UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA – UNAMA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – CCET
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PROPOSTA DE UMA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL COM USO DE
TECNOLOGIAS ECO-EFICIENTES
FRANCEMILDO CONCEIÇÃO COSTA FERREIRA
LEONARDO PANTOJA LOPES JÚNIOR
BELÉM - PA
2008
UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA – UNAMA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – CCET
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PROPOSTA DE UMA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL COM USO DE
TECNOLOGIAS ECO-EFICIENTES
FRANCEMILDO CONCEIÇÃO COSTA FERREIRA
LEONARDO PANTOJA LOPES JÚNIOR
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à banca
examinadora do Curso de Graduação em Engenharia Civil
do
Centro
de
Ciências
Exatas
e
Tecnologia
da
Universidade da Amazônia, como requisito para a
obtenção do título de Engenheiro Civil.
BELÉM - PA
2008
2
FRANCEMILDO CONCEIÇÃO COSTA FERREIRA
LEONARDO PANTOJA LOPES JÚNIOR
PROPOSTA DE UMA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL COM USO DE
TECNOLOGIAS ECO-EFICIENTES
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à banca
examinadora do Curso de Graduação em Engenharia Civil
do
Centro
de
Ciências
Exatas
e
Tecnologia
da
Universidade da Amazônia, como requisito para a
obtenção do título de Engenheiro Civil.
Banca Examinadora:
___________________________________________
Profº Dr. Alberto Carlos de Melo Lima (Orientador)
Professor Titular/CCET-Unama
Engenheiro Civil –Doutor em Hidráulica e Saneamento
Pesquisador do Núcleo de Qualidade de Vida e Meio Ambiente
___________________________________________
Profª. Elzelis de Aguiar Muller (Co-Orientadora)
Professora Adjunta/CCET-Unama
Engenheira Civil e Sanitarista – Especialista em Engenharia Ambiental
___________________________________________
Profº Dr. Benedito Coutinho Neto
Professor Titular/CCET-Unama
Engenheiro Civil – Doutor em Engenharia de Transportes
Pesquisador do Núcleo de Qualidade de Vida e Meio Ambiente
Julgado em: ____/____/_____
Conceito: ________________
BELÉM - PA
2008
3
DEDICATÓRIA
Aos nossos amigos, família, e
mestres
pelo
incentivo
e
compreensão. E em especial aos
nossos pais que, com tanto
esforço, dedicação e abdicações
lutaram
para
que
nós
alcançássemos
os
nossos
objetivos, a estes a eterna
gratidão de seus filhos.
4
AGRADECIMENTO
À Universidade da Amazônia;
Ao nosso orientador professor Dr. Alberto Carlos de Melo Lima, que nos ajudou na
elaboração deste Trabalho de Conclusão de Curso, com contribuição de seus
conhecimentos e tempo.
A nossa co-orientadora professora Elzelis de Aguiar Muller, que se dispôs à análise
crítica e orientação deste trabalho;
E a todos que contribuíram na elaboração deste trabalho.
5
“Os que confiam no SENHOR
serão como o monte de Sião, que
não se abala, mas permanece para
sempre.”
Salmo 125:1
6
RESUMO
O presente trabalho teve como objetivo principal desenvolver um projeto de uma
casa auto-sustentável que pudesse ser útil a pequenas comunidades rurais e/ou
urbanas de nossa região que não são atendidas totalmente pelas concessionárias
de energia elétrica e de abastecimento de água para consumo humano. Dessa
forma, dentro da tendência mundial de desenvolvimento sustentável, o projeto da
casa auto-sustentável visou o aproveitamento da energia solar e das águas de
chuva como forma de manter-se independente das concessionárias. Como a energia
solar e da chuva são abundantes na região norte e disponíveis o ano inteiro, o
projeto apresenta em suas instalações de água fria o uso de água de poço e da
chuva e o uso sol como forma de geração de energia. No caso do abastecimento da
água de poço, foi apresentado um sistema de bombeamento ligado a painéis solares
que captam a energia do sol e a convertem em energia elétrica. Para o
aproveitamento da água de chuva, que tem altos índices pluviométricos na região
norte, um sistema de coleta foi desenvolvido para armazenar água de chuva em um
reservatório e abastecer a caixa de descarga do vaso sanitário. Uma análise de
custos compara o fornecimento de energia convencional (concessionárias de
energia elétrica) para o funcionamento de uma instalação de recalque convencional
com a que usa a energia solar, mostrando que a economia é bastante significativa
ao longo de 20 anos, que é o tempo de vida útil dos painéis solares.
PALAVRAS-CHAVE: Casa auto-sustentável; Eficiência energética, Energia solar,
Água de chuva.
i
7
ABSTRACT
The present work had as main goal to develop a project of an auto-sustainable house
that could be useful the small rural communities and/or urban of our region that are
not attended totally by the electric power carriers and of water supply to consume
human. Thus, inside the world tendency of sustainable development, the project of
the auto-sustainable house aimed the utilization of the solar energy and of the rainy
waters as form of keeping itself independent of carriers. Like the solar energy and of
the rain are abundant in the Northern region and available the whole year, the project
introduces in their facilities of cold water the well water use and of the rain. In the
case of the supply of the well water, it was introduced a pump system linked for solar
panels that captivate the energy of the sun and convert her in electric power. For the
utilization of the rainy water, which has high indices rain in the Northern region, a
collection system was developed to store rainy water in a reservoir and to supply the
box of discharge of the sanitary vase. A costs analysis compares the supply of
conventional energy (electric power carriers) for the operation of an installation of
emphasizes conventional with to what uses the solar energy, showing that the
economy is very significant along 20 years, which is time of useful life for solar
panels.
KEY-WORDS: Support House; Energetic Efficiency; Sun Energy, Water Rain.
8
ii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 3.1: Maquete do Projeto.................................................................................
19
FIGURA 3.2: Sistema de Coleta e Tratamento da Água de Chuva..............................
20
FIGURA 3.3: Tipos de Turbinas Eólicas de Eixo Horizontal.........................................
24
FIGURA 3.4: Tipos de Turbinas Eólicas do Eixo Vertical.............................................
25
FIGURA 3.5: Detalhe de um Aerogerador....................................................................
25
FIGURA 3.6: Esquema de um Sistema Eólico de Energia............................................
26
FIGURA 3.7: Sistema Térmico de Geração de Energia Elétrica (CalifórniaEUA)..............................................................................................................................
29
FIGURA 3.8: Mapa Solarimétrico do Brasil Apresentando as Médias Diárias de
Insolação no Brasil........................................................................................................
30
FIGURA 3.9: Parâmetros Utilizados na Determinação da Radiação no Plano do
Coletor...........................................................................................................................
31
FIGURA 3.10: Esquema de um Sistema Fotovoltaico..................................................
33
FIGURA 3.11: Sistema Fotovoltaico de Bombeamento de Água para Irrigação (Capim
36
Grosso - BA).....................................................................................................
FIGURA 3.12: Sistema de Bombeamento Fotovoltaico – Santa Cruz I (Mirante do
Paranapanema - SP).....................................................................................................
37
FIGURA 3.13: Esquema de Funcionamento de Sistema de Aproveitamento de Água
de Chuva.......................................................................................................................
41
FIGURA 3.14: Esquema Geral de Caixa ou Reservatório com Utilização de Crivo para
42
Filtrar a Água e Sistema Manual de Retirada da Mesma.....................................
FIGURA 3.15: Esquema Geral da Caixa ou Reservatório para Água de Chuva com
Escada de Acesso para Limpeza..................................................................................
43
FIGURA 3.16: Áreas de Captação de Água de Chuva.................................................
57
FIGURA 3.17: Desenho Esquemático do Sistema de Coleta de Água de
Chuva............................................................................................................................
59
FIGURA 3.18: Sistema de Coleta de Água de Chuva: I Calha de Condução, II Calha
de Condução Vertical....................................................................................................
59
FIGURA 3.19: Sistema de Desvio dos Primeiros Estantes de Chuva..........................
60
FIGURA 3.20 Filtro Vortex (WFF).................................................................................
61
FIGURA 3.21: Filtros de Descida..................................................................................
62
FIGURA 3.22: Montagem do Filtro de Descida............................................................
62
9
iii
FIGURA 3.23: 3P Filtro Volumétrico.............................................................................
64
FIGURA 3.24: 3P Sifão Ladrão - Dado Técnicos.........................................................
65
FIGURA 3.25: 3P Quebra Pressão...............................................................................
65
FIGURA 3.26: 3P Quebra Pressão...............................................................................
66
FIGURA 3.27: 3P Sifão Ladrão (Montagem)................................................................
66
FIGURA 3.28: Representação Esquemática da Instalação Piloto de Tratamento de
Água de Chuva..............................................................................................................
68
FIGURA 3.29: Volume de Água em Circulação na Terra.............................................
79
FIGURA 3.30: Tipos de Aqüíferos Quanto à Porosidade..............................................
71
FIGURA 4.1: Localização Geográfica do município em relação ao Estado do
Pará...............................................................................................................................
74
FIGURA 4.2: Limites Município de Benevides..............................................................
75
FIGURA 4.3: Placa Solar KC 85 T................................................................................
81
FIGURA 4.4: Instalação de Recalque que usa bomba injetora....................................
82
FIGURA 5.1: Planta baixa da casa auto-sustentável....................................................
84
FIGURA 5.2: Detalhes da instalação de água fria mostrando as modificações
necessárias para instalação dos reservatórios..............................................................
85
FIGURA 5.3: Esquematização da instalação da bomba submersa e dos painéis
solares...........................................................................................................................
86
GRÁFICO 4.1: Precipitação de 1989 a 1999................................................................
77
GRÁFICO 4.2: Umidade Relativa do Ar de 1989 a 1999................... ..........................
78
GRÁFICO 4.3: Média de Insolação de 1989 a 1999...................................................
79
GRÁFICO 5.1: Comparação de Custo de Instalação de Bombas Convencional x
Fotovoltaico para um ano ............................................................................................
95
GRÁFICO 5.2: Comparação de Custo de Energia da Bomba Convencional
x Fotovoltaico em um ano............................................................................................
10 iv
96
LISTA DE TABELAS
TABELA 3.1: Refere-se às Usinas Eólicas em Operação no Brasil............................
23
TABELA 3.2: Vantagens e desvantagens do uso da Energia Eólica..........................
27
TABELA 3.3: Calculo de Energia................................................................................
27
TABELA 3.4: Modelos de Módulos Solares - Latitudes Aproximadas das Capitais
Brasileiras
e
Inclinações
Sugeridas
para
Coletores
Solares
Planos
ENSOL..........................................................................................................................
32
TABELA 3.5: Modelos de Placas Fotovoltaicas...........................................................
35
TABELA 3.6: Produção Hídrica no Mundo por Região................................................
38
TABELA 3.7: Produção Hídrica entre os países da América do Sul............................
39
TABELA 3.8: Valores Médios dos Parâmetros da Chuva, Coletados nos Diversos
Tipos de Coberturas....................................................................................................... 44
TABELA 3.9: Padrões de Potabilidade, Estabelecidos pela Portaria nº. 518/2004,
do Ministério da Saúde.................................................................................................
45
TABELA 3.10: Padrões de Potabilidade da Água.......................................................
47
TABELA 3.11: Estimativa do Consumo de Água........................................................
55
TABELA 3.12: Valores Usuais de C............................................................................
56
TABELA 4.1: Dados da média mensal de Precipitação..............................................
76
TABELA 4.2: Tabela com a média mensal da Umidade Relativa do Ar .....................
77
TABELA 4.3: Tabela da média mensal da Insolação..................................................
79
TABELA 4.4: Tabela com as especificações das placas solares................................
81
TABELA 5.1: Descrição da Edificação.........................................................................
87
TABELA 5.2: Descrição de Consumo..........................................................................
88
TABELA 5.3: Descrição do Custo do sistema convencional........................................
92
TABELA 5.4: Descrição do Custo do sistema fotovoltaico...........................................
94
11 v
SUMÁRIO
RESUMO.......................................................................................................................
i
ABSTRACT...................................................................................................................
ii
LISTA DE FIGURAS.....................................................................................................
iii
LISTA DE TABELAS....................................................................................................
iv
1 INTRODUÇÃO...........................................................................................................
15
2 OBJETIVOS...............................................................................................................
17
2.1 OBJETIVO GERAL.................................................................................................
17
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................
17
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA......................................................................................
18
3.1 CASA AUTO-SUSTENTÁVEL................................................................................
18
3.2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA....................................................................................
20
3.3 ENERGIA EÓLICA..................................................................................................
22
3.3.1 Energia Eólica no Mundo.....................................................................................
22
3.3.2 Energia Eólica no Brasil.......................................................................................
23
3.3.3 Conversão da Energia Eólica...............................................................................
24
3.3.4 Tipos de Turbinas Eólicas....................................................................................
24
3.4 ENERGIA SOLAR...................................................................................................
27
3.4.1 Radiação Solar.....................................................................................................
28
3.4.2 Ângulo de Incidência dos Recursos Solares de Inclinação de um Dispositivo
Solar..............................................................................................................................
30
3.4.3 Componentes do Sistema Fotovoltaico................................................................
32
3.4.4 Dimensionamento de Sistemas de Geração Fotovoltaicos e de Bancos de
Baterias.........................................................................................................................
33
3.4.5 Modelos de Painéis..............................................................................................
34
3.5 APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE CHUVA..........................................................
