para as análises, foram adotados 2mm para descarte da
primeira chuva, 80m2 para área de captação e demanda de 0,12m3/dia valores também
investigados pelo MMA e pelo Método de Rippl.
A equação utilizada para verificar o nível de água no reservatório durante todos os
dias do ano, desconsiderando as possíveis perdas por evaporação e outras, tais como
vazamentos, foi a seguinte (adaptado de TOMAZ, 2003):
R(t) = Vp(t) + R(t-1) – D(t), para 0 ≤ R(t) ≤ V
(Equação 4)
onde:
R(t) = Volume de água no reservatório no tempo t (m3); Vp(t) = Volume precipitado
no tempo t (m3); R(t-1) = Volume de água no reservatório no tempo t-1(m3); D(t) = demanda no
tempo t (m3); V = Volume do reservatório fixado.
Foram calculados também os dias de déficit do sistema, ou seja, os dias em que o
reservatório ficou vazio. Adicionalmente, calculou-se a eficiência do sistema definida como
sendo a relação entre o número de dias em que o reservatório não ficou vazio e o número total
de dias em um ano (365 dias).
Para análise da simulação, os dados foram tratados em planilhas eletrônicas (Excel) e
a partir delas foram elaborados cinco gráficos, um para cada volume de reservatório arbitrado.
A Tabela 4 ilustra, para o mês de fevereiro, como os dados foram organizados para obter os
resultados de volume diário.
36
Tabela 4: Exemplo de tabela de variação do volume de água no reservatório no mês de fevereiro
com capacidade de 2, 5, 10, 15 e 20m3 para demanda de 0,12m3/dia, área de captação de 80m2 e
descarte da primeira chuva de 2mm
Dia
0**
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Precipitação
Diária (mm)
Volume de Chuva
3
Diária* (m )
0,4
0
0
0
0,4
0,2
0
0
0
0
0
0
4,6
33
12,1
6,8
3,5
6,1
34,4
0
9,3
2,5
0
0
0
0
0
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,13
1,95
0,61
0,28
0,06
0,23
2,04
0,00
0,44
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
3
Volume de Água Armazenada no Reservatório (m )
3
3
3
3
3
capac. 2 m capac. 5 m capac. 10 m capac. 15 m capac. 20 m
2,00
5,00
10,00
15,00
20,00
1,88
4,88
9,88
14,88
19,88
1,76
4,76
9,76
14,76
19,76
1,64
4,64
9,64
14,64
19,64
1,52
4,52
9,52
14,52
19,52
1,40
4,40
9,40
14,40
19,40
1,28
4,28
9,28
14,28
19,28
1,16
4,16
9,16
14,16
19,16
1,04
4,04
9,04
14,04
19,04
0,92
3,92
8,92
13,92
18,92
0,80
3,80
8,80
13,80
18,80
0,68
3,68
8,68
13,68
18,68
0,56
3,56
8,56
13,56
18,56
0,57
3,57
8,57
13,57
18,57
2,00
5,00
10,00
15,00
20,00
2,00
5,00
10,00
15,00
20,00
2,00
5,00
10,00
15,00
20,00
1,94
4,94
9,94
14,94
19,94
2,00
5,00
10,00
15,00
20,00
2,00
5,00
10,00
15,00
20,00
1,88
4,88
9,88
14,88
19,88
2,00
5,00
10,00
15,00
20,00
1,88
4,88
9,88
14,88
19,88
1,76
4,76
9,76
14,76
19,76
1,64
4,64
9,64
14,64
19,64
1,52
4,52
9,52
14,52
19,52
1,40
4,40
9,40
14,40
19,40
1,28
4,28
9,28
14,28
19,28
1,16
4,16
9,16
14,16
19,16
* Considerando o descarte de 2mm, ou seja, 0,16m3
** Corresponde ao último dia do mês de janeiro (31/01/2003)
5.2 Determinação da Altura na Qual o Reservatório Deve Estar Posicionado em uma
Residência Unifamiliar
Na presente pesquisa, optou-se por locar o reservatório abaixo do nível do telhado,
pois com isso o custo do sistema será reduzido visto que não será necessário o uso de energia
elétrica para o funcionamento de bombas. Portanto faz-se necessário definir a altura que esse
reservatório deve ser instalado em uma residência unifamiliar.
Para tal, foi proposto um sistema de captação e aproveitamento de água de chuva
ilustrado na Figura 6 e composto, basicamente, por:
•
Reservatório comercial de plástico;
•
Tubos de PVC de 75mm;
•
Tubos de PVC de 15mm (½’’) ou 20mm (¾’’);
•
Válvula de gaveta;
•
Válvula de ângulo.
37
Figura 6: Esquema da proposta de sistema de captação e aproveitamento de água de chuva.
Nota: Esquema fora de escala.
Além disso, na definição da altura em que o reservatório deve estar instalado, foram
considerados os seguintes aspectos:
•
O ponto mais baixo de concentração da água de chuva no telhado;
•
Os acessórios que devem ser instalados no sistema, tais como dispositivos de descarte
da primeira chuva e sistemas de grades para remoção dos materiais grosseiros;
•
A altura do reservatório;
•
A altura do ponto de utilização que no caso seria a bacia sanitária com caixa acoplada;
•
As tubulações necessárias para a condução da água;
•
As perdas de carga entre a saída do reservatório e a entrada da caixa acoplada da bacia
sanitária.
A altura do ponto de utilização foi definida com base na literatura existente. De
acordo com Blundi et al. (2002), em uma instalação típica de uma residência, a caixa acoplada
da bacia sanitária deve estar disposta a 1,0m do piso da residência. Com relação à altura do
telhado, que irá determinar o ponto mais baixo de concentração da água da chuva, não existe
um padrão a ser seguido, variando de acordo com o projeto arquitetônico de cada residência.
Para a presente pesquisa, adotou-se uma residência com “pé direito” de 3m.
Com relação aos dispositivos responsáveis pela retenção dos materiais grosseiros
foram utilizadas no sistema proposto grades que ficam instaladas na própria calha. Sendo
assim, não haveria nenhuma restrição com relação ao posicionamento do reservatório.
Annecchini (2005) apresentou alguns exemplos desses tipos de grades (Figura 7).
38
Figura 7: Tipos de grades.
Fonte: Waterfall (2005 apud ANNECCHINI (2005).
O dispositivo de descarte da primeira chuva selecionado para o sistema também não
interfere na altura que o reservatório deve estar instalado. Trata-se do dispositivo apresentado
pela Annecchini (2005) (Figura 5).