37
3.5.1 Disponibilidade de Recursos Hídricos em Nível Mundial.....................................
37
3.5.2 Recursos Hídricos no Brasil.................................................................................
39
3.5.3 Aproveitamento de Água Pluvial..........................................................................
40
3.5.4 Captação..............................................................................................................
42
3.5.5 Análise Físico-Químicas e Bacteriológicas..........................................................
46
3.5.6 Análise Física da Água da Chuva........................................................................
48
12
3.5.7 Características Químicas......................................................................................
50
3.5.8 Análise Bacteriológica da Água da Chuva............................................................
53
3.5.9 Estimativa de consumo.......................................................................................... 54
3.5.10 Coeficiente de Runoff.........................................................................................
55
3.5.11 Precipitação Pluviometrica..................................................................................
56
3.5.12 Área de Captação...............................................................................................
57
3.5.13 Tecnologias de Aproveitamento.......................................................................... 58
3.5.14 Filtros Vortex (WFF)............................................................................................ 60
3.5.15 Filtros de Descida................................................................................................ 61
3.5.16 Filtro Volumétrico................................................................................................. 63
3.5.17 3P Sifão Ladra....................................................................................................
64
3.5.18 Tratamento de Água de Chuva..........................................................................
66
3.6 ÁGUA SUBTERRÂNEA..........................................................................................
68
3.6.1 Qualidade das Águas Subterrâneas...................................................................... 69
3.6.2 Aqüíferos............................................................................................................... 70
3.6.3 Mananciais Subterrâneos...................................................................................... 71
3.6.4 Vantagens da Utilização das Águas Subterrâneas...............................................
72
4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS..................................................................
73
4.1 Localização.............................................................................................................
73
4.2 Dados Climatológicos..............................................................................................
75
4.3 O Projeto da casa auto-sustentável.........................................................................
80
4.3.1 Painéis Solares.....................................................................................................
80
4.4DIMENSIONAMENTO
DA
INSTALAÇÃO
DE
ÁGUA
FRIA...............................................................................................................................
82
5 RESULTADOS..........................................................................................................
83
5.1 PLANTA BAIXA DA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL...............................................
83
5.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUA DE
CHUVA.........................................................................................................................
87
5.3 DIMENSIONAMENTO DE BOMBA INJETORA.....................................................
89
5.4 CALCULO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA BOMBEAMENTO DE ÁGUA
DE POÇO.....................................................................................................................
5.5
CONSUMO
DE
ENERGIA
DO
SISTEMA
CONVENCIONAL
90
X
FOTOVOLTAICO..........................................................................................................
93
5.6 COMPARAÇÃO DE CUSTO...................................................................................
95
13
5.7
COMPARAÇÃO
DE
CUSTO
DE
IMPLANTAÇÃO
DO
SISTEMA
CONVENCIONAL E FOTOVOLTAICO X TEMPO........................................................ 96
6 CONCLUSÃO.............................................................................................................. 98
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................. 100
ANEXOS.........................................................................................................................
14
________________________________________CAPÍTULO
1
1 INTRODUÇÃO
Atualmente um assunto que vem se destacando em diversas áreas é o
Desenvolvimento Sustentável que de um modo geral visa utilizar os recursos
naturais de forma racional sem agredir o meio ambiente e principalmente preservar o
futuro das gerações.
A região amazônica rica em recursos naturais tornou-se facilmente alvo
da cobiça alheia. Preservar este patrimônio é uma questão de sobrevivência, já que
os recursos naturais do planeta estão se esgotando. A humanidade tem utilizado
diversas fontes de energia, que poluem o meio ambiente, particularmente, a que
utiliza a queima de combustíveis fósseis, carvão, eletricidade, etc. Esta última
merece destaque, pois é a mais empregada, quer seja nos sistemas mais simples
(lâmpadas, motores elétricos) como os mais complexos (computadores, geladeiras,
automóveis, fábricas, etc.).
Atualmente, existem programas voltados a racionalizar o uso desta fonte
de energia principalmente, junto às comunidades e órgãos públicos, de forma
eficiente, combatendo o desperdício e preservando o meio ambiente, daí surge o
conceito de eficiência energética.
Mas, a eficiência energética, não está restrita somente, a redução do
consumo de energia elétrica, por meio de sua utilização mais racional, mas, também,
nos serviços públicos de abastecimento de água e tratamento de esgoto e na
aplicação de processos e equipamentos de maior rendimento energético para
reduzir o consumo e aumentar a produtividade. Também se faz presente, na
preservação do meio ambiente, buscando novas tecnologias, voltadas ao uso
inteligente e eficiente.
Frente a essa nova tendência, buscou-se neste trabalho, contribuir na
preservação dos recursos naturais, apresentando um modelo de habitação que
viesse a empregar o conceito de eficiência energética. A idéia inicial seria de
apresentar um projeto de uma casa auto-sustentável, que seria capaz de se auto15
sustentar, ou no máximo de conseguir resolver todas as suas necessidades
econômicas e sócio-culturais. A reciclagem de materiais de construção civil é uma
das opções mais significativas na construção, pois, a construção emprega diversos
materiais na construção que favorece de certa forma a degradação do meio
ambiente, assim, desenvolver projetos que empreguem materiais reciclados na
construção de casas trará benefícios a médio ou longo prazo.
Como alternativa de fornecimento de energia elétrica e água à casa autosustentável, tem-se como melhores opções o aproveitamento da energia solar e as
águas de chuva.
Desta forma, este trabalho apresenta uma proposta de uma casa autosustentável que aproveite a energia solar como fonte de energia elétrica e a água de
chuva no consumo não-potável.
16
_______________________________CAPÍTULO 2
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Esse trabalho teve como alvo principal a elaboração de uma casa autosustentável que fosse útil às pequenas comunidades que vivem em áreas rurais ou
urbanas, adaptando em suas instalações de água fria técnicas de aproveitamento de
água de chuva e da energia solar, visando torná-la independente de concessionárias
de abastecimento de água para consumo.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1) Levantamento bibliográfico sobre casas auto-sustentáveis, energia
solar, e de aproveitamento da água de chuva;
2) Elaboração de um projeto arquitetônico de uma casa auto-sustentável;
3) Dimensionar as instalações de água fria aproveitando a água de chuva;
4) Dimensionar sistema de bombeamento que usa a energia solar como
fonte de energia;
5) Comparação entre os custos envolvidos no caso de bombeamento por
energia elétrica (centrífuga) e por bombas movidas a energia solar.
17
_______________________________CAPÍTULO 3
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 CASA AUTO-SUSTENTÁVEL
Um dos conceitos mais abordados atualmente que visam uma arquitetura
ecológica é o da casa auto-sustentável que tem como objetivo construir uma casa
utilizando estratégias que levem à sustentabilidade para que ela fique como
referência e modelo para usuários em potencial (Sattler, 2008). Segundo o autor, no
Brasil, existe um modelo igual para todo o país, como se fosse padrão, afirmou que
isso pode ser diferente, pois temos condições climáticas muito diferentes em todo o
território.
Segundo Ribeiro (2008) um projeto de uma casa auto-sustentável foi
desenvolvido por alunos de uma escola. A casa é toda feita com materiais
recicláveis e madeiras reflorestadas. As janelas foram projetadas para aproveitar ao
máximo a luz natural, fazendo com que dessa forma, a luz elétrica seja usada o
mínimo possível. As luminárias da casa são espelhadas aumentando assim o efeito
de iluminação sem que sejam necessárias mais luzes acesas durante a noite. Um
outro projeto de casa auto-sustentável será desenvolvida em Porto Alegre, segundo
Sattler (2008). A casa, segundo o autor, é a primeira fase desse projeto e, por isso
funciona como piloto. Ela será construída no município de Alvorada, na região
metropolitana de Porto Alegre, e ficará pronta dentro de quatro meses a partir de seu
ínicio. A área, doada pela prefeitura de Alvorada, fica junto ao horto local e servirá
como uma unidade já batizada pelos pesquisadores de Centro Experimental de
Tecnologias Habitacionais Sustentáveis.
Viggiano (2008) desenvolveu um projeto de uma casa auto-sustentável a
partir da “holística de auto-suficiência de energia” (figura 3.1). O autor buscou em
seu projeto a urgente necessidade de soluções para alguns problemas emergentes,
como a carência de abastecimento de água das regiões urbanas, o déficit de
geração de energia, além das constantes crises de abastecimento e o impacto
ambiental dos sistemas de esgoto.
18
Geração de energia eólica
Sistema de ventilação e
iluminação
Captação de água da
chuva
Paredes com madeiras
reflorestadas.
FIGURA 3.1: Maquete do Projeto, em madeira.
FONTE: Viggiano (2008)
A casa possui arquitetura bioclimática para dar conforto ambientais aos
mais diversos rigores do clima, além da utilização de materiais de construção
adequados, inclusive estudo da ventilação e da insolação, do impacto ambiental, da
vegetação e de aspectos culturais. Quanto à eficiência energética, visando à
redução de energia elétrica o autor optou pela utilização de geração de energia
eólica iluminação natural e o aquecimento solar da água do chuveiro. Viggiano
(2008) optou pela captação das águas de chuva (figura 3.2) por meio do telhado e
calhas que direcionaram as águas até reservatórios com capacidade de 7.500 litros
e dois de 2.000 litros que davam autonomia de água por até 25 dias.
19
FIGURA 3.2: Sistema de Coleta e Tratamento da Água de Chuva
FONTE: Viggiano (2008)
As águas de chuva eram com fins não-potáveis devido ao pH elevado e
contaminação por fezes de roedores, aves e sujeiras nos telhados tendo que excluir
a primeira águas. O projeto teve a participação de diversas empresas que
consideraram o projeto como uma solução para alguns problemas emergentes.
3.2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Os recursos naturais no planeta estão escasseando e uma das metas
atuais de preservação dos recursos naturais é a utilização racional destes recursos.
Daí surgiu o conceito de eficiência energética que tem como meta usar menos
energia para fornecer a mesma quantidade de valor energético. A principal fonte de
energia utilizada pelo homem é a energia elétrica. Por conta disto, a industria tem
desenvolvido equipamentos, motores elétricos, lâmpadas eficientes
Para se ter uma idéia uma lâmpada incandescentes comum tem uma
eficiência de 8% (ou seja, 8% da energia elétrica usada é transformada em luz e o
restante aquece o meio ambiente), enquanto que, a eficiência de uma lâmpada
fluorescentes compacta, que produz a mesma iluminação, é da ordem de 32% INEE
(2008).
A utilização abusiva das fontes de energia de origem de combustíveis
fósseis, como o petróleo (que representa 37% do consumo), o carvão (27%), o gás
natural e o urânio, contribuem grandemente para a libertação de dióxido de carbono
20
para a atmosfera trazendo conseqüências desastrosas para o nosso planeta, como
as chuvas ácidas, o aquecimento global e a redução da camada de ozônio Wikipédia
(2008).
De acordo com a Agência Internacional de Energia, se forem construídos
edifícios energeticamente eficientes, processos industriais e de transporte podem
reduzir as necessidades energéticas do mundo em 2050 por um terço, e será
essencial no controle das emissões globais de gases com efeito de estufa.
Inclusive adotar medidas nos serviços de abastecimento de água e
tratamento de esgoto, que na aplicação de processos e equipamentos de maior
rendimento energético que possam refletir na redução de consumo e aumentar a
produtividade (CPFL, 2008).
A utilização das energias renováveis como fonte de energia para
consumo das necessidades energéticas, tem grandes potencialidades no meio rural,
mas, pode ser empregada no meio urbano, com uso de tecnologias apropriadas
como climatização, aquecimento de águas de piscinas é uma das formas mais
eficientes de reduzir o consumo de energias de combustíveis fósseis.
Fedrizzi (1997) afirmou que a redução de energia elétrica com o uso de
painéis solares é uma opção vantajosa, com redução de até 60% no consumo de
energia para aquecimento de águas sanitárias.
As principais fontes de energias renováveis são a energia solar, a eólica
(ventos), a hidráulica (correntes de rios), biomassa (biodigestores) e a geotérmica
(calor da Terra).
Os programas de eficiência energética não pode deixar de levar em
consideração as energias renováveis. As duas estão intimamente ligadas quando a
questão é sustentabilidade.
21
3.3 ENERGIA EÓLICA
3.3.1 A Energia Eólica no Mundo
No mundo, a energia eólica vem apresentando um grande avanço
tecnológico. Esse avanço é por conta de questões ambientais, incentivadas pelo
atendimento às metas do protocolo de Kyoto, EWEA apud Kleber Freire, 2006.
Durante a última década a capacidade instalada no mundo aumentou rapidamente
de 2,5 GW em 1991, para 58,4 GW no final de 2005.
O continente europeu lidera em capacidade instalada, favorecidos pelas
boas condições de vento adequado em alguns países, seguido pelo continente
americano, com os parques eólicos instalados nos EUA, principalmente na Califórnia
SLOOTWEG; KLING, 2003.
Freire (2006) atenta que em países densamente povoados, próximos a
mares de águas rasas, observa-se a construção de vários parques eólicos “offshore”
como é o caso de muitos países no noroeste da Europa.
Como toda tecnologia tem suas vantagens e desvantagens a energia
eólica não é diferente, as principais vantagens e desvantagens estão expressas na
tabela 3.2. Segundo Freire (2006), na Europa, atualmente, a Alemanha com uma
potência instalada de 16,65 GW é o primeiro país do mundo na utilização da energia
eólica.