A definição da altura do reservatório foi realizada com base nas informações técnicas
disponíveis pelos fabricantes de reservatório de plástico. Existem vários tipos desses
reservatórios no mercado, a Figura 8 mostra um modelo fabricado por uma empresa de tubos
e conexões. As alturas dos reservatórios dependem de seus volumes e variam de fabricante
para fabricante. Para a presente pesquisa adotou-se um reservatório de 500L com altura de
0,67m. A tabela 5 mostra algumas dimensões de reservatórios comerciais fabricados pela
mesma empresa.
Figura 8:Modelo de reservatório fabricado por uma empresa de tubos e conexões
Fonte: Ficha [2005?].
Tabela 5: Alturas de caixa d’água com diferentes volumes fabricadas por uma empresa de tubos
e conexões.
Volume da Caixa d' Água (L)
310
500
1000
Fonte: Ficha [2005?].
Altura sem a Tampa (mm)
569
550,69
550,69
Altura com a Tampa (mm)
676
670,31
670,19
39
5.2.1 Método do Cálculo das Perdas de Carga
O cálculo das perdas de carga foi realizado com base na norma NBR 5626/98
(Instalação Predial de Água Fria) da ABNT. De acordo com a norma, a perda de carga ao
longo da tubulação varia em função do comprimento do tubo, do diâmetro interno, da
rugosidade da superfície interna e da vazão.
Para realizar o cálculo da perda de carga a norma recomenda que se utilize a equação
universal. Porém, as expressões de Fair-Whipple-Hsiao, indicadas a seguir, também podem
ser utilizadas.
•
Para tubos rugosos (tubos de aço-carbono, galvanizado ou não):
J = 20,2 · 106 · Q1,88 · D - 4,88
• Para tubos lisos (tubos de plástico, cobre ou liga de cobre):
J = 8,69 · 106 · Q1,75 · D - 4,75
onde:
(Equação 5)
(Equação 6)
J é a perda de carga unitária, em quilopascals por metro;
Q é a vazão estimada na seção considerada, em litros por segundo;
D é o diâmetro interno do tubo, em milímetros.
Para se calcular as perdas de cargas localizadas utilizaram-se os comprimentos
equivalentes ou virtuais dos dispositivos presentes na tubulação (válvulas, curvas, etc.).
Os comprimentos equivalentes para cada dispositivo utilizado na proposta de sistema
encontram-se na Tabela 6.
Tabela 6: Perdas de carga localizadas – sua equivalência em metros de tubulação de PVC rígido
ou cobre, segundo NBR-5626/82.
Diâmetro nominal
DN
(Ref)
15mm
(1/2)
20mm
(3/4)
Joelho 90
o
1,1
1,2
Entrada
normal
Registro gaveta
aberto
Registro ângulo
aberto
0,3
0,4
0,1
0,2
5,9
6,1
Fonte: Macintyre (1996).
O trecho no qual foram calculadas as perdas encontra-se ilustrado na Figura 9. Foram
colocadas duas válvulas, uma para fechar a saída de água do reservatório e outra para simular
a torneira de bóia da caixa acoplada.
40
Figura 9: Ilustração do trecho (1-2) no qual foram calculadas as perdas de carga.
Nota: Esquema fora de escala.
Os tubos utilizados foram de PVC. A determinação de seus diâmetros se deu da
seguinte maneira: com a vazão de projeto para bacias sanitárias com caixa acoplada conhecida
(Q = 0,15L/s) através da NBR-5626/98 da ABNT e considerando a velocidade máxima
permitida nas tubulações apresentada pela mesma norma igual a 3m/s, utilizou a seguinte
fórmula (AZEVEDO NETTO et al., 1998):
Q=A·v
(Equação 7)
onde:
Q é a vazão, em metros cúbicos por segundo;
A é a área da seção de escoamento, em metros quadrados;
v é a velocidade média na seção, em metros por segundo.
A mesma expressão pode ser representada da seguinte forma:
Q = πD2 · v
4
onde:
(Equação 8)
D é o diâmetro da seção, em metros.
Com relação ao comprimento equivalente para o trecho em questão, para obtê-lo foi
adicionado o comprimento equivalente das seguintes singularidades: 2 cotovelos de 90º, uma
válvula de gaveta aberta, uma válvula de ângulo aberta e uma entrada normal na tubulação.
Sendo assim, conhecidos a vazão, o diâmetro e o comprimento da tubulação (o real
mais o equivalente) empregou-se a Equação de Fair-Whipple-Hsiao (Equação 6).
41
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
6.1 Análise dos Resultados Obtidos para Volumes de Reservatórios
6.1.1 Resultados obtidos com a aplicação do Método de Rippl
Com os resultados obtidos utilizando o método de Rippl, foram elaborados três
gráficos para as três demandas analisadas (Figura 10). Em todos os casos analisados
observou-se que o aumento do descarte da primeira chuva implicou em um acréscimo no
volume do reservatório. Por exemplo, para uma demanda de 0,09m3/dia e área de 50m2,
quando o volume de descarte passou de 0mm para 4mm, o volume do reservatório passou de
9,23m3 para 10,28m3. Esse acréscimo ocorreu porque a oferta diminuiu, mas a demanda não
sofreu variação e, como o conceito do método consiste em atender totalmente a demanda, o
volume a ser reservado aumentou.
O aumento da área de captação implicou em uma diminuição considerável do volume
do reservatório podendo alcançar valores correspondentes a 26% do volume obtido para
menores áreas, diminuição esta observada claramente para as áreas de 50 e 200m2. Ou seja,
para uma demanda de 0,12m3/dia e um volume de descarte de 1mm, o volume do reservatório
aumentou de 5,74m3 (200m2) para 14,78m3 (50m2). Isso se deve ao fato que maiores áreas
implicam em maiores valores de Vp para a mesma precipitação.
Dem anda de 0,12m 3/dia
Dem anda de 0,15m 3/dia
Área de 50m2
Área de 80m2
Área de 50m2
Área de 80m2
Área de 50m2
Área de 80m2
Área de 120m2
Área de 200m2
Área de 120m2
Área de 200m2
Área de 120m2
Área de 200m2
10
5
0
0
1
2
4
Descarte da Prim eira Chuva (m m )
20
Volume do
Reservatório (m3)
Volume do
15
Reservatório (m3)
Volume do
Reservatório (m 3)
Dem anda de 0,09m 3/dia
15
10
5
0
0
1
2
4
Descarte da Prim eira Chuva (m m )
25
20
15
10
5
0
0
1
2
4
Descarte da Prim eira Chuva (m m )
Figura 10: Volumes de reservação obtidos através do Método de Rippl para diferentes
demandas, áreas de captação e descartes da primeira chuva.
Com relação à demanda, verificou-se que o aumento da mesma implica em um
aumento do volume do reservatório, devido à hipótese de regularização de vazão do método,
impondo o total atendimento da demanda exercida, inclusive nos períodos de estiagem. Isto
pôde ser verificado, por exemplo, fixando um volume de descarte de 2mm e uma área de
captação de 120m2. O volume do reservatório obtido aumentou de 5,9m3 (0,09m3/dia) para
13,45m3 (0,15m3/dia)
42
Diante dos resultados obtidos para volumes de reservatório através do Método de
Rippl vale mencionar que quando a oferta de água de chuva passível de aproveitamento é
maior em relação à demanda, seja pelo menor volume de descarte da primeira chuva ou pela
maior área de captação, este método pode ser aplicado obtendo-se bons resultados.
6.1.2 Resultados obtidos com a aplicação do Método do Máximo Aproveitamento
Em geral, nos gráficos obtidos pelo MMA (Figura 11) verificou-se que o aumento dos
volumes propostos para os reservatórios resulta em um incremento do volume aproveitável no
ano, sendo que, a partir de um determinado volume de reservatório, o volume aproveitável
tende a um valor máximo, pois demanda a ser atendida permanece constante. Por exemplo,
para uma demanda de 0,09m3/dia e área de captação de 80m2 o volume aproveitável não sofre
um aumento considerável a partir de um volume de reservatório de aproximadamente 4m3,
considerando todos os volumes de descarte.
Esta afirmação esta de acordo com Fendrich e Oliynik (2002) quando destacaram que,
geralmente há uma certa tendência de se considerar que conforme aumenta a capacidade do
reservatório, aumenta também a porcentagem de chuva precipitada passível de
aproveitamento. Entretanto os autores afirmaram que isto não ocorre na prática. De acordo
com os autores, a partir de aproximadamente 70% de aproveitamento, por mais que o volume
do reservatório apresente um aumento de 50%, o coeficiente de aproveitamento sobe apenas
5% a 10%.
Foi verificado também para o MMA que, conforme a demanda aumenta, aumenta
também o volume aproveitável no ano, pois uma demanda maior requer um maior volume de
água armazenada para supri-la. Observou-se que para demanda de 0,09m3/dia, o máximo
volume aproveitável ficou entre 30 e 35m3; para demanda de 0,12m3/dia, esse volume variou
de 35 a 45m3; e quando a demanda é de 0,15m3/dia, esse valor variou de 40 a 55m3.
43
Demanda de 0,09m 3/dia e Área do telhado de 50m 2
2 mm
1 mm
0 mm
4 mm
35
Volume Aproveitável Ac.
(m 3)
Volume Aproveitável Ac.
(m 3)
4 mm
Demanda de 0,09m 3/dia e Área do telhado de 80m2
30
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Volum e do Resevatório (m 3)
0 mm
2 mm
25
20
15
10
2
3
4
5
6
7
8
30
25
20
15
10
0
1
2
3
4
4 mm
30
1
35
4 mm
35
0
0 mm
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
Demanda de 0,09m3/dia e Área do telhado de 200m 2
Volume Aproveitável
Ac. (m 3)
Volume Aproveitável Ac.
(m 3)
1 mm
1 mm
Volum e do Reservatório (m 3)
Demanda de 0,09m3/dia e Área do telhado de 120m 2
40
2 mm
2 mm
1 mm
0 mm
40
35
30
25
20
15
10
9 10 11 12 13 14 15 16
0
1
2
3
Volum e do Reservatório (m 3)
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Volum e do Reservatório (m 3)
(a)
Demanda de 0,12m 3/dia e Área do telhado de 80m2
Demanda de 0,12m3/dia e Área do telhado de 50m2
4 mm
2 mm
0 mm
1 mm
Volume Aproveitável Ac.
(m 3)
Volume Aproveitável
Ac. (m 3)
4 mm
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16
2 mm
0
1
2
3
Volume do Reservatório (m 3)
Demanda de 0,12m 3/dia e Área do telhado de 120m2
0 mm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Volum e do Reservatório (m 3)
9 10 11 12 13 14 15 16
4 mm
(m )
1 mm
50
45
40
35
30
25
20
15
10
3
2 mm
0 mm
Demanda de 0,12m 3/dia e Área do telhado de 200m 2
Volume Aproveitável Ac.
Volume Aproveitável Ac.
(m 3)
4 mm
1 mm
50
45
40
35
30
25
20
15
10
2 mm
1 mm
0 mm
50
45
40
35
30
25
20
15
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
Volume do Reservatório (m 3)
Volum e do Reservatório (m 3)
(b)
Figura 11: Volume aproveitável no ano em função do volume do reservatório, do descarte da
primeira chuva e da área de captação, para demanda de 0,09m3/dia (a), 0,12m3/dia (b) e
0,15m3/dia (c)
44
Demanda de 0,15m3/dia e Área do telhado de
50m2
2 mm
1 mm
4 mm
0 mm
Volume Aproveitável Ac.
(m 3)
Volume
Aproveitável Ac.
(m 3)
4 mm
Demanda de 0,15m 3/dia e Área do telhado de 80 m 2
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
2 mm
40
30
20
10
0
1
2
3
4
0 mm
4 mm
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
Demanda de 0,15m 3/dia e Área do telhado de 200 m2
9 10 11 12 13 14 15 16
Volume Aproveitável
Ac. (m 3)
Volume Aproveitável Ac.
(m 3)
1 mm
5
Volum e do Reservatório (m 3)
Demanda de 0,15m3/dia e Área do telhado de 120 m2
2 mm
0 mm
50
Volum e do Reservatório (m 3)
4 mm
1 mm
60
2 mm
1 mm
0 mm
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
Volume do Reservatório (m 3)
Volum e do Reservatório (m 3)
(c)
Figura 11: Volume aproveitável no ano em função do volume do reservatório, do descarte da
primeira chuva e da área de captação, para demanda de 0,09m3/dia (a), 0,12m3/dia (b) e
0,15m3/dia (c)
Utilizando o MMA verificou-se que, independente da demanda e da área de
captação, quanto maior o volume de descarte da primeira chuva, menor o volume aproveitável
no ano, pois a oferta diminui.
Para todas as demandas e todos os valores de descarte da primeira chuva investigados
no MMA, o aumento da área de captação implicou no aumento do volume aproveitável no
ano.
Com relação à determinação do volume, verificou-se que a mesma pode ser realizada,
através dos gráficos elaborados, da seguinte forma: defini-se um potencial de economia que se
deseja atingir para o sistema; em seguida, calcula-se a demanda anual que será atendida a
partir desse potencial; e por fim localiza-se o valor da demanda anual obtida no eixo das
ordenadas do gráfico para que, a partir desse ponto, seja encontrado o valor correspondente no
eixo das abscissas, sendo este o volume do reservatório. A Figura 12 apresenta um exemplo
de determinação do volume através do gráfico e considerando o potencial de economia.