Segundo EWEA apud Kleber Freire (2006) a Alemanha tem como meta
ampliar a participação da energia eólica para 25% da sua necessidade de energia
elétrica até o ano de 2010.
A Espanha aparece como segundo país do mundo com maior capacidade
instalada, totalizando 8,27 GW de geração eólica, em terceiro vem os Estados
Unidos com uma potência instalada de 6,74 GW. Em quarto lugar encontra-se a
Dinamarca com uma potência instalada de 3,08 GW.
22
3.3.2 A Energia Eólica no Brasil
Segundo
Freire
(2006).
Atualmente
no
Brasil,
existem
10
empreendimentos de geração eólica em operação, num total de 28,55MW de
potência instalada. Entretanto, já foram outorgados, pela ANEEL, 128 novos
empreendimentos, totalizando 5642,34 MW de capacidade, a serem instalados em
diversos estados, aguardando o início da construção.
TABELA 3.1: Refere-se às Usinas Eólicas em Operação no Brasil
USINA EÓLICA DE:
POTÊNCIA (KW)
LOCALIZAÇÃO
PROPRIETÁRIO
Fernando de Noronha - PE
225
PE
CBEE/FADE/UFPE
Prainha
10.000
Aquirraz - CE
Wobben Wind Power
Taíba
5.000
Morro do Carmelinho
1.000
Gouveia - MG
Palmas
2.500
Palmas - PR
Mucuripe
2.400
Fortaleza - CE
Wobben Wind Power
Bom Jardim
600
Bom Jardim da
Parque Eólico do Santa
Serra - SC
Catarina
Olinda
225
Olinda - PE
CBEE/FADE/UFPE
Horizonte
4.800
Água Doce - SC
São Gonçalo do
Amarante - CE
Wobben Wind Power
CEMIG
Centrais Eólica do
Paraná
Central Nacional de
Energia Eólica
FONTE: ANEEL – Banco de Informação de Geração (BIG)
A quantidade de energia disponível no vento varia de acordo com as
estações e as horas do dia. A topografia e a rugosidade do solo também são de
suma importância na distribuição de freqüência de ocorrência de velocidade do
vento em um local. Além disso, a quantidade de energia eólica extraível numa região
depende das características de desempenho, altura de operação e espaçamento
horizontal dos sistemas de conversão de energia eólica instalados.
23
3.3.3 Conversão de Energia Eólica
Segundo Vitruvius (2008), um aero-gerador consiste num gerador elétrico
movido por uma hélice, que por sua vez é movida pela força do vento. A hélice pode
ser vista como um motor a vento, cujo único combustível é o vento. Segundo o
autor, quantidade de eletricidade que pode ser gerada pelo vento depende de quatro
fatores: da quantidade de vento que passa pela hélice, do diâmetro da hélice, a
dimensão do gerador e o rendimento de todo o sistema.
O gerador é ligado por um conjunto acionador a um rotor constituído de
um cubo, e duas ou três pás. O vento aciona o rotor que faz girar o gerador até
produzir eletricidade.
3.3.4 Tipos de Turbinas Eólicas
As turbinas podem ser de dois tipos: Turbinas eólicas com eixo horizontal
e Turbinas eólicas com eixo vertical.
Turbinas eólicas de eixo horizontal: podem ser de uma, duas, três, quatro
pás ou multipás. A de uma pá requer um contrapeso para eliminar a vibração. As de
duas pás são mais usadas por serem fortes, simples e mais baratas do que as de
três pás. As de três pás, no entanto, distribuem as tensões melhor quando a
máquina gira durante as mudanças de direção do vento. As multipás não são muito
usadas, pois são menos eficientes.
FIGURA 3.3: Tipos de Turbinas Eólicas de Eixo Horizontal.
FONTE: VITRUVIUS, 2008.
24
Turbinas eólicas do eixo vertical: não são muito usadas, pois o
aproveitamento do vento é menor. As mais comuns são três: SAVONIUS,
DARRIEUS E MOLINETE.
FIGURA 3.4: Tipos de Turbinas Eólicas do Eixo Vertical.
FONTE: VITRUVIUS, 2008.
FIGURA 3.5: Detalhe de um Aerogerador.
FONTE: VITRUVIUS, 2008.
25
FIGURA 3.6: Esquema de um Sistema Eólico de Energia.
FONTE: CRESESB, 2008.
Segundo VITRUVIUS (2008), a potência máxima das turbinas não
ultrapassa 59,3% de eficiência. Este valor é também chamado de limite de BETZ e
já foi provado cientificamente.
Exemplo de alguns aero-geradores construídos:
• 1890-1910 – Dinamarca / 23m de diâmetro / 3 pás / 200kw
• 1931 – Rússia / 30m de diâmetro / 3 pás / 100kw
• 1941 – Estados Unidos / 54m de diâmetro /2 pás / 1.250kw
• 1959 – Alemanha / 34m de diâmetro / 2 pás / 100kw
• 1978 – Estados Unidos (NASA) / 50m de diâmetro / 2 pás / 200kw
• 1979 – Boeng USA /100m
• 1980 – Growian (Alemanha) / 100m de diâmetro / 3mv
26
TABELA 3.2: Vantagens e desvantagens do uso da Energia Eólica
VANTAGENS
DESVANTAGENS
É uma fonte de energia segura e renovável;
Impacto visual: sua instalação gera uma
grande modificação da paisagem;
Não polui;
Impacto sobre as aves do local:
principalmente pelo choque delas nas pás,
efeitos desconhecidos sobre a modificação
de seus comportamentos habituais de
migração;
Impacto sonoro: o som do vento batendo
Suas instalações são móveis, e quando nas pás produz um ruído constante
retirada, pode-se refazer toda a área utilizada; (43dB(A)). As casas do local deverão estar
pelo menos, a 200m de distância.
Tempo rápido de construção (menos de 6
meses);
Recurso autônomo e econômico;
Cria-se mais emprego.
FONTE: VITRUVIOS, 2008.
3.4 ENERGIA SOLAR
O Sol é a nossa principal fonte de energia e pelo fato de ser 334.000
vezes maior do que a Terra e também pela energia radiante se dispersar à medida
que se afasta da fonte radiante, a Terra acaba por receber somente dois
milionésimos de toda a energia emitida por esta estrela. Essa energia radiante
apresenta aproximadamente 173x10 15 W, onde utilizamos o raio da circunferência
da Terra e calculamos com a constante solar até que encontramos a energia
recebida na Terra. Que pode ser calculada da seguinte forma (tabela 3.3):
TABELA 3.3: Calculo de Energia
Área projetada da Terra = πxr 2 =(6.3x106)2 x 3,14 = 124x1012 m2;
Constante Solar
= 1395 W/m2;
Energia recebida
= 124x1012 x 1395 = 173x1015 W
FONTE: MODIFICADO DE ARAÚJO - 2004
27
Essa quantidade de energia solar nos permite aproveitá-la basicamente
de dois modos: a produção de energia elétrica e de energia térmica.
A energia elétrica pode ser obtida através de painéis fotovoltaicos que são
um conjunto de células fotoelétricas juntas, onde cristais de silício estimulados pelos
fótons da luz solar geram energia elétrica Ider (2008). No caso da energia térmica a
energia solar aquece determinadas superfícies, e pode ser usada para aquecer água
ou alimentos em câmaras escuras como em fornos solares.
Segundo Araújo (2004), descreve em seu trabalho sobre aproveitamento
da energia solar que existem três tecnologias diferentes empregadas para capturar a
energia solar que são assim distribuídas:
• Solar térmica: usando energia solar para aquecer líquidos;
• O efeito fotovoltaico: a eletricidade gerada pela luz solar;
• Solar passiva: o aquecimento de ambientes pelo design consciente
de suas construções.
O autor comentou que usar construções para coletar o calor do sol era
uma técnica aplicada desde o tempo da Grécia antiga. Outras formas de arquitetura
que visavam o aproveitamento da energia solar também foram desenvolvidas pela
arquitetura muçulmana, que usaram os minaretes de mesquitas como chaminés
solares. Atualmente, segundo Araújo (2004) a tecnologia de energia solar passiva é
a que está sendo mais comercialmente desenvolvida, entre todas as tecnologias
solares, e compete muito bem em condições de custo com as fontes de energia
convencionais.
3.4.1 Radiação Solar
O Brasil por estar próximo da linha do equador não se observa grandes
variações na duração solar do dia. Entretanto, devido aos grandes centros
produtores estarem distantes da linha do equador com é o caso de Porto Alegre,
capital brasileira mais meridional (cerca de 30º S), a duração solar do dia varia de 10
28
horas e 13 minutos a 13 horas e 47 minutos, aproximadamente, entre 21 de junho e
22 de dezembro, respectivamente (ANEEL, 2008).
Segundo o autor, para maximizar o aproveitamento da radiação solar,
deve ser ajustado à posição do coletor ou painel solar de acordo com a latitude local
e o período do ano em que se requer mais energia. No Hemisfério Sul, por exemplo,
um sistema de captação solar fixo deve ser orientado para o Norte, com ângulo de
inclinação similar ao da latitude local.
FIGURA 3.7: Sistema Térmico de Geração de Energia Elétrica (Califórnia-EUA);
FONTE: National Renewable Energy Laboratory (EUA) Apud Aneel (2008).
A média diária de insolação solar no Brasil pode ser observada no Mapa
Solarimétrico (figura 3.7) do Brasil (Atlas Solarimétrico do Brasil, 2000).
29
FIGURA 3.8: Mapa Solarimétrico do Brasil apresentando as Médias Diárias de Insolação no Brasil.
FONTE: Atlas Solarimétrico do Brasil (2000).
Apesar de obter isenções de impostos como IPI e ICM, o mercado de
coletores solares no país, hoje em 500 mil m², ainda é pequeno se comparado ao de
países como Estados Unidos e Canadá e, ainda, muito distante de Israel, onde o
uso da energia solar é obrigatório e faz parte do projeto de construção das casas.
Especialistas no setor apontam o Brasil como privilegiado, com uma
média anual de 280 dias de sol, possibilitando um retorno de investimento garantido
e rápido quanto maior for à necessidade do uso desta fonte energética FEDRIZZI
(2007).
3.4.2 Ângulo de Incidência dos Recursos Solares de Inclinação de um
Dispositivo Solar
Segundo FEDRIZZI (2007), a energia solar captada por uma superfície
varia em função de inúmeros parâmetros como a orientação da superfície em
30
relação ao sol, à hora do dia, o dia do ano, a latitude e as condições atmosféricas.
Para uma maior captação da irradiação solar, os coletores devem ter certa
orientação em relação ao azimute γ do local e certa inclinação β, em relação à
horizontal. Esta inclinação em geral se reduz proporcionalmente à latitude do local
de tal forma que para pequenas latitudes a melhor inclinação pode ser até mesmo
de 0º (zero) graus.
γ - Ângulo entre a projeção da normal à superfície do coletor no plano
horizontal e o meridiano local, sendo 0o para o sul, 180o para o norte e leste positivo,
oeste negativo. (-180º ≤ γ ≤ 180º).
β - Ângulo entre a superfície em questão (neste caso o coletor) e a
horizontal.
Graus - Mesmo que a inclinação ideal seja de 0º graus, é aconselhável na
prática uma inclinação mínima de 5º graus para evitar acúmulo de material sólido na
superfície do coletor.
FIGURA 3.9: Parâmetros Utilizados na Determinação da Radiação no Plano do Coletor.
FONTE: FEDRIZZI (2007).
31
Na tabela 3.4 abaixo, temos as latitudes e os ângulos de inclinação no
plano dos painéis solares, das capitais brasileiras facilitando o calculo.
TABELA 3.4: Modelos de Módulos Solares - Latitudes Aproximadas das Capitais Brasileiras e
Inclinações Sugeridas para Coletores Solares Planos ENSOL.
Cidade
Latitude
Inclinação
Cidade
Aracaju/SE
10º55' S
21º
Manaus/AM
03º08' S
13º
Belém/PA
01º28' S
11º
Natal/RN
05º45' S
16º
Belo Horizonte/MG
19º 28' S
30º
Palmas/TO
08º10' S
20º
Boa Vista/RR
02º49' N
13º
Porto Alegre/RS
30º02' S
40º
Brasília/DF
15º 47' S
26º
Porto Velho/RO
08º45' S
19º
Campo Grande MS
Cuiabá/MT
21º34' S
15º 35' S
32º
26º
Recife/PE
Rio Branco/AC
08º10' S
09º58' S
18º
20º
Curitiba/PR
25º25' S
35º
Rio de Janeiro/RJ
22º54' S
33º
Florianópolis/SC
27º35' S
38º
Salvador/BA
12º55' S
23º
João Pessoa/PB
Macapá/AP
07º06' S
00º 02' N
17º
10º N ou S
Teresina/PI
Vitória/ES
05º05' S
20º18' S
15º
30º
Maceió/AL
09º 40' S
FONTE: ENSOL. Energia Solar (2007)
Latitude Inclinação
20º
3.4.3 Componentes do Sistema Fotovoltaico
O sistema fotovoltaico apresenta dois tipos de correntes conhecidos como
corrente continua que tem capacidade de potencia de 12V que utiliza painéis ou
módulos de células fotovoltaicas, suportes para os painéis, controlador de cargas de
baterias e banco de baterias, já na corrente alternada para potencias de 110/220V
que utiliza além dos elementos anteriores da corrente continua também é utilizado
entre as baterias e o consumidor um inversor de corrente com potência adequada.