45
Figura 12: Exemplo de como determinar o volume do reservatório considerando o potencial de
economia e a demanda a partir do gráfico
Pode-se observar, através da Figura 12, que para um potencial de 70%, descarte de
4mm, área de 80m2 e demanda de 0,09m3/dia, ou seja, 22,9m3/ano (D), o volume do
reservatório a ser adotado é de aproximadamente 3m3.
Na Tabela 7 foram investigados os custos, tempos de amortização e potenciais de
economia para um volume fixo de reservatório de 500L considerando descarte de 2mm e área
de captação de 50m2.
Tabela 7: Custo, tempo de amortização e potencial de economia para reservatório de 500L.
Considerando área de captação de 50m2 e descarte da primeira chuva de 2mm
Demanda Potencial de Volume Economizado
3
3
(m /dia)
por Ano (m )
Economia
0,09
46,0%
15,11
0,12
38,6%
16,91
0,15
33,2%
18,18
Economia
Anual* (R$)
44,12
49,37
53,08
Custo**
(R$)
101,85 - 132,89
101,85 - 132,89
101,85 - 132,89
Tempo de
Amortização (anos)
2,3 - 3,0
2,1 - 2,7
1,9 - 2,5
* valor médio de tarifa adotada contemplando água e esgoto de R$2,92/m3
** valor de referência de U$105/m3 a U$137/m3 para reservatório de PVC ou fibra de vidro e
R$1,94/U$
Analisando os dados da Tabela 7, observou-se que o potencial de economia variou
com a demanda e que a utilização de um reservatório de 500 litros pôde atender 46% da
demanda de uma residência com 3 habitantes (0,09m3/dia) obtendo-se tempo de amortização
do investimento de 2 a 3 anos. Com esse mesmo volume de reservatório, o menor tempo de
amortização calculado foi de 1,9 anos, obtido para a demanda de 0,15m3/dia. Vale mencionar
que, embora aparentemente contraditório, existe uma relação direta entre os valores de tempo
de amortização e os valores de potencial de economia. Fato que pode ser explicado
considerando que a variação do nível de água no interior do reservatório é maior para a
demanda de 0,15m3/dia. Assim, o volume coletado é maior, em termos absolutos, resultando
em maior economia anual, entretanto em termos relativos o potencial de economia é menor.
Vale mencionar que os custos e tempos de amortização do investimento apresentados
referem-se somente a um elemento do sistema, o reservatório. Ressalta-se também que para se
46
obter esses custos, foi utilizado um valor de referência somente para efeito de comparação.
Sendo assim, para uma análise econômica de um sistema de aproveitamento de água de chuva
a ser implantado, faz-se necessário investigar o custo real dos reservatórios que varia de
acordo com o local, o material utilizado, a época, entre outros.
6.1.3 Resultados obtidos com a aplicação do Método da Análise da Simulação
No caso da utilização do MAS, os resultados obtidos permitiram a visualização do
comportamento do nível do reservatório ao longo do ano (Figura 13, 14, 15, 16 e 17). Para
todos os volumes investigados considerou-se que o reservatório estava inicialmente vazio em
01/01/2003.
Verificou-se que o aumento da capacidade do reservatório implicou em uma
diminuição dos dias em que o reservatório permaneceu sem água, pois a quantidade de água
2,00
1,00
de
z
no
v
ou
t
se
t
ag
o
ju
l
ju
n
ai
m
ab
r
ar
m
fe
v
0,00
ja
n
Volume do
Reservatório (m 3)
armazenada nos períodos chuvosos aumentou.
Meses do Ano
Figura 13: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 2m3, considerando 80m2 de área de captação, 2mm de descarte da primeira chuva
e demanda de 0,12m3/dia.
O reservatório com capacidade de 2m3 permaneceu vazio de junho a setembro, além
de alguns dias em abril e outubro. No entanto, houve períodos em que ocorreu
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
de
z
no
v
ou
t
se
t
ag
o
ju
l
ju
n
ai
m
ab
r
ar
m
fe
v
0,00
ja
n
Volume do
Reservatório (m 3)
extravasamento de água como, por exemplo, no início e no fim do ano.
Meses do Ano
Figura 14: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 5m3, considerando 80m2 de área de captação , 2mm de descarte da primeira
chuva e demanda de 0,12m3/dia.
O período no qual o reservatório permaneceu sem água passa de 4 para 3 meses com
o aumento da capacidade do reservatório de 2 para 5m3. Além disso, os dias de déficit que
47
ocorreram do mês de abril para o reservatório de 2m3 não ocorreram mais no reservatório de
10,00
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
de
z
no
v
ou
t
se
t
ag
o
ju
l
ju
n
ai
m
ab
r
ar
m
fe
v
3,00
2,00
1,00
0,00
ja
n
3
Volume do Reservatório (m )
5m3. O extravasamento também ocorreu para o reservatório de 5m3.
Meses do Ano
Figura 15: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 10m3, considerando 80m2 de área de captação , 2mm de descarte da primeira
chuva e demanda de 0,12m3/dia.
Para o reservatório de 10m3 os dias de déficit ocorreram em apenas dois meses,
agosto e setembro e alguns dias de outubro. Verificou-se que a partir de maio, para todos os
volumes de reservatório investigados, o nível de água começou a baixar, pois a ocorrência de
chuva diminuiu. O nível de água armazenada no reservatório voltou a subir quando os eventos
de chuva voltaram a ocorrer, em meados de outubro.
O reservatório com capacidade de 15m3 apresenta dias de déficit apenas no final de
setembro e no começo de outubro (treze dias). Já no reservatório de 20m3, não houve dias de
déficit ao longo do ano, pois a quantidade de água armazenado durante o ano foi suficiente
de
z
no
v
ou
t
se
t
ag
o
ju
l
ju
n
ai
m
ab
r
ar
m
fe
v
15,00
14,00
13,00
12,00
11,00
10,00
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
ja
n
Volume do Reservatório(m 3)
para atender toda a demanda mesmo no período de seca.
Meses do Ano
Figura 16: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 15m3, considerando 80m2 de área de captação , 2mm de descarte da primeira
chuva e demanda de 0,12m3/dia.
de
z
no
v
ou
t
se
t
ag
o
ju
l
ju
n
m
ai
ab
r
m
fe
ar
v
20,00
19,00
18,00
17,00
16,00
15,00
14,00
13,00
12,00
11,00
10,00
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
ja
n
3
Volume do Reservatório (m )
48
Meses do Ano
Figura 17: Análise diária do ano de 2003 da variação do volume da água no reservatório com
capacidade de 20m3, considerando 80m2 de área de captação , 2mm de descarte da primeira
chuva e demanda de 0,12m3/dia.
6.1.4 Comparação entre o MMA e o Método de Rippl
Os dois métodos conduziram a diferentes volumes de reservatórios (Figura 18). Além
disso, pôde-se observar que para o Método de Rippl a diminuição da área de captação, o
aumento do volume de descarte da primeira chuva ou o aumento da demanda implicou,
necessariamente, em um acréscimo no volume do reservatório. Esse fato também foi
verificado no MMA, porém não para todos os casos. Isso pode ser explicado pelo fato de que
a determinação da capacidade do reservatório através desse método foi realizada considerando
o potencial de economia em torno de 70% que pode ser alcançado em volumes iguais de
reservatórios, mesmo com a alteração de qualquer variável (demanda, área de captação ou
volume de descarte).
Comparação entre o Método de Rippl e o MMA (Demanda
de 0,12m 3/dia)
Método de Rippl
MMA
12
10
8
6
4
2
0
0
1
2
50 m2
4
0
1
2
80 m2
4
0
1
2
120 m2
Condições Investigadas
(a)
4
0
1
2
4
(mm)
200 m2
Volume do Reservatório
(m3)
Volume do
Reservatório (m3)
Comparação entre o Método de Rippl e o MMA (Demanda
de 0,09m3/dia)
Método de Rippl
20
16
12
8
4
0
0
1
2
50 m2
4
0
1
2
80 m2
MMA
4
0
1
2
120 m2
4
0
1
2
4
(mm)
200 m2
Condições Investigadas
(b)
Figura 18: Comparação entre o Método de Rippl e o MMA para demanda de 0,09m3/dia (a),
0,12m3/dia (b) e 0,15m3/dia (c), considerando as áreas de captação e descartes investigados. O
critério utilizado para a escolha do volume de reservatório obtido através do MMA foi o
potencial de economia em torno de 70%.
49
Volume do Resevatório
(m 3)
Comparação entre o Método de Rippl e o MMA (Demanda
de 0,15m3/dia)
Método de Rippl
MMA
25
20
15
10
5
0
0
1
2
4
0
50 m2
1
2
4
0
80 m2
1
2
4
0
1
120 m2
2
4
(mm)
200 m2
Condições Investigadas
(c)
Figura 18: Comparação entre o Método de Rippl e o MMA para demanda de 0,09m3/dia (a),
0,12m3/dia (b) e 0,15m3/dia (c), considerando as áreas de captação e descartes investigados. O
critério utilizado para a escolha do volume de reservatório obtido através do MMA foi o
potencial de economia em torno de 70%.
Comparando-se os volumes de reservatório obtidos, verificou-se que no MMA esses
foram inferiores aos obtidos com o Método de Rippl, podendo alcançar valores
correspondentes a 16% dos volumes encontrados através do segundo método. Porém, vale
mencionar que o Método de Rippl garante que toda a demanda seja atendida (devido à
hipótese de regularização da vazão) enquanto que para o MMA aproximadamente 70% da
demanda é atendida.
Os valores obtidos dos custos dos reservatórios dimensionados pelo Método de Rippl
foram maiores daqueles obtidos com o MMA (Tabela 8). Além disso, observando a Figura
19, verificou-se que os tempos de amortização obtidos empregando o MMA foram
significativamente mais curtos quando comparado com o Método de Rippl. Vale mencionar
que se fosse calculado os tempos de amortização para outras condições, ou seja, se as
condições das indústrias ou mesmo de outros pontos de usos nas residências fossem
investigados, essa diferença entre os tempos de amortização poderia aumentar ou diminuir.
Comparação entre o Método de Rippl e o MMA
Método de Rippl
MMA
Tempo de Amortização (anos)
40,0
35,0
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0
1
2
50
4
0
1
2
4
0
80
1
2
120
0,09
4
0
1
2
200
4
0
1
2
50
4
0
1
2
4
0
80
1
2
120
0,12
4
0
1
200
2
4
0
1
2
50
4
0
1
2
4
0
80
1
2
120
4
0
1
2
4
(mm)
200 (m2)
0,15 (m3/dia)
Condições Investigadas
Figura 19: Comparação entre os tempos de amortização, considerando apenas o custo do
reservatório, obtidos através do Método de Rippl e do MMA para diferentes valores de descarte
da primeira chuva (mm), áreas de captação (m2) e demandas exercidas (m3/dia).
50
Tabela 8: Comparação dos custos dos reservatórios e dos tempos de amortização obtidos pelo
Método de Rippl e pelo MMA para as condições investigadas
Descarte Volume do Reservatório (m3)
Rippl
MMA
(mm)
9,23
1,5
0
9,48
2
1
50
9,73
3
2
10,28
4,5
4
0
6,9
1,5
1
7,22
1,5
80
2
7,54
2
4
8,26
3
0,09
0
4,94
1
1
5,42
1,5
120
2
5,9
1,5
4
6,86
2,5
0
2,44
1
1
3,04
1
200
2
3,64
1,5
4
4,84
2
0
14,48
3,5
1
14,78
4,5
50
2
15,08
5
4
15,68
10
0
11,16
2
1
11,56
2
80
2
11,96
3,5
4
12,76
5
0,12
0
8,54
1,5
1
9,02
2
120
2
9,50
2
4
10,46
3
0
5,14
1
1
5,74
1,5
200
2
6,34
1,5
4
7,84
2,5
0
20,02
5
1
20,37
10
50
2
20,72
10
4
21,42
10
0
15,66
3
1
16,09
3
80
2
16,57
3,5
4
17,53
5
3
0,15 (m /dia)
0
12,25
2
1
12,85
2,5
120
2
13,45
2,5
4
14,65
4
0
8,24
1,5
1
9,04
2
2
200 (m )
2
9,84
2,5
4 (mm)
11,44
4
Demanda
3
(m /dia)
Área
2
(m )
Custo (R$)*
Rippl
MMA
2.453,1
398,7
2.519,6
531,6
2.586,0
797,3
2.732,2 1.196,0
1.833,9
398,7
1.918,9
398,7
2.004,0
531,6
2.195,3
797,3
1.313,0
265,8
1.440,5
398,7
1.568,1
398,7
1.823,3
664,5
648,5
265,8
808,0
265,8
967,4
398,7
1.286,4
531,6
3.848,5
930,2
3.928,2 1.196,0
4.008,0 1.328,9
4.167,4 2.657,8
2.966,1
531,6
3.072,4
531,6
3.178,7
930,2
3.391,4 1.328,9
2.269,8
398,7
2.397,3
531,6
2.524,9
531,6
2.780,1
797,3
1.366,1
265,8
1.525,6
398,7
1.685,0
398,7
2.083,7
664,5
5.320,9 1.328,9
5.413,9 2.657,8