Este inversor converte a corrente continua (DC) das baterias em corrente alternada
(AC). A maioria dos eletrodomésticos utiliza a corrente alternada.
32
FIGURA 3.10: Esquema de um Sistema Fotovoltaico
FONTE: Solarterra, 2008 adaptado de FEDRIZZI (2007).
3.4.4 Dimensionamento de Sistemas de Geração Fotovoltaicos e de Bancos de
Baterias
FEDRIZZI (2008) afirmou que para obter o cálculo do número de módulos
necessários deve-se conhecer os níveis de radiação solar típicos da região, à
capacidade de produção dos módulos variarem com a radiação.
Segundo o autor devemos seguir os seguintes passos, para obter a
quantidade de módulos necessária:
1) Calcular o Consumo Total da Instalação em Ah (Amper hora).
2) Determinar em que local se realizará a instalação;
3) Com base nos valores da tabela de radiação identificar qual das
cidades mais se aproxima do local de sua instalação. Identificar qual é
a radiação média anual desta localidade em kWh/m² dia (última coluna
da tabela);
4) Multiplicar o valor encontrado pela corrente nominal do módulo solar
escolhido. Para isto recorrer à tabela do fabricante do módulo solar;
33
5) Supondo que a localidade da instalação seja em Teresina e o módulo
solar escolhido seja o modelo com corrente nominal de 4.4A, teremos:
geração do módulo = radiação x corrente nominal = 5.49 x 4.4 = 24.15
Ah/dia;
6) O número de módulos solares para este sistema será: no módulos =
Consumo Total / Geração Módulo = 23.21 / 24.15 = 0.96 = 1;
7) Arredonda-se o valor encontrado para um múltiplo inteiro. Portanto um
módulo de 4.4 A de corrente nominal é suficiente para esta instalação;
8) Para o cálculo do banco de baterias de acumuladores deve-se obter a
capacidade na seguinte fórmula:
Cap.= 1,66 x Dtot x Aut.
Onde:
1,66: fator de correção de bateria de acumuladores que leva em conta
a profundidade de descarga admitida, o envelhecimento e um fator de
temperatura.
Dtot: Consumo total de energia da instalação em Ah/dia (amper.
Hora/dia).
Aut: dias de autonomia.
No exemplo adotado será: Cap. Bat. = 1.66 x 23.21 x 5 dias = 192 Ah
Escolhe-se o modelo de bateria com valor normalizado imediatamente
superior ao que resulte deste cálculo. Caso a capacidade encontrada seja superior
ao maior modelo comercial disponível então o banco de baterias deverá ser
montado com elementos múltiplos ligados em paralelo. Recomenda-se nestes casos
que o no de baterias conectadas em paralelo não exceda 6 elementos
(SOLARTERRA, 2008).
3.4.5 Modelo de Painéis
Na Tabela 3.4 abaixo está representado os painéis comercializado pela
empresa RF COM, onde será utilizado como base para proposta deste trabalho.
34
35
TABELA 3.5: Modelos de Placas Fotovoltaicas
Modelo e Tipo
S25
V
Tensão do Sistema
W
12
Potência Máxima
W
24
Potência de Pico Mínima (STC)
A
22,5
Corrente @ Potência Máxima
V
1,45
Tensão @ Potência Máxima
A
16,5
Corrente de curto-circuito
V
1,5
Tensão em circuito aberto
Ah/d
21,4
Capacidade de carga diária*
7,3
Tecnologia
Poli
Comprimento
9,70%
Largura
Espessura (c/caixa de conexão)
Espessura (frame de alumínio).
Peso
Código
S36
ST40
12
36
33,5
2,18
16,5
2,3
21,4
10,9
poli
10,30%
12
40
36
2,41
16,6
2,7
23,3
12,1
CIS
9,40%
Power Max
Plus 50
12
50
45
2,94
17
3,26
21,5
14,7
Poli
10,80%
Caixa de Terminais
Power Max
Ultra 70-P
PowerMax Ultra
75-P
PowerMax Ultra 80-P
PowerMax Ultra
85-P
70
70
66,5
4,29
16,3
5,15
21
21,5
mono
11,1
75
75
71,25
4,52
16,6
5,25
21,4
22,6
mono
11,9
80
80
76
4,73
16,9
5,35
21,8
23,7
mono
12,7
85
85
80,75
4,94
17,2
5,45
22,2
24,7
mono
13,9
Mm
Mm
Mm
Mm
550
449
45
38
12mm dia
ext
635
550
45
38
Kg
3,4
4,4
7,0
5,5
7,6
7,6
7,6
7,6
29691
19692
15845
31975
31976
31977
31978
31979
FONTE: RF COM Sistemas Ltda. – 2008.
4mm² bitola
1293
328
35
35
861
536
34
34
1200
527
56
34
1200
527
56
34
1200
527
56
34
1200
527
56
34
A figura 3.11 apresenta um exemplo de sistema flutuante de bombeamento
de água para irrigação, instalado no Açude Rio dos Peixes, Município de Capim
Grosso – BA. O sistema é formado por 16 painéis M55 da Siemens e uma bomba
centrífuga de superfície Mc Donald de 1 HP DC. Em época de cheia, o sistema fica a
15 m da margem do açude e bombeia água a uma distância de 350 m, com vazão de
12 m3 por dia.
Trata-se de uma parceria entre o National Renewable Energy Laboratory –
NREL, o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL e a Companhia de
Eletricidade do Estado da Bahia – COELBA, tendo ainda a participação da Secretaria
de Agricultura e Irrigação do Estado da Bahia e da Associação de Moradores de Rio
do Peixe ZILLES, FEDRIZZI, TRIGOSA, SANTOS (2000).
Outro exemplo de bombeamento fotovoltaico de água, á região do Pontal
do Paranapanema (Extremo-Oeste do Estado de São Paulo), é apresentado na
Figura 3.12. O reservatório tem capacidade de armazenamento de 7.500 litros e altura
manométrica de 86 metros, abastecendo 43 famílias. O sistema fotovoltaico é
constituído de 21 módulos MSX 70, com potência nominal de 1.470 Wp USP; IEE,
(2000). Entre novembro de 1998 e janeiro de 1999, cerca de 440 famílias foram
beneficiadas em todas as sociedades, ZILLES, FEDRIZZI, TRIGOSA, SANTOS
(2000).
FIGURA 3.11 Sistema Fotovoltaico de Bombeamento de Água Para Irrigação (Capim Grosso BA)
FONTE: Centro de Referência para a Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito - CRESESB.
2000. Disponível em: www.cresesb.cepel.br/cresesb.htm.
36
FIGURA 3.12 Sistema de Bombeamento Fotovoltaico – Santa Cruz I (Mirante do Paranapanema SP).
FONTE: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO – USP. Instituto de Eletrotécnica e Energia – IEE. Formação
Técnica. São Paulo: 2000.
A Figura 3.11 e 3.12 exemplifica um sistema de atendimento domiciliar
instalado no âmbito do projeto Ribeirinhas. Esse projeto constitui uma ação
estratégica do Programa Nacional de Eletrificação “Luz no Campo” e tem como
objetivo a implantação, em localidades ribeirinhas na região amazônica, de sistemas
baseados em fontes alternativas para geração de energia elétrica. O projeto é
conduzido pelo CEPEL e pela ELETROBRAS, em colaboração com a Universidade
Federal do Amazonas ZILLES, FEDRIZZI, TRIGOSA, SANTOS (2000).
3.5 APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE CHUVA
3.5.1 Disponibilidade de Recursos Hídricos em Nível Mundial
UNIÁGUA (2006) apud Marinoski (2007) em seus estudos mostram que a
disponibilidade de recursos hídricos compreende todos os recursos de água, tanto
37
superficiais quanto subterrâneas em uma determinada região ou bacia hidrográfica,
para qualquer uso.
Do volume total de água existente no planeta, é estimado que apenas 2,5%
sejam de água potável ou simplesmente água doce, sendo que grande parte deste
volume não está facilmente acessível. Apenas 0,266% deste total se encontra em
lagos, rios e reservatórios, estando o restante distribuído na biomassa e na atmosfera
sob a forma de vapor. Deste modo, estima-se que somente 0,007% de toda a água
doce do planeta encontra-se em locais de simples acesso para o consumo humano.
Tomaz (2001) apud Marinoski (2007), nos informa que o percentual de
68,9% de água doce estão congelados nas calotas polares do Ártico, Antártida e nas
regiões montanhosas. Já a água subterrânea compreende em torno de 29,9% do
volume de água doce no planeta.
Segundo o autor, a água no planeta encontra-se distribuída de forma não
uniforme, sendo que na Ásia e na América do Sul se concentram os maiores volumes
disponíveis. A Ásia detém a maior parcela mundial deste recurso, totalizando
aproximadamente 31,6%, e alcançando vazões de 458.000 km³/ano. Os menores
potenciais são encontrados na Oceania, Austrália e Tasmânia. Os valores de
produção hídrica por região do mundo estão apresentados na Tabela 3.6.
TABELA 3.6: Produção Hídrica no Mundo por Região
Região do Mundo
Vazão (km³/ano)
Porcentagem (%)
Ásia
458.000
31,6
América do Sul
334.000
23,1
América do Norte
260.000
18
África
145.000
10
Europa
102.000
7
Antártida
73.000
5
Oceania
65.000
4,5
Austrália e Tasmânia
11.000
0,8
1.448.000
100
Total
FONTE: TOMAZ, 1998 apud Marinoski 2007
38
3.5.2 Recursos Hídricos no Brasil
No Brasil podemos encontrar abundância de recursos hídricos estimada
em 35.732 m³/hab/ano, sendo considerado um país “rico em água”. Além disso, em
relação ao potencial hídrico mundial, o Brasil conta com 12% da quantidade total de
água doce no mundo (TOMAZ, 2001apud Marinoski 2007).
Entre os países da América do Sul, o Brasil se destaca por possuir uma
vazão média de água de 177.900 km³/ano, o que corresponde a 53% da vazão média
total da América do Sul, conforme é apresentado na Tabela 3.7.
TABELA 3.7: Produção Hídrica entre os países da América do Sul.
América do Sul
Brasil
Outros países
Total
Vazão (km³/ano)
177.900
156.100
334.000
Porcentagem (%)
53
47
100
FONTE: Marinoski (2007).
Segundo Aneel (2007) apud MARINOSKI (2007), a disponibilidade hídrica
do Brasil encontra-se, na maior parte, distribuída em bacias hidrográficas. As
principais bacias hidrográficas do Brasil são do Rio Amazonas, do TocantinsAraguaia, do São Francisco, do Atlântico Norte Nordeste, do Uruguai, do Atlântico
Leste, do Atlântico Sul e Sudeste, dos Rios Paraná e Paraguai.
Verificam-se no Brasil, que as regiões mais populosas são justamente as
que possuem menor disponibilidade de água, por outro lado onde há muita água
ocorre baixo índice populacional. A exemplo disso pode-se citar a Região Sudeste do
Brasil, que dispõe de um potencial hídrico de apenas 6% do total nacional, porém
conta com 43% do total de habitantes do país, enquanto a Região Norte, que
compreende a Bacia Amazônica, apresenta 69% de água disponível, contando com
apenas 8% da população brasileira GHISI (2006) apud Marinoski (2007).
39
3.5.3 Aproveitamento de Água Pluvial
MAY, (2004) ao estudar o aproveitamento das águas de chuva apontou a
existência de vários aspectos positivos no uso de sistemas para aproveitamento de
água pluvial, que possibilitam reduzir consideravelmente o consumo de água potável
diminuindo os custos de água fornecida pelas companhias de abastecimento e
minimizam riscos de enchentes e preservar o meio ambiente.
Com isso, podemos citar outras vantagens do aproveitamento de água de
chuva SIMIONI et al, (2004) apud Marinoski (2007):
§ Utiliza estruturas existentes na edificação (telhados, lajes e rampas);
§ Baixo impacto ambiental;
§ Água com qualidade aceitável para vários fins com pouco ou nenhum
tratamento;
§ Complementa o sistema convencional;
§ Reserva de água para situações de emergência ou interrupção do
abastecimento público.
Para pensarmos em um sistema de abastecimento de água pluvial,
pensamos primeiro na sua viabilidade dependendo essencialmente dos seguintes
fatores: precipitação, área de captação e demanda de água.
Além disso, para projetar tal sistema devem-se levar em conta as
condições ambientais locais, clima, fatores econômicos, finalidade e usos da água,
buscando não uniformizar as soluções técnicas.
A água de chuva pode ser utilizada em várias atividades com fins não
potáveis no setor residencial, industrial e agrícola. No setor residencial, pode-se
utilizar água de chuva em descargas de vasos sanitários, lavação de roupas, sistemas
de controle de incêndio, lavagem de automóveis, lavagem de pisos e irrigação de
jardins. Já no setor industrial, pode ser utilizada para resfriamento evaporativo,
climatização interna, lavanderia industrial, lavagem de maquinários, abastecimento de
40
caldeiras, lava jatos de veículos e limpeza industrial, entre outros. Na agricultura, vem
sendo empregada principalmente na irrigação de plantações MAY & PRADO (2004).
Segundo MAY (2004) os sistemas de coleta e aproveitamento de água de
chuva em edificações são formados por quatro componentes básicos: áreas de
coleta; condutores; armazenamento e tratamento.