5.507,0 2.657,8
5.693,0 2.657,8
4.163,4
797,3
4.277,6
797,3
4.405,1
930,2
4.660,3 1.328,9
3.255,1
531,6
3.414,5
664,5
3.574,0
664,5
3.892,9 1.063,1
2.190,0
398,7
2.402,7
531,6
2.615,3
664,5
3.040,5 1.063,1
3
Volume economizado por ano (m ) Potencial de Economia
Rippl
MMA
para MMA**
32,4
22,4
69%
32,4
22,0
68%
32,4
22,0
68%
32,4
22,0
68%
32,4
24,3
75%
32,4
23,0
71%
32,4
22,7
70%
32,4
22,4
69%
32,4
24,3
75%
32,4
24,6
76%
32,4
23,2
72%
32,4
22,7
70%
32,4
25,9
80%
32,4
24,3
75%
32,4
24,6
76%
32,4
23,0
71%
43,2
29,4
68%
43,2
29,4
68%
43,2
28,5
66%
43,2
31,1
72%
43,2
30,7
71%
43,2
28,9
67%
43,2
30,2
70%
43,2
29,4
68%
43,2
32,0
74%
43,2
31,1
72%
43,2
29,4
68%
43,2
28,9
67%
43,2
30,7
71%
43,2
32,0
74%
43,2
29,8
69%
43,2
29,8
69%
54,0
35,6
66%
54,0
38,9
72%
54,0
36,7
68%
54,0
34,0
63%
54,0
37,8
70%
54,0
36,2
67%
54,0
34,6
64%
54,0
33,5
62%
54,0
38,9
72%
54,0
37,8
70%
54,0
35,6
66%
54,0
35,6
66%
54,0
39,4
73%
54,0
39,4
73%
54,0
38,3
71%
54,0
37,8
70%
Economia anual (R$)***
Rippl
MMA
94,6
65,3
94,6
64,3
94,6
64,3
94,6
64,3
94,6
71,0
94,6
67,2
94,6
66,2
94,6
65,3
94,6
71,0
94,6
71,9
94,6
67,7
94,6
66,2
94,6
75,7
94,6
71,0
94,6
71,9
94,6
67,2
126,1
85,8
126,1
85,8
126,1
83,3
126,1
90,8
126,1
89,6
126,1
84,5
126,1
88,3
126,1
85,8
126,1
93,3
126,1
90,8
126,1
85,8
126,1
84,5
126,1
89,6
126,1
93,3
126,1
87,0
126,1
87,0
157,7
104,1
157,7
113,5
157,7
107,2
157,7
99,3
157,7
110,4
157,7
105,6
157,7
100,9
157,7
97,8
157,7
113,5
157,7
110,4
157,7
104,1
157,7
104,1
157,7
115,1
157,7
115,1
157,7
112,0
157,7
110,4
Tempo de Amortização (anos)
Rippl
MMA
25,9
6,1
26,6
8,3
27,3
12,4
28,9
18,6
19,4
5,6
20,3
5,9
21,2
8,0
23,2
12,2
13,9
3,7
15,2
5,5
16,6
5,9
19,3
10,0
6,9
3,5
8,5
3,7
10,2
5,5
13,6
7,9
30,5
10,8
31,1
13,9
31,8
16,0
33,0
29,3
23,5
5,9
24,4
6,3
25,2
10,5
26,9
15,5
18,0
4,3
19,0
5,9
20,0
6,2
22,0
9,4
10,8
3,0
12,1
4,3
13,4
4,6
16,5
7,6
33,7
12,8
34,3
23,4
34,9
24,8
36,1
26,8
26,4
7,2
27,1
7,5
27,9
9,2
29,6
13,6
20,6
4,7
21,7
6,0
22,7
6,4
24,7
10,2
13,9
3,5
15,2
4,6
16,6
5,9
19,3
9,6
* valor de referência U$137/m3 para R$1,94/U$ para reservatório de PVC ou fibra de vidro
** o potencial de economia para o Método de Rippl é de 100% devido à hipótese de regularização de vazão
*** valor médio de tarifa adotada contemplando água e esgoto de R$2,92/m3
Observou-se nos dois métodos que, fixando a demanda, a diminuição da área de
captação incorreu em aumento do tempo de amortização, pois o volume passível de
aproveitamento diminui para menores áreas de captação, reduzindo a oferta de água de chuva.
Adicionalmente, verificou-se que o aumento do descarte também ocasionou em um
incremento no tempo de amortização pela mesma razão apresentada anteriormente (redução
da oferta), independente da demanda exercida. Analisando diferentes valores de demanda
verificou-se que o menor tempo de amortização do investimento ocorreu para a demanda
correspondente a 0,09m3/dia para a área de captação de 200m2 e descarte de 0mm quando
empregado o método de Rippl. Diferentemente, quando o MMA foi aplicado verificou-se que
o menor tempo de amortização ocorreu para a demanda de 0,12m3/dia para a área de captação
de 200m2 e descarte de 0mm, com potencial de economia de 71%. Salienta-se que, para o
51
MMA, diferentes percentuais de atendimento (expressos em potencial de economia) podem
ser alcançados com o mesmo volume de reservação, implicando em valores iguais de
investimento. Assim, no MMA, verificou-se que para um mesmo investimento inicial (mesmo
volume de reservação), o tempo de amortização variou com a demanda. No entanto, os
valores de tempo de amortização obtidos através do método de Rippl aumentaram conforme o
acréscimo de demanda e consequentemente do volume do reservatório, pois o método
pressupõe o total atendimento da mesma, requerendo maiores capacidades dos reservatórios.
6.1.5 Comparação entre o MMA e MAS
Comparando-se os dois métodos, verificou-se que no MMA a escolha do volume de
reservatório mais adequado pode ser realizada diretamente através da análise gráfica do
comportamento do volume aproveitável no ano em função dos diferentes volumes de
reservatório investigados.
Observou-se, a partir dos gráficos obtidos pelo MMA, que existe um determinado
volume de reservatório a partir do qual o volume aproveitável não sofre aumento
considerável, ou seja, ele tende a alcançar um valor máximo. O valor de volume de
reservatório correspondente a essa situação deve ser tomado como o volume do reservatório.
Para a demanda de 0,09m3/dia, área de 50m2 e todos os volumes de descarte, a faixa de
volume a ser adotado que corresponde a situação descrita é de 1,5 a 4,5m3. Já para a área de
200m2, essa faixa passa a ser de 1,0 a 2,0m3. Considerando uma demanda de 0,15m3/dia, a
faixa de volume a ser adotado é de 5 a 10m3 para uma área de captação de 50m2 e de 1,5 a
4,0m3 para uma área de 200m2, também para todos os volumes de descarte.
O volume ainda pode ser determinado pelo MMA, também graficamente,
considerando o potencial de economia que se deseja alcançar.