O funcionamento de um sistema de coleta e aproveitamento de água de
pluvial consiste de maneira geral, na captação da água da chuva que cai sobre os
telhados ou lajes da edificação. A água é conduzida até o local de armazenamento
através de calhas, condutores horizontais e verticais, passando por equipamentos de
filtragem e descarte de impurezas. Em alguns sistemas é utilizado dispositivo
desviador das primeiras águas de chuva. Após passar pelo filtro, a água é
armazenada geralmente em reservatório enterrado (cisterna), e bombeada a um
segundo reservatório (elevado), do qual as tubulações específicas de água pluvial irão
distribuí-la para o consumo não potável onde mostram na Figura 3.13.
.
FIGURA 3.13: Esquema de Funcionamento de Sistema de Aproveitamento de Água de Chuva.
FONTE: Marinoski (2007)
Em áreas para captação de água de chuva, comumente utiliza-se materiais
como: telhas galvanizadas pintadas ou esmaltadas com tintas não tóxicas, superfícies
41
de concreto, cerâmicas, policarbonato e fibra de vidro. As calhas também devem ser
fabricadas com materiais inertes, como PVC ou outros tipos de plásticos, evitando
assim, que partículas tóxicas provenientes destes dispositivos venham a ser levadas
para os tanques de armazenagem MACOMBER (2001) apud MARINOSKI (2007).
3.5.4 Captação
O sistema de capitação de água de chuva é a maneira mais rápida de se
obter grandes volume de água em um período de tempo bastante reduzido, e de
razoável qualidade. Existem duas maneiras que são as mais conhecidas de se captar:
a primeira é utilizando o telhado e calhas da casa, e a segunda é revestindo o subsolo
de uma área de encosta com plástico e canalizando a água, pré-filtrada pelo solo, até
uma caixa ou reservatório, apresentado na Figura 3.14 e 3.15.
A sua armazenagem poderá ser feita em uma caixa separada ou
diretamente na cisterna, caixa central (SOECOMG, 2008).
FIGURA 3.14: Esquema Geral da Caixa ou Reservatório para Água de Chuva com Escada de
Acesso para Limpeza.
FONTE: Soecomg (2008).
42
FIGURA 3.15: Esquema de Caixa ou Reservatório com Utilização de Crivo para Filtrar a Água e
Sistema Manual de Retirada da Mesma.
FONTE:
Soecomg (2008).
3.5.5 Qualidade
da Água de Chuva
Tomaz (2003) apud Martins e Nascimento (2006) em seus estudos sobre
aproveitamento da água de chuva assegurou que para se ter conhecimento da
qualidade da água de chuva devem-se diferenciar as analises em quatro formas
distintas, quais sejam:
§ Antes de atingir o solo;
§ Após escorrer pelo telhado;
§ Dentro do reservatório;
§ No ponto de uso.
Cada uma dessas quatro formas apresenta peculiaridades distintas nos
elementos químicos e bacteriológicos encontrados nas analises e dependem muito da
localização geográfica da área de precipitação, do tipo de atividades exercidas no
entorno, etc., em fim vários fatores podem influenciar nessas analises dependendo da
área a ser analisada.
43
Vários estudos foram realizados por Gould 2003 apud Tordo 2004 e
mostram que, devido ao contato com a superfície do telhado, a água coletada de
chuva não apresenta os padrões de potabilidade da OMS para água potável,
principalmente quanto aos critérios da qualidade microbiológica. Outra preocupação
se deve à poluição por metais pesados ou outros produtos químicos.
Segundo estudos realizados por Tordo, 2004, Na região de Blumenau (SC),
para avaliar a qualidade da água em três diferentes tipos de cobertura, quais sejam:
fibrocimento, cerâmica e metálica; com relação aos parâmetros - pH, alcalinidade total,
cloretos, cor aparente, dureza total, ferro total, sílica, turbidez e coliformes - e cujos
resultados demonstraram que o telhado de fibrocimento apresenta uma capacidade
de neutralizar os ácidos e, presentes na água da chuva, maior que as outras duas
coberturas estudadas, cujo valor médio, encontrado, foi 6,99, e uma alcalinidade total
média de 37,06 ppm. Quanto ao aspecto bacteriológico, às amostras apresentaram
elevada quantidade de organismos patogênicos e, em algumas amostras, a turbidez e
a cor aparente não alcançaram o padrão de portabilidade e, portanto, não é
recomendada para consumo humano, sem prévio tratamento por filtração e
desinfecção. Tais valores constam da Tabela 3.8.
TABELA 3.8: Valores Médios dos Parâmetros da Chuva, Coletados nos Diversos Tipos de Coberturas.
Fibrocimento
Parâmetros
PH
Alcalinidade Total
(ppm)
Valor
Médio
Cerâmica
Valor
Valor
Máximo Mínimo
Metálica (Zinco)
Valor
Médio
Valor
Máximo
Valor
Mínimo
Valor
Médio
Valor
Valor
Máximo Mínimo
6,99
8,63
5,57
5,73
6,82
5,21
4,70
6,82
4,13
37,06
55,96
18,00
11,73
16,00
8,00
9,71
16,00
8,00
5,09
11,28
1,41
3,72
5,64
2,82
6,85
5,64
2,82
Cloretos (ppm)
Cor Aparente
(uH)
Dureza Total
(ppm)
17,33
95,00
4,00
18,45
43,00
7,00
18,71
43,00
4,00
60,44
108,00
20,00
21,91
48,00
3,00
35,14
48,00
20,00
Ferro Total (ppm)
0,35
2,85
0,068
0,32
2,02
0,026
0,23
2,02
0,073
Sílica (ppm)
3,18
16,74
0,00
2,92
13,21
0,212
1,70
13,21
-
Temperatura (ºC)
25,22
27,00
25,00
25,09
27,00
24,00
25,00
27,00
25,00
2,34
1,79
0,28
1,70
5,00
0,20
2,13
5,00
0,24
280,79
1299,70
0,00
236,93
900,00
2,00
269,00
>1600,00
Ausente
1453,85
>2419,60
1,00
1054,45
>1600,00
39,50
934,40
>1600,00
140,80
Turbidez (uT)
Escherichia coli
(NMP/100mL)
Coliformes totais
(NMP/100mL)
FONTE: Cipriano, 2004
44
Segundo Cipriano, 2004, o padrão de potabilidade da água, para consumo
humano, vigente no Brasil, consta da Portaria nº. 518, de 25 de março de 2004, do
Ministério da Saúde, publicada no Diário Oficial da União, e discorre sobre
procedimentos e responsabilidades, inerentes ao controle e à vigilância da qualidade
da água, para consumo humano. Nele estabeleceu-se o padrão de potabilidade da
água, para o consumo humano, e constam outras providências. Ainda, ali,
estabeleceram-se os limites máximos, permitidos, para dezenas de parâmetros, os
quais precisam ser respeitados para toda a água que se destine para consumo
humano. Pois, toda água, destinada ao consumo humano, deve obedecer ao Padrão
de Potabilidade e ao Padrão de Aceitação para Consumo Humano e está sujeita à
vigilância em nome da qualidade da água. Os parâmetros da tabela 3.9 são
apontados na Portaria 518/2004.
TABELA 3.9: Padrões de Potabilidade, Estabelecidos pela Portaria nº. 518/2004, do Ministério da
Saúde.
Parâmetros
Limites Máximos
PH
Alcalinidade total (ppm)
Cloretos (ppm)
Cor Aparente (ppm PtCo)
Dureza Total (ppm)
Ferro Total (ppm)
Sílica (ppm)
Temperatura
Eucherichia coli (NMP/100ml)
Coliformes Totais (NMP/100ml)
6,0 a 9,5
-250
15
500
0,3
-1
Ausência
Ausência
.
FONTE: Cipriano, 2004.
Cipriano (2004) ao estudar formas de tratamento para as águas de chuva
com diferentes tipos de coberturas, concluiu o seguinte:
1)
Coberturas de Fibrocimento e Amianto - Embora não sejam mais
usadas em telhados de residências, ainda se encontram em muitas
residências antigas. As fibras de amianto são perigosas à saúde
quando inaladas em quantidades suficientes. O telhado deve ser
45
deixado intocável até que as fibras e vestígios do amianto sejam
eliminados, devido ao corte ou perfuração. Os métodos de limpeza
com alta pressão também devem ser evitados e as áreas ou placas
que estiverem deterioradas devem ser substituídas por amiantoslivres;
2) Cobertura de Telha Cerâmica ou de Concreto - A superfície da
telha de cimento ou da cerâmica colorida oxida-se com o tempo, e
detritos dessa oxidação podem ser escoados para os tanques de
armazenamento colorindo a água. A água pode tornar-se tóxica,
devido à pintura das telhas. Pinturas à base de chumbo (incluindo
primer) são tóxicas e não apropriadas para uso potável. A água
proveniente de ambientes com pintura acrílica – em cuja composição
entram produtos químicos e detergentes - não deve ser coletada no
primeiro fluxo. Materiais derivados do betume (piche) geralmente não
são recomendados, por conter substâncias perigosas e por causar
gosto na água;
3) Cobertura com Madeira Tratada - Os produtos químicos usados
para tratamento ou preservação das telhas de madeira utilizadas na
Austrália são a base de água com cobre, cromo, arsênio e boro, à
base de óleo com alcatrão, ou solventes orgânicos, como o
pentaclorofenol;
4) Folhas Metálicas de Chumbo - O chumbo é um veneno cumulativo
que provoca vários efeitos à saúde, principalmente ao sistema
nervoso central, não se recomendando a utilização desse material em
áreas de captação de água de chuva para fins potáveis.
3.5.5 Análise Físico-Químicas e Bacteriológicas
A qualidade da água é determinada por sua composição física, química e
bacteriológica. Para o consumo humano é necessário que á água seja potável, isto é,
livre de mataria suspenso visível, cor, sabor e odor, de quaisquer organismos capazes
de provocar enfermidades ou de quais quer substância orgânicas ou inorgânicas que
46
possam
produzir
efeitos
fisiológicos
prejudiciais
(MINISTERIO
DA
SAÚDE,
PORTARIA Nº 1469).
Segundo Netto (2000), as características principais para análise física da
água são as seguintes: cor, turbidez, pH, sabor, odor, temperatura e condutibilidade
elétrica. Já as principais características químicas são: pH, alcalinidade, dureza, ferro,
magnésio, cloretos, sulfatos, sólidos totais, impurezas orgânicas, nitratos, oxigênio
dissolvido, demanda de oxigênio, fenóis, detergentes e substâncias tóxicas, são
mostradas na tabela 3.10. No que diz respeito às características biológicas são
coliformes fecais, coliformes totais, entre outros e são determinados através de
exames bacteriológicos e hidrobiológicos.
TABELA 3.10: Padrões de Potabilidade da Água
Características
Padrão de Potabilidade (ppm) ou mg/l
Máxima recomendada
Máxima tolerada
Turbidaz (sílica)
1
5
Cor (esc. Cobalto)
10
15
Física
Odor
inobjetável (ausência de odor objetável)
Sabor
inobjetável (ausência de odor objetável)
Químicas
Manganês (em Mn)
–
0,1
Chumbo (em Pb)
–
0,1
Cobre
–
3
Zinco
–
5
Ferro (em Fe)
–
0,3
Arsênico (em Se)
0,05
0,1
Selénio (em Se)
–
0,05
Cromo Hexavalente
–
0,05
Fluoretos
1
1,5
Cloretos (Cl)
–
250
Compostos de Fenol
–
0,001
Sulfatos (SO4)
–
250
Dureza (CO3Ca)
100
500
Cloro livre
0,2
0,5
Sólidos totais
500
1000
pH
pHs (ph de saturação)
6 e isenção de alcalinidade cáustica
Bacteriológica N.m.p. (nº mais
provável de coliformes por 100 ml)
Águas tratadas
90% tempo inferior a 1
100% tempo inferior a 10
FONTE: Segundo portaria nº 518. - 2004.
47
3.5.6 Análise Física da Água da Chuva
Segundo OLIVEIRA E AMARAL (2004), as principais análise física da água
são: cor, turbidez, sabor, odor, temperatura. Essas características envolvem
praticamente aspecto de ordem estética e psicológica, exercendo uma influência no
consumidor, pois que, dentro de determinados limites, não tem relação com
inconvenientes de ordem sanitária. Contudo, sendo perceptíveis pelo consumidor,
independentemente de um exame, o seu acentuado teor pode causar certa
repugnância a consumidores mais ou menos exigentes; pode também favorecer uma
tendência para a utilização de águas de melhor aparência, porém de má qualidade
sanitária, com prejuízo para a segurança.
Segundo o autor, os exames físico é o menos importante dos exames e
análises que caracterizam a qualidade de uma água: seu resultado não deve ser
interpretado separadamente de outros exames e análises. O mesmo mostra as
seguintes características:
Cor: é determinada pela alteração na aparência da água através de
substancias dissolvidas ou em suspensão, dependendo da qualidade do material
presente. A cor pode ser facilmente removida da água por coagulação física. Sento
sensível ao pH, a sua remoção torna-se mais acessível em pH baixo, ou seja, em
meio ácido.
Turbidez: é uma característica decorrente de presença de substância em
suspensão, ou seja, de sólidos suspensos, finalmente divididos em estado coloidal, e
de organismos microscópicos.
A turbidez é uma característica própria das águas correntes, sendo em
geral baixa nas águas dormentes. Foi inicialmente medida determinando-se na
espessura da camada de água necessária para que desapareça da vista a chama de
uma vela padronizada; os padrões de medida são constituídos por suspensões de
sílica ou formazina em água destilada, expressas em mg/l ou em ppm da denominada
UTJ (Unidade Jackson de Turbidez) ou OFT (Unidade Formazina de Turbidez),
respectivamente. Praticamente são utilizados aparelhos que operam pelo princípio da
comparação entre o efeito Tyndall produzido por iluminação lateral da amostra e o
feixe de luz obtido por transparência, a partir da mesma fonte luminosa. O sistema
48
atual de medição é aquele que emprega o processo de nefelometria, ou seja, através
de uma fotocélula mede-se a quantidade de luz que emerge perpendicularmente de
um feixe luminoso que passa pela amostra.
Segundo o Ministério da Saúde, Portaria nº 1469 de 29 de dezembro de
2000, artigo 16º, o valor o valor máximo permitido para o parâmetro turbidez é de 5
UNT (Unidade Nefelométrica de Turbidez).
Sabor e Odor: as características do sabor e do odor são consideradas em
conjunto, pois geralmente a sensação de sabor decorre da combinação de gosto mais
odor; são características que provocam sensações subjetivas nos órgãos sensitivos
do olfato e do paladar, causadas pela existência de substâncias como matéria
orgânica em decomposição, resíduos industriais, gases dissolvidos, algas, etc. No
caso particular de sais dissolvidos em concentrações elevadas, o gosto é sentindo,
sem que se sinta o odor ou o sabor, como por exemplo, cloreto de sódio. Os gostos
são quatro, a saber: doce, amargo, ácido e salgado. Da combinação destes com os
vários tipos de odor, resultam os sabores.
O sabor e odor são características que podem estar presentes nas águas
correntes ou dormentes. As águas subterrâneas raramente possuem características
de sabor e odor perceptíveis, a não ser o decorrente de sais dissolvidos em excesso.
Quanto ao odor assinala-se métodos americanos (“Standar Mehods for the
Eamination of Water and Sewage”) que estabelecem um padrão de medida baseados
na determinação da máxima diluição da amostra em que o operador treinado é capaz
de perceber algum cheiro. Quanto ao sabor não existe nenhum processo de medida.
Levando em conta estas dificuldades os padrões de potabilidade em geral
estabelecem que as águas, quanto ao sabor e odor, devem ser inobjetíveis, ou seja,
deve haver ausência de sabor e de odor.
Temperatura: particularmente para uso doméstico a água deve ter
temperatura refrescante.
49
3.5.7 Características Químicas
Segundo AMARAL E OLIVEIRA (2004) as características químicas das
águas são devidas à presença de substancias dissolvidas, geralmente avaliáveis
somente por meios analíticos.
São de grande importância, tendo em vista as conseqüências sobre o
organismo dos consumidores, ou sob o aspecto higiênico, bem como sob o aspecto
econômico; assinale-se ainda a utilização de certos elementos como cloretos, nitritos
e nitratos bem como o teor de oxigênio consumido como indicadores de poluição,
permitindo-se concluir se a poluição é recente ou remota, se é maciça ou tolerável.
As características químicas das águas são determinadas por meio de
análises químicas, seguindo métodos adequados e padronizados para cada
substância. Os resultados são fornecidos em concentração da substância em mg/l
(miligrama por litro).
Na determinação das características químicas das águas, os principais
aspectos a serem considerados, são:
pH: o pH é utilizado universalmente para analisar as características ácidas
ou alcalino de uma solução. O parâmetro pH mede a concentração do íon hidrogênio,
podendo ser analisado colorimetricamente ou eletrometricamente. Com a análise do
potencial hidrogeniônico da água é possível verificar a ocorrência de corrosividade
quando o pH é baixo ou incrustações nas tubulações do sistema de distribuição com o
pH alto.
Segundo o CONAMA, 1986 apud May, 2004 na resolução nº 20 de junho
de 1986, artigo 26º, o parâmetro pH pode variar entre 6 e 9. Segundo USEPA 1992 e
Hespanhol 2003, o pH deverá estar entre 6-9. O Ministério da Saúde, portaria nº 1469
de 29 de dezembro de 2000, artigo 16º recomenda que o pH da água esteja entre 6 e
9,5.
Alcalinidade: a alcalinidade é devida à presença de bicarbonatos,
carbonatos e hidróxidos, quase sempre de alcalinos ou alcalino terrosos (sódio,
potássio, cálcio, magnésio etc.).
50
Agressividade: A tendência da água a corroer os metais pode ser
conferida pela presença de ácidos minerais (casos raros) ou pela existência em
solução de oxigênio, gás carbônico e gás sulfídrico.
De modo geral, o oxigênio é fator de corrosão dos produtos ferrosos, o gás
sulfídrico dos não ferrosos e o gás carbônico dos materiais à base de cimento.
Salinidade: o conjunto de sais normalmente dissolvidos na água, formado
pelos bicarbonatos, cloretos, sulfatos e, em menor quantidade, pelos demais sais,
pode como já foi dito, conferir à água um sabor salino, já focalizado, e uma
propriedade laxativa (sulfatos).
O teor de cloretos pode ser indicativo de poluição por esgotos domésticos
(próxima ou remota); verifica-se pela comparação de várias análises, após estudos de
condições e situações locais.
De modo geral a salinidade excessiva é mais própria das águas profundas
que das superficiais, sendo, porém, sempre influenciada pelas condições geológicas
dos terrenos banhados ou lixiviados.
Dureza: é uma característica conferida à água pela presença de sais
alcalino-terrosos (cálcio, magnésio, etc) e alguns metais, em menor intensidade.
Quando os sais são bicarbonatos (de cálcio, de magnésio, etc.), a dureza é
denominada temporária, pois pode ser eliminada quase totalmente pela fervura.
Quando é devida a outros sais é denominada permanente.
Uma nomenclatura mais lógica, e que deve ser adotada, é a que denomina
as durezas em: devidas aos carbonatos e aos não-carbonatos.
A dureza é caracterizada pela extinção de espuma formada pelo sabão,
índice visível de uma reação mais complexa, o que dificulta o banho e a lavagem de
utensílios domésticos e roupas, criando problemas higiênicos.
As águas duras, em função das condições desfavoráveis de equilíbrio
químico, podem incrustar as tubulações.
Ferro e Manganês: O ferro, com certa freqüência, associado ao manganês,
confere à água um sabor, ou melhor, uma sensação de adstringência e coloração
avermelhada, decorrente da precipitação do mesmo.
51
As águas ferruginosas mancham as roupas, durante a lavagem, os
aparelhos sanitários e podem provocar deposições em tubulações.
O manganês é semelhante ao ferro, porém menos comum, e a sua
coloração característica é marrom, e, quando na forma oxidada é preto.
Impurezas Orgânicas e Nitratos: O termo impurezas orgânicas é
aplicável a um número de constituintes de origem animal ou vegetal, que podem
indicar uma poluição recente ou remota. Incluem-se neste item: a matéria orgânica,
em geral, e o nitrogênio sob as diversas formas (orgânico, amonical, albominóide,
nitroso e nítrico).
Seguindo o nitrogênio um ciclo que o conduz à mineralização total, sob a
forma de nitratos, é possível avaliar o grau e a distância de uma poluição, pela
quantidade e forma de apresentação dos derivados azotados.
Independente de sua origem, que também pode ser mineral, os nitratos
presentes na água, em quantidades maiores, provocam em crianças o estado
mórbido denominado cianose ou metemoglobinemia.
Toxidez Potencial: Certos elementos ou compostos tóxicos por natureza
podem estar presentes na água. Geralmente constituem o produto de lançamentos
industriais poluidores ou de atividades humanas.
Podem ser citados cianetos, cromo hexavalente (cromatos) e cádmio
resultado de cromações e eletro-deposições; arsênico, resultado de usos agrícolas;
cobre, zinco e chumbo pelo uso de tubulações com águas solventes;
Fenóis e Detergentes: O progresso industrial moderno vem incorporando
os compostos fenólicos e os detergentes entre as impurezas encontradas em solução
na água.
Sempre decorrente de fatores poluidores, estão constituindo problemas
numa fase em que está se tornando comum o termo “reuso” da água.
O fenol é tóxico, mas muito antes de atingir teores prejudiciais à saúde já
constitui inconveniente para águas que tenham que ser submetidas ao tratamento
pelo cloro, pois combina com o mesmo, provocando o aparecimento de gosto e cheiro
desagradáveis.
52
Os detergentes, em mais de 75% dos casos, constituídos de Alkyl benzeno
sulfonatos (ABS) são indestrutíveis naturalmente, e, por isso, sua ação perdura em
abastecimento de água a jusante de lançamentos que os contenham.
O mais visível inconveniente reside na formação de espuma quando a
água é agitada; nas concentrações maiores trazem conseqüências fisiológicas;
Radioatividade: O desenvolvimento da indústria nuclear trará certamente
problemas de radioatividade ambiente e as águas de chuva poderão carrear a
contaminação, quando esta já não for por lançamento direto.
O assunto está sob controle das entidades oficiais especializadas. Nas
regiões sul-americanas ainda não se constitui motivo de preocupação. Contudo,
existem vários tipos de indústrias (não-nucleares), que lançam subprodutos
radioativos na água, como, por exemplo, tintas fosforescentes, o que pode vir a
constituir um problema.
3.5.8 Análise Bacteriológica da Água da Chuva
Segundo Expolador, 2002 apud May, 2004, coliformes fecais são bactérias
permanentes ao grupo de coliformes totais. São caracterizadas pela presença de
enzima β-galactosidade e pela capacidade de fermentar a lactose com produção de
gás em 24 horas à temperatura de 44-45ºC, em meios contendo sais biliares ou
outros agentes tenso-ativos com propriedades inibidoras semelhantes.
Além da presença de fazes humanas e de animais podem, também, podem
ser encontradas em solos, plantas ou quaisquer efluentes contendo matéria orgânica.
Segundo Expolador, 2002 apud May, 2004, o método utilizado para
verificar a presença de coliformes fecais baseia-se na filtração de volumes adequado
de água, através de uma membrana filtrante com porosidade de 0,45 μm. Com a
contagem das colônias permite-se calcular a densidade de bactérias presente na
atmosfera da água. A contagem dos coliformes fecais (colônia) serve para determinar:
• Avaliação e controle da qualidade bacteriológica da água mineral e
potáveis de mesa, na origem, no processo e no produto de mesa;
53
• Avaliação e controle de água tratada;
• Avaliação e controle de qualidade de mananciais e corpos d’água;
• Avaliação e controle das condições de sistema industriais.
Segundo Expolador (2002) apud May (2004), o grupo dos coliformes totais
inclui todas as bactérias na forma de bastonetes gram-negativos, não esporogênicos,
aeróbios ou anaeróbios facultativos, capazes de fermentar o lactose com produção de
gás, em 24 a 48 horas a 35ºC.
O índice de coliformes totais avalia as condições higiênicas, já o índice de
coliformes fecais é empregado como indicador de contaminação fecal, avaliando as
condições higiênico-sanitária deficientes visto presumir-se que a população deste
grupo e constituída de uma alta proporção de E. Coli. (Escherichia coli). Bactéria que
pertence ao grupo coliformes têm como habitat o trato intestinal do homem e de
outros animais.
3.5.9 Estimativa de Consumo
Para Feitosa e Filho (2003), o consumo médio de água por pessoa por dia,
conhecido por consumo “per capta" de uma comunidade é obtido, dividindo-se o total
de seu consumo de água por dia pelo número de pessoas servidas. O consumo de
água depende de vários fatores, sendo complicada a determinação do gasto mais
provável por consumidor. No Brasil, costuma-se adotar quotas médias "per capta"
diárias de 120 a 200 litros por pessoa.
Vickers (2001) apresentou em seus estudos a estimativa de consumo de
água para o uso interno e externo, conforme mostra a tabela 3.11.
54
TABELA 3.11: Estimativa do Consumo de Água
Uso interno
Descargas na bacia sanitárias
Chuveiros e banheiras
Máquinas de lavar roupas
Máquinas de lavar pratos
Torneiras internas
Uso externo
Jardim
Piscina
Lavagem de carro
Lavagem de área externa
% do Consumo
20 a 25%
15 a 20%
10 a 15%
2 a 5%
5 a 10%
Água de Chuva
Sim
Não
Sim
Não
Não
25 a 30%
0 a 5%
0 a 5%
0 a 2%
Sim
Sim
Sim
Sim
FONTE: Tomaz – 2003.
Deve-se adotar 80 litros d’água por pessoa/dia. No caso de bacia sanitária
com caixa de descarga deve-se acrescentar mais 40 litros, ou seja, 120 litros (em
média 2 descargas por dia).
Nos projetos de abastecimento público de água, o "per capita" adotado,
varia de acordo com a natureza da cidade e o tamanho da população. A maioria dos
órgãos oficial adota 200 litros/habitante/dia para as grandes cidades, 150
litros/habitante/dia para médias e pequenas. A Fundação Nacional de Saúde acha
suficiente 100 litros/habitante/dia para vilas e pequenas comunidades. Em caso de
abastecimento de pequenas comunidades, com carência de água e de recursos é
admissível até 60 litros/habitante/dia.
3.5.10 Coeficiente de Runoff
Para Tomaz (2003) apud May (2004) para efeito de cálculo, o volume de água
de chuva que pode ser aproveitado não é o mesmo do precipitado. Assim são
estimadas que vão de 10% a 33% do volume precipitado. O Coeficiente de Runoff é a
perda de água por evaporação, vazamentos, lavagem do telhado, etc. Utiliza-se a
letra C para indicar o coeficiente de Runoff.