No MAS o aproveitamento da água de chuva pode ocorrer até mesmo quando o
volume armazenado é menor que a demanda exercida, ao contrário do MMA, onde esse
aproveitamento só ocorre quando o volume armazenado for igual ou maior que a demanda. A
determinação da capacidade do reservatório através do MAS deve ser feita realizando-se um
balanço entre o tamanho do reservatório e a eficiência, conforme dados apresentados na
Tabela 9 para o MAS.
A Tabela 9 apresenta os dias de déficit decorrentes de cada método estudado.
Verificou-se que os valores obtidos foram muito próximos, mostrando que os dois métodos
não possuem preferência de escolha, segundo o parâmetro dias de déficit, para determinação
do volume do reservatório.
52
Tabela 9: Comparação entre os dias de déficit e eficiência dos dois métodos (MMA e MAS).
Considerando área de captação de 80m2, descarte da primeira chuva de 2mm e demanda de
0,12m3/dia.
3
Volume do reservatório (m )
2
5
10
15
MMA
MAS
Dias de déficit Potencial de economia Dias de déficit Eficiência
129
65%
133
64%
97
73%
99
73%
55
85%
57
84%
14
96%
13
96%
É importante destacar que todos os resultados obtidos não podem ser extrapolados sem
que sejam considerados e analisados os aspectos relativos a cada caso, ou seja, as demandas a
serem atendidas, as áreas disponíveis para captação, entre outros. Então, nesse sentido,
recomenda-se um estudo específico para cada caso particular.
6.2 Estudo sobre o Posicionamento do Reservatório em uma Residência Unifamiliar
O cálculo do diâmetro da tubulação na qual foi investigada a perda de carga resultou
em um tubo com 8mm de diâmetro. Como o menor diâmetro comercial de tubos de PVC é
15mm, adotou-se esse valor para o diâmetro da tubulação. Optou-se também pelo diâmetro de
20mm para a execução dos cálculos a fim de verificar o que ocorre com as perdas de carga.
O comprimento equivalente para o trecho em questão foi de 8,5m para o diâmetro de
15mm e 9,1m para o diâmetro de 20mm. Tem-se, portanto, que o comprimento total da
tubulação na qual foi investigada a perda de carga foi de 10,0m para o diâmetro menor e
10,6m para o maior.
A perda de carga calculada para o tubo de diâmetro de 15mm foi de 0,814m. Isto
significa que a distância entre o fundo do reservatório e a entrada de água na caixa acoplada
da bacia sanitária deve ser de 81,4cm para o sistema proposto.
Portanto, considerando a altura do ponto de utilização (1,0m) e as perdas de carga, o
fundo do reservatório deve estar posicionado a 1,81m do piso. Para tal, a tubulação entre a
saída de água no reservatório e a entrada de água na caixa acoplada deve apresentar uma
configuração diferente da inicialmente proposta, mantendo seu comprimento total. Cabe
destacar que essa mudança na configuração pode ser feita tanto para o diâmetro menor quanto
para o maior, desde que não altere o comprimento total da tubulação proposto (1,5m) e
respeitando a altura entre o fundo do reservatório e a caixa acoplada definida pela perda de
carga. Caso este comprimento total seja alterado, os cálculos para as perdas de carga devem
ser refeitos.
53
A partir da determinação desta altura (1,81m) e considerando a altura do reservatório
de 0,67m e a altura do pé direito da residência de 3,0m, pôde-se definir a altura máxima entre
a calha e a tampa do reservatório que foi de 0,53m (Figura 20).
Figura 20: Esquema da proposta de sistema de captação e aproveitamento de água de chuva
com possíveis dimensões obtidas utilizando um tubo com diâmetro de 15mm
Nota: Esquema fora de escala.
Utilizando o tubo de 20mm, a perda de carga reduziu para 0,22m. Sendo assim, a
altura entre o fundo do reservatório e o piso da residência deve ser de 1,22m. Com isso, a
distância máxima entre a calha e tampa do reservatório, também considerando um pé direito
de 3,0m, deve ser de 1,11m. Neste caso, a tubulação no trecho entre a saída do reservatório e a
entrada na caixa acoplada não precisaria sofrer nenhuma alteração (Figura 21).
Figura 21: Esquema da proposta de sistema de captação e aproveitamento de água de chuva
com possíveis dimensões obtidas utilizando um tubo com diâmetro de 20mm
Nota: Esquema fora de escala.
Vale mencionar que para diminuir a perda de carga e conseqüentemente a distância
entre o fundo do reservatório e o piso da residência, basta aumentar o diâmetro dos tubos
utilizados neste trecho. Isto pôde ser verificado com o aumento do diâmetro de 15mm para
54
20mm. Outra maneira de reduzir a perda de carga seria diminuir o comprimento total da
tubulação no mesmo trecho.
Analisando os aspectos hidráulicos do sistema de aproveitamento de água de chuva e
diante dos resultados obtidos, pode-se dizer que é possível posicionar o reservatório logo
abaixo do telhado de uma residência. Entretanto, há um outro aspecto que deve ser levado em
conta. Trata-se do aspecto arquitetônico da proposta. Ou seja, é necessário estudar como este
reservatório deve ser inserido em uma residência causando o menor impacto visual possível.
Uma alternativa para residências que possuem sótãos seria instalar o reservatório nesse
ambiente, porém o telhado teria que apresentar uma configuração complexa para coletar toda
a água de chuva e direcionar para o reservatório, implicando em um custo elevado.
Outra alternativa seria instalar o reservatório na área externa da residência tomando
medidas que minimizem o impacto visual como, por exemplo, pintar o reservatório a fim de
inseri-lo na paisagem do local onde o sistema será instalado.
Cabe mencionar que na adoção de reservatórios superiores, além dos aspectos
investigados na presente pesquisa, é imprescindível que se considere o aspecto estrutural, isto
é, o aumento de carga que pode ocorrer na estrutura da residência e conseqüentemente no
custo de implantação do sistema.
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Utilizando o Método de Rippl para dimensionar reservatórios pôde-se verificar que a
diminuição da área de captação ou o aumento do volume de descarte da primeira chuva e da
demanda implicou em um aumento no volume obtido para o reservatório. Diante disso,
conclui-se que o Método de Rippl mostra-se mais favorável para situações em que a oferta de
água de chuva passível de aproveitamento é abundante, em relação a demanda (área de
captação de 200m2, volume de descarte de 0mm e demanda para 3 habitantes).
A vantagem que pode ser destacada na utilização do Método de Rippl é o total
atendimento da demanda. No entanto, esse atendimento se faz à custa de grandes volumes de
reservatório implicando em custos elevados.