Segundo Azevedo Netto (1998) afirmou que do volume total de água
precipitado sobre o solo, apenas uma parcela escoa sobre a superfície constituindo as
55
enxurradas, os córregos, os ribeirões, os rios e os lagos. O restante é interceptado
pela cobertura vegetal e depressão do terreno, infiltra e evapora. A proporção entre
essas parcelas, a que escoa e a que fica retida ou volta à atmosfera, depende das
condições físicas do solo – declividade, tipo da vegetação, impermeabilização,
capacidade de infiltrações, depressões. A tabela 3.12 apresenta as faixas de valores
do coeficiente de Runoff (C) para diferentes superfícies.
TABELA 3.12: Valores Usuais de C
Natureza da bacia
Telhados
Superfícies asfaltadas
Superfícies pavimentadas e paralelepípedos
Estradas macadamizadas
Estradas não pavimentadas
Terrenos descampados
Parques, jardins, campinas
C
0,70-0,95
0,85-0,90
0,75-0,85
0,25-0,60
0,15-0,30
0,10-0,30
0,50-0,20
FONTE: Azevedo Neto - 1998
Segundo Tomaz (2003), apud Martins e Nascimento (2006), cita que o
valor do coeficiente de Runoff, de acordo com a literatura, varia entre 0,70 a 0,90.
3.5.11 Precipitação Pluviométrica
A precipitação é a quantidade de chuva que cai do céu, sendo um dos
fatores que atuam diretamente no potencial de captação. O índice anual de chuva do
local onde se deseja instalar o sistema é uma informação fundamental. O índice
pluviométrico mede quantos milímetros chove por ano em um m².
Esta precipitação deve ser estabelecida em função de dados médios
mensais publicados em nível nacional, regional ou local e também em função da série
histórica de chuvas na região de implantação do sistema Peters (2006).
56
3.5.12 Área de Captação
A área de captação é aquela onde ocorre toda a coleta da água de chuva
que será armazenada. É um dos pontos principais que são levados em consideração
no dimensionamento, pois a partir desta, é que será determinada a quantidade de
água de chuva que poderá ser captada e aproveitada. Comumente, estas áreas são
as superfícies dos telhados, as áreas impermeabilizadas (lajes, áreas de
estacionamentos, pátios) ou drenagem do solo Figura 3.16. Geralmente a água é
captada dos telhados das residências e das indústrias. A captação da água de chuva
através dos telhados é considerada mais simples e em sua maioria produz uma água
de melhor qualidade comparada aos outros sistemas Peters (2006).
a) Telhado
b) Área impermeabilizada - Laje
c) Telhado e Pátio
FIGURA 3.16: Áreas de Captação de Água de Chuva
FONTE: Waterfall (2002).
Segundo Peters (2006) as coberturas devem ser projetadas e executadas
de acordo com as normas técnicas. Elas podem ser inclinadas, pouco inclinadas ou
planas, pois, para cada tipo de material há um tipo de inclinação e um fator de
57
escoamento (C) onde, para captação de água de chuva, deve-se escolher aquele que
possui menor absorção de água contribuindo para a diminuição das perdas.
3.5.13 Tecnologias de Aproveitamento
Diante da falta de água potável no Brasil e no mundo, o mercado está
buscando novas tecnologias para que a água reaproveita seja de boa qualidade.
Segundo Martins e Nascimento (2006) as tecnologias das águas de chuvas devem
integrar as seguintes técnicas:
§ Coleta das águas de chuvas dos telhados, coberturas e outros;
§ Armazenamento das águas de chuvas em reservatórios, etc;
§ A verificação da qualidade das águas de chuvas;
§ Abastecimento local pelo uso das águas de chuvas;
§ Drenagem do excesso das águas de chuvas provocado pelas
chuvas intensas;
§ Eliminação da água coletada no início das chuvas.
Ainda segundo o autor, são os telhados a superfície para captação de água
de chuva, os quais já estão prontos. Às vezes serão necessárias a colocação de
calhas, condutores verticais e coletores horizontais, a construção do reservatório de
auto-limpeza e do reservatório de acumulação da água de chuva, que poderá ser
apoiado sobre o solo ou enterrado.
Segundo Tordo (2004) é apresentado na Figura 3.17 o desenho
esquemático do sistema de captação de água de chuva. A água escorre do telhado
cerâmico para as calhas (a), e destas para o condutor (b). Neste condutor, existe uma
derivação (c) para o bloco H e um sistema de descarte (d) de 20 litros da chuva inicial.
58
FIGURA 3.17: Desenho Esquemático do Sistema de Coleta de Água de Chuva.
FONTE: Tordo (2004).
(a)
(b)
FIGURA 3.18: Sistema de Coleta de Água de Chuva: a) Calha de Condução, b) Calha de Condução
Vertical.
FONTE: Tordo (2004).
59
FIGURA 3.19: Sistema de Desvio dos Primeiros Estantes de Chuva
FONTE: Marinoski, 2007.
Segundo Saferain 2007 apud Marinoski 2007, a válvula de desviador
horizontal da SafeRain é projetada principalmente para ser instalada nas tubulações
aéreas que alimentam um tanque de água ou o tanque da cisterna. Já a válvula do
desviador vertical é projetada para ser instalada na parte de baixo da tubulação onde
é alimentando o tanque.
3.5.14 Filtros Vortex (WFF)
Dentre os produtos oferecidos pela Aquastock, esta os filtros tipo Vortex da
Wisy que são instalados no ponto de união da tubulação que drena a água de chuva
de diversos condutores verticais.
Utilizam um princípio original de filtragem – de tensão superficial – que
garante grande eficiência, separando a água de chuva de impurezas como folhas,
60
alhos, insetos e musgo, com mínima perda de água e exigência de manutenção
mínima.
(a)
(b)
FIGURA 3.20: Filtro Vortex (WFF), (apresentado na figura a e b)
FONTE: Aquastock, (2008)
3.5.15 Filtros de Descida
Os filtros de descida Wisy são instalados diretamente na tubulação de
descida dos telhados. Com seu princípio original de filtragem, separam a água de
chuva de impurezas como folhas, galhos, insetos e musgo, que seguem pelo tubo
normalmente.
61
FIGURA 3.21: Filtros de Descida
FONTE: Aquastock, (2008)
FIGURA 3.22: Montagem do Filtro de Descida
FONTE: Aquastock, (2008)
As características desse filtro são:
§ Filtra áreas de telhado de até 150 m²;
§ Capta cerca de 90% da água;
§ Filtra partículas de até 0,28mm;
§ Qualidade superior, com fabricação em aço inox ou cobre;
§ Funcionamento absolutamente seguro, não há nenhuma
obstrução na seção da tubulação;
§ Fácil instalação com encaixe telescópico, não exige mão de
obra especializada e pode ser instalado em construções
existentes;
§ Baixa necessidade de manutenção;
§ Pode ser conectado a qualquer reservatório;
§ Diversos acessórios de montagem;
§ Disponível nos diâmetros 75, 80 e 100 mm.
62
3.5.16 Filtro Volumétrico
Segundo Martins e Nascimento (2006), O filtro volumétrico tem alto grau de
eficiência, independentemente do volume que passa. O filtro elimina continuadamente
as sujeiras é auto-limpante com grandes intervalos entre as revisões.
O conjunto filtrante pode ser retirado facilmente para limpeza. O
equipamento é constituído de PE e aço inox em peneira em aço inox com tela de
0,26m e altura de 47cm com desnível entre entrada e saída de 30cm e tem
capacidade para processar a água de 2 x 100m² de telhado.
• Funcionamento do filtro:
1) A água de chuva, ao chegar ao filtro é "freada" na represa superior,
sendo então conduzida para descer nas cascatas, pelo princípio do
super-represamento;
2) A limpeza preliminar se dá pelo princípio das cascatas. A sujeira
mais grossa (folhas etc.) é desce pelas cascatas e vai direto para a
galeria pluvial/de esgoto;
3) A água de chuva, já livre das impurezas maiores, passa então pela
tela (malhas de 0,26mm) abaixo das cascatas. Devido ao desenho
especial da tela ela conduz a sujeira fina por ela retida também
para a canalização, i.e. ela é auto-limpante. Com isso se obtém
intervalos grandes de manutenção;
4) A água limpa se encaminha para a cisterna;
5) A sujeira vai para a canalização pluvial ou de esgoto.
63
FIGURA 3.23: 3P Filtro Volumétrico
FONTE: Martins e Nascimento (2006)
3.5.17 3P Sifão Ladrão
Este equipamento tem os seguintes princípios de funcionamento:
1) Quando o nível no tanque/na cisterna aumenta, a água de chuva
passa pelas entradas do tipo skimmer do sifão e é descartada na
galeria pluvial ou no sistema de infiltração, se houver. Pequenas
partículas, como pólen, eventualmente existentes na superfície da
água, são, graças ao desenho das aberturas, aspiradas e
eliminadas;
2) O volume d’água excedente é, junto com o pólen, descartado para
fora do reservatório. Diâmetro da saída DN 100;
3) Selo hidráulico pelo efeito da sifonagem;
4) Proteção contra a invasão de roedores (sobretudo ratazanas!) pelo
desenho estreito das saídas aspirantes.
64
O sifão retira impurezas da superfície da água, bloqueia cheiros da galeria
pluvial e impede a entrada de roedores e outros animais. As figuras 3.24; 3.25; 3.26 e
3.27 apresentam as características deste sifão, bem como as opções de montagem.
FIGURA 3.24: 3P Sifão Ladrão - Dado Técnicos
FONTE: Martins e Nascimento (2006)
FIGURA 3.25: 3P Quebra Pressão
FONTE: Martins e Nascimento (2006)
65
FIGURA 3.26: 3P Quebra Pressão
FONTE: Martins e Nascimento (2006)
FIGURA 3.27: 3P Sifão Ladrão (Montagem)
FONTE: Martins e Nascimento (2006)
3.5.18 Tratamento de Água de Chuva
O tratamento da água pluvial depende da qualidade da água coletada e de
seu uso final. A coleta de água para fins não potáveis não requer grandes cuidados
de purificação, embora certo grau de filtragem, muitas vezes, seja necessário. Para
66
um tratamento simples, podem-se usar processos de sedimentação natural, filtração
simples e cloração. Em caso de uso da água de chuva para consumo humano, é
recomendado utilizar tratamentos mais complexos, como desinfecção por ultravioleta
ou osmose reversa MAY & PRADO (2004) apud Marinoski (2007).
Em seus estudos TORDO (2004), disse que o tratamento é uma forma de
remover os poluentes e melhorar a qualidade da água de chuva, sob o aspecto
microbiológico, para fins potáveis. Sendo que, Duas etapas podem ser levadas em
conta no processo de tratamento da água de chuva: a filtração lenta e a desinfecção
por radiação ultravioleta, com comprimento de onda de 254 nm.
A filtração consiste na remoção das partículas suspensas e coloidais e de
microorganismos presentes na água por sua passagem através de um meio poroso.
Juntamente com essas partículas, a filtração remove também os
microrganismos que a elas estiverem associados. Em geral, a filtração é a principal
responsável pela produção de água com qualidade condizente com o Padrão de
Potabilidade (Di Bernardo, 1993 apud Tordo 2004).
Cipriano (2004) desenvolveu na FURB, um sistema piloto de tratamento e
desinfecção da água de chuva. O filtro lento foi utilizado por apresentar as seguintes
vantagens:
§ Operação simples;
§ Custo operacional baixo;
§ Boa eficiência na remoção de microorganismos patogênicos;
§ Boa eficiência para águas com baixa turbidez.
A água coletada é conduzida para o reservatório (1) e segue para um filtro
lento de areia (6), passando por um medidor de vazão (3). Após a passagem pelo
filtro, a água é desinfetada por radiação ultravioleta, com comprimento de onda de
254 nm (9), apresentado na Figura 3.28.
67
FIGURA 3.28: Representação Esquemática da Instalação Piloto de Tratamento de Água de Chuva.
FONTE: Tordo (2004)
3.6 ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Segundo KETTELHUT, COIMBRA E AMORE (2001) a água subterrânea
corresponde à parcela mais lenta do ciclo hidrológico e constitui nossa principal
reserva de água, ocorrendo em volumes muito superiores ao disponível na superfície.
As mesmas preenchem espaços formados entre os grânulos minerais e as fissuras
das rochas que se denominam aqüíferos, onde é representado pala parcela da chuva
que se infiltra no subsolo e migram continuamente em direção às nascentes, leitos de
rios, lagos e oceanos. Os aqüíferos, ao reterem as águas das chuvas, e
desempenham papel fundamental no controle das cheias, essas águas encontram
proteção natural contra os agentes poluidores ou perdas por evaporação. A
contaminação, quando ocorre, é muito mais lenta e os custos para recuperação
podem ser proibitivos.
68
FIGURA 3.29: Volume de Água em Circulação na Terra.
FONTE: Ministério do Meio Ambiente (2001).
3.6.1 Qualidade das Águas Subterrâneas
Durante o percurso no qual a água percola entre os poros do subsolo e das
rochas, ocorre à depuração da mesma através de uma série de processos físicoquímicos (troca iônica, decaimento radioativo, remoção de sólidos em suspensão,
neutralização de pH em meio poroso, entre outros) e bacteriológicos (eliminação de
microorganismos devido à ausência de nutrientes e oxigênio que os viabilizem) que
agindo sobre a água, modificam as suas características adquiridas anteriormente,
tornando-a particularmente mais adequada ao consumo humano SILVA (2003) apud
UNIÁGUA (2008).