O dimensionamento de reservatórios através do Método do Máximo Aproveitamento
(baseado no balanço de vazão) resulta em volumes menores, podendo atingir 16% dos
volumes obtidos pelo método baseado na regularização de vazão e, conseqüentemente, em
custos inferiores de implantação, quando comparado ao Método de Rippl. Comparando os
55
tempos de amortização do investimento, esses foram mais curtos quando o MMA foi
utilizado.
Com o emprego do Método do Máximo Aproveitamento para dimensionar o
reservatório, observou-se que o aumento do volume de descarte e da demanda ou a
diminuição da área de captação não implicou, necessariamente, em um aumento da
capacidade do reservatório, como observado no Método de Rippl. Isso ocorreu porque na
escolha do volume a ser adotado pelo método, foi considerado um potencial de economia de
aproximadamente 70%. Sendo assim, um mesmo volume de reservatório pode ser adotado
para diferentes situações de volume de descarte, área de captação ou demanda, mantendo o
potencial de economia em torno de 70%.
No MMA a escolha do volume do reservatório pode ser feita diretamente através da
análise gráfica do comportamento do volume aproveitável no ano em função dos diferentes
volumes de reservatório adotados. Essa análise também pode ser realizada considerando o
potencial de economia.
No Método de Análise de Simulação, a partir da realização de simulações, determinase a eficiência para cada volume de reservatório adotado, sendo a capacidade do reservatório
definida através de um balanço entre o tamanho do reservatório e a eficiência.
Além disso, a aplicação do MAS permitiu a seguinte conclusão: os volumes obtidos
através do Método de Rippl e do MMA, podem ser investigados quanto ao comportamento do
reservatório durante um determinado período. Essa investigação permitiria um maior
embasamento na determinação do volume do reservatório, visto que é possível observar
graficamente o nível de água no mesmo ao longo de um determinado período.
Com relação ao posicionamento do reservatório em uma residência, a instalação do
mesmo abaixo do nível do telhado se mostrou uma alternativa favorável com relação aos
aspectos hidráulicos e arquitetônicos para a proposta de sistema analisada. Porém,
recomenda-se que os aspectos estruturais sejam estudados.
Levando em conta os aspetos hidráulicos, para instalar o reservatório logo abaixo da
cobertura devem-se considerar as alturas mínimas para as tubulações e para a instalação dos
acessórios do sistema (grades, dispositivos de descarte), a própria altura do reservatório, a
altura do ponto de utilização e as perdas de carga.
56
8. CONCLUSÕES
Diante dos resultados obtidos, pode-se concluir que:
•
Para os quatro volumes de descarte investigados (0, 1, 2, 4mm), os volumes
calculados através do Método de Rippl para suprir a demanda de 3 habitantes variaram
de 9,23 a 10,28m3 (área de 50m2); 6,9 a 8,26 m3 (área de 80m2); 4,94 a 6,86m3 (área
de 120m2); 2,44 a 4,84m3 (área de 200m2). Para a demanda de 4 habitantes, os
volumes variaram de 14,48 a 15,98m3 (área de 50m2); 11,16 a 12,16m3 (área de
80m2); 8,54 a 10,46m3 (área de 120m2); 5,14 a 7,84m3 (área de 200m2). Por fim, para
demanda de 5 habitantes, a capacidade do reservatório variou de 20,2 a 21,42m3 (área
de 50m2); 15,66 a 17,53m3 (área de 80m2); 12,25 a 14,65m3 (área de 120m2); 8,24 a
11,44m3 (área de 200m2);
•
O Método do Máximo Aproveitamento (MMA), também considerando os quatro
volumes de descarte investigados, resultou em volumes de reservatório que variaram
de 1,5 a 4,5m3 (área de 50m2); 1,5 a 3,0 m3 (área de 80m2); 1,0 a 2,5m3 (área de
120m2); 1,0 a 2,0m3 (área de 200m2) para atender cerca de 70% da demanda de 3
habitantes. Para atender essa mesma porcentagem da demanda de 4 habitantes, o
volumes variaram de 3,5 a 10,0m3 (área de 50m2); 2,0 a 5,0m3 (área de 80m2); 1,5 a
3,0m3 (área de 120m2); 1,0 a 2,5m3 (área de 200m2). A capacidade do reservatório
para atender a demanda de 5 habitantes com potencial de economia também em torno
de 70% ficou entre 5,0 e 10,0m3 (área de 50m2); 3,0 e 5,0m3 (área de 80m2); 2,0 e
4,0m3 (área de 120m2); 1,5 e 4,0m3 (área de 200m2);
•
Utilizando-se o MMA e fixando-se o volume do reservatório em 500L, verificou-se
um potencial de economia de 33,2 a 46% com tempos de amortização variando de 1,9
a 3 anos para as demandas diárias investigadas, área de captação de 50m2 e descarte da
primeira chuva de 2mm. Nesse caso, verificou-se que o menor tempo de amortização
(1,9 anos) foi obtido para a maior demanda investigada (0,15m3/dia);
•
Para atender a demanda de uma bacia sanitária com caixa acoplada de uma residência
com 4 habitantes, o reservatório de um sistema de aproveitamento de água de chuva
(com área de captação de 80m2 e volume de descarte da primeira chuva de 2mm)
dimensionado através do Método de Rippl apresentaria um volume de 11,96m3 e um
custo de R$3.178,70 com tempo de amortização do investimento de 25,2 anos. Porém,
se o mesmo reservatório fosse dimensionado através do MMA, seu volume reduziria
para 3,5m3 e seu custo para R$930,20 com um tempo de amortização de 10,5 anos.
57
•
A aplicação do Método da Análise da Simulação (MAS) para área de 80m2, volume de
descarte de primeira chuva de 2mm e demanda de 4 habitantes apontou que, para
volumes de reservatório de 2, 5, 10 e 15m3, a eficiência obtida foi de 64%, 73%, 84%,
96%, respectivamente.
•
A comparação do MMA com o MAS permitiu aferir que a junção dos dois métodos
pode contribuir para uma determinação mais embasada do volume do reservatório.
•
A altura em relação ao piso recomendada para a instalação do reservatório para
garantir o abastecimento da bacia sanitária com caixa de uma residência unifamiliar
foi de 1,8m utilizando um tubo com diâmetro de 15mm e 1,2m para o tubo com 20mm
de diâmetro.
9. RECOMENDAÇÕES
Com base nos resultados e discussões apresentados nesta pesquisa, recomenda-se para
trabalhos futuros:
•
Estudar o aspecto estrutural de uma proposta de sistema de captação e aproveitamento
de água de chuva com o reservatório posicionado a “meia altura”, além de novas
alternativas relativas ao aspecto arquitetônico de tal proposta.
•
Modificar as condições investigadas nesta pesquisa (demanda e área de captação)
considerando as características das indústrias ou até mesmo diferentes usos em
residências
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