Com isso, a composição química da água subterrânea é o resultado
combinado da composição da água que adentra o solo e da evolução química
influenciada diretamente pelas litologias atravessadas, sendo que o teor de
substâncias dissolvidas nas águas subterrâneas vai aumentando à medida que
prossegue no seu movimento SMA (2003) apud UNIÁGUA (2008).
69
As águas subterrâneas apresentam algumas propriedades que tornam o
seu uso mais vantajoso em relação ao das águas dos rios: são filtradas e purificadas
naturalmente
através
da
percolação,
determinando
excelente
qualidade
e
dispensando tratamentos prévios; não ocupam espaço em superfície; sofrem menor
influência nas variações climáticas; são passíveis de extração perto do local de uso;
possuem temperatura constante; têm maior quantidade de reservas; necessita de
custos menores como fonte de água; as suas reservas e captações não ocupam área
superficial; apresentam grande proteção contra agentes poluidores; o uso do recurso
aumenta a reserva e melhora a qualidade; possibilitam a implantação de projetos de
abastecimento à medida da necessidade WREGE (1997) apud UNIÁGUA (2008).
3.6.2 Aqüíferos
Aqüífero é um grupo de formação geológica que pode armazenar água
subterrânea, através dos seus poros ou fraturas. Podem ser utilizado pelo homem
como fonte de água para consumo, se for rentável e não causarem impactos
ambientais.
Um aqüífero pode ter extensão de poucos quilômetros quadrados a
milhares de quilômetros quadrados, pode também apresentar espessuras de poucos
metros a centenas de metros REBOUÇAS et al, (2002) apud UNIÁGUA (2008).
Os aqüíferos mais importantes do mundo, seja por extensão ou pela
transnacionalidade, são: o Guarani - Argentina, Brasil, Paraguai, Uruguai (1,2 milhões
de km2); o Arenito Núbia Líbia, Egito, Chade, Sudão (2 milhões de km2); o
KalaharijKaroo -Namíbia, Bostwana, África do Sul (135 mil km2); o Digitalwaterway
vechte - Alemanha, Holanda (7,5 mil km2); o SlovakKarst-Aggtelek -República
Eslováquia e Hungria); o Praded - República Checa e Polônia (3,3 mil km2)
(UNESCO, 2001); a Grande Bacia Artesiana (1,7 milhões km2) e a Bacia Murray (297
mil km2), ambos na Austrália. Em um recente levantamento, a UNECE da Europa
constatou que existem mais de 100 aqüíferos transnacionais naquele continente
ALMASSY e BUZAS, (1999) citado em UNESCO (2001) apud UNIÁGUA 2008).
70
FIGURA 3.30: Tipos de Aqüíferos
FONTE: BOSCARDIN BORGHETTI et al. (2004), adaptado de IGM (2001)
3.6.3 Mananciais Subterrâneos
Em estudos realizados por, KETTELHUT, COIMBRA E AMORE (2001)
afirmaram que a água vem do subsolo, podendo aflorar ou ser elevado à superfície
através de obras de captação (poços). As reservas de água subterrânea provêm de
dois tipos de lençol d água ou aqüífero, apresentado na figura 3.30)
•
Aqüífero livre ou freático: É um reservatório de água subterrânea,
oriumda da infiltração da água da chuva nos solos. Encontra-se de
forma livre, com sua superfície sob a ação da pressão atmosférica.
Em um poço perfurado nesse tipo de aqüífero, a água em seu
interior terá o nível coincidente com o nível do lençol e a alimentação
ocorre geralmente ao longo do próprio lençol.
•
Aqüífero
confinado
ou
artesiano:
É aquele cujas águas
encontram-se confinadas entre duas camadas de solo impermeáveis
e sujeitas a uma pressão maior que a pressão atmosférica. Em um
71
poço profundo que atinge esse lençol, a água subirá acima do seu
nível, podendo atingir a boca do poço e produzir uma vazão
continua, de forma jorrante.
3.6.4 Vantagens da Utilização das Águas Subterrâneas
Em geral apresentam uma boa qualidade para o consumo humano, apesar de
serem vulneráveis a contaminação. Sua obtenção ocorre de forma facilitada, embora
nem sempre em quantidade suficiente. E finalmente sua localização também ocorre
de forma facilitada, por ser encontrada em obras de captação nas proximidades das
áreas de consumo.
72
____________________________________________CAPÍTULO
4
4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho, iniciaram-se os trabalhos
com levantamento de dados bibliográficos que levaram em consideração a literatura
da área com trabalhos de abordagens das técnicas de construção de casa autosustentável, eficiência energética, energia solar, energia eólica, aproveitamento da
água da chuva para uso não potáveis e conceitos de águas subterrâneas. Frisa-se
que o projeto apresentado aqui foi adaptado do trabalho de Magno e Souza (2007)
que desenvolveram um projeto arquitetônico para pequenas comunidades rurais, no
caso a população atendida foi a do município de Benevides (PA), que além do projeto
foram contemplados com a casa (construída parcialmente), através de iniciativa de
professores e alunos do curso de engenharia civil da Universidade da Amazônia.
Desta forma, este projeto acrescenta ao trabalho de Magno e Souza (2007) a redução
do consumo de energia elétrica e água nas instalações de água fria. Assim, todo o
dimensionamento apresentado neste trabalho teve como foco principal o município de
Benevides (PA) (pelas razões aqui já descritas), particularmente, nos cálculos das
placas solares e dos reservatórios de armazenamento de água de chuva onde foi
necessário obter dados de insolação, umidade do ar e precipitações da região.
4.1 Localização de Benevides (PA)
O Município de Benevides está localizado na região metropolitana de
Belém, capital do Estado do Pará e possui uma extensão territorial geográfica de 176
Km². A sede do Município está localizada na Rodovia BR-316, sentido Belém/Brasília
e têm as seguintes coordenadas geográficas, 01º 21”48’ S e 48º 14” 24’ W Gr.
73
A Figura 4.1 mostra com maiores detalhes a localização de Benevides, que
ao Norte limita-se com o município de Santa Bárbara, ao sul com o rio Guamá, a
oeste com os municípios de Marituba e Ananindeua e a leste com Santo Izabel do
Pará. O município de Benevides possui uma área de aproximadamente 188 Km².
FIGURA 4.1: Localização Geográfica do município em relação ao Estado do Pará
FONTE: Secretária de Estado e de Planejamento (2007).
74
FIGURA 4.2: Limites Município de Benevides
FONTE: Cunha e Oliveira
4.2 DADOS CLIMATOLÓGICOS
A segunda etapa deste trabalho foi baseada no estudo de dados
climatológicos obtidos
na
EMBRAPA-PA
(Empresa
Brasileira
de
Pesquisas
Agropecuária – Amazônia Oriental), como dados de chuva, umidade do ar e insolação
diária. Com estes dados verificou-se os índices pluviométricos da região e os
períodos do ano com maior quantidade de chuva para verificar se a quantidade de
chuva precipitada é suficiente para atender o volume de água necessário ao vaso
sanitário. Os dados de umidade do ar são uma informação adicional no
dimensionamento e estão em consonância com a precipitação. Os dados de
insolação serão úteis na definição dos painéis solares e indicam os dias com maior
incidência de raios solares.
75
O Município de Benevides (PA) possui um clima megatérmico único, com
temperatura elevada durante todo o ano com média de 26º C e pequena amplitude
térmica, como em toda região nordeste do Pará. Os meses mais quente são os de
setembro a dezembro, sendo,que nessa época, a média das máximas vai a acima de
32º C. Com regime pluviométrico elevado, chega a ultrapassar, normalmente, os 3000
mm/ ano. As chuvas não se distribuem igualmente por todo o ano e apresenta maior
incidência de dezembro a maio, enquanto o período mais quente coincide com o
menos chuvoso (junho a novembro). A umidade relativa do ar gira em torno de 85%.
O gráfico da figura 4.1 apresenta as médias mensais da chuva na região
metropolitana de Belém, região próxima à cidade de Benevides e que mostra
tendência de chuva na região.
A Tabela 4.1 representa a precipitação o corrida na região nos últimos 11
anos.
TABELA 4.1: Dados da média mensal de Precipitação
DADOS DE PRECIPITAÇÃO 1989 A 1999
ANO
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
JAN
365,7
239,3
415,7
425,7
428
368,2
342,4
394,1
345,8
435,2
236,5
FEV
508
383,9
455,8
710,8
357,5
424,5
386,9
345,6
342,9
342,6
348,9
MAR
353
269,8
470,1
429,5
418,8
485,1
418,9
592,1
508,7
368,6
379
ABR
515
350,3
307,2
183,5
318,3
427,4
435,2
379,8
491,6
497
367,5
MAI
439,2
163,2
275,3
404,7
226,8
357
473,8
260,8
271,6
185,6
363,1
JUN
302,8
136,1
161,9
118,9
127,1
236,6
162,6
309,2
61
186,7
131,1
JUL
240,5
202,1
30,4
170,4
156,3
99,5
187,6
142,1
76
111,8
54,4
AGO
123,6
235,3
54
84,7
254,4
140,8
59,5
185,2
105
133,6
87,7
SET
271,5
106,7
28
121,2
110,9
136,5
105
132,8
28,1
106,4
135,1
OUT
265,8
124,7
157,3
44,2
168,2
119,2
147,4
113,6
6,9
85,2
94
NOV
89,9
136
37,8
68,5
286,5
168,1
228
144,6
94,3
183,3
61,2
DEZ
414,9
181,5
119,8
111,9
285,5
330,2
337,4
161,3
244
272,4
359,8
MÉDIA ANO
324,16 210,74 209,44 239,50 261,53 274,43 273,73 263,43 214,66
PP(mm) ANO 3889,9 2528,9 2513,3
FONTE:
2874 3138,3 3293,1 3284,7 3161,2 2575,9
242,37 218,19
2908,4 2618,3
autor (2008).
O gráfico 4.1 mostra a média das precipitações ocorrida na região nos anos
de 1989 a 1999, nos meses de janeiro a dezembro. Podemos observar no gráfico que
nos meses de janeiro a junho temos uma grande intensidade de chuva na região, e
nos meses de julho a dezembro temos uma queda considerável, onde podemos
76
considerar um período de estiagem, o gráfico 4.1 também mostra que no mês de
março foi apresentado o índice mais alto de precipitação enquanto no mês de
Média mensal de precipitação
(mm)
setembro obteve-se um baixo índice de precipitação.
450,0
400,0
350,0
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
JAN
FEV
MAR
ABR
MAI
JUN
JUL
AGO
SET
OUT
NOV
DEZ
Período: 1989 - 1999
GRÁFICO 4.1: Precipitação de 1989 a 1999.
Umidade Relativa do Ar
A tabela 4.2 abaixo mostra a umidade relativa do ar no período de 1989 a
1999.
TABELA 4.2: Tabela com a média mensal da Umidade Relativa do Ar
TABELA DE UMIDADE DO AR 1989 A 1999
ANO
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
JAN
88
86
90
85
26,1
88,2
88
88
89
88
87
FEV
90
90
89
90
89
89,8
89
89
86
86
90
MAR
89
88
90
90
90
90
88
89
89
89
91
ABR
91
87
90
88
90
89
90
89
89
88
89
MAI
88
84
86
82
85
87,6
89
87
84
84
88
JUN
85
83
83
82
82
83,1
81
81
76
83
82
JUL
83
83
79
82
83
81,9
81
81
79
84
82
AGO
80
82
79
81
83
81,8
78
82
83
82
82
SET
82
80
77
80
81
80,9
78
81
77
83
84
OUT
82
79
81
77
83
81,1
78
79
75
82
82
NOV
80
82
77
77
84
82
81
79
83
81
DEZ
86
84
78
78
85
83,4
84
84
83
85
84
MÉDIA ANO
85,33
84,00
83,25
82,67
80,09
85,16
83,83
84,25
82,42
84,75
85,17
UR % ANO
1024
1008
999
992
961,1
936,8
1006
1011
989
1017
1022
Fonte: Embrapa-Pa
77
O gráfico 4.2 mostra a média das unidades relativas do ar ocorrida na
região nos anos de 1989 a 1999, nos meses de janeiro a dezembro. Podemos
observar no gráfico que nos meses de janeiro a junho temos uma grande intensidade
de chuva na região, com isso uma alta umidade, nos meses de julho a dezembro
temos uma baixa em relação da umidade do ar no gráfico 4.2 nota-se que no mês de
D
EZ
V
NO
T
O
U
ET
S
JU
L
A
G
O
JU
N
AI
M
AB
R
R
A
M
FE
V
92,0
90,0
88,0
86,0
84,0
82,0
80,0
78,0
76,0
74,0
JA
N
Média mensal da umidade
relativa do ar (%)
outubro obteve-se um baixo percentual de umidade relativa do ar.
Período: 1989-1999
GRÁFICO 4.2: Umidade Relativa do Ar de 1989 a 1999.
Insolação
Na tabela 4.3 mostra os valores de insolação da região.
78
TABELA 4.3: Tabela da média mensal da Insolação.
ANO
1989
1990
JAN
154,8 188,4
FEV
91,8
72,5
MAR
113,4 116,4
ABR
92,8
183,9
MAI
169,9 235,4
JUN
219,1 255,9
JUL
249,4 256,1
AGO
260,3 262,1
SET
249,1 256,3
OUT
238,3 250,5
NOV
212,2 203,6
DEZ
140,9 183,1
MÉDIA ANO 182,67 205,35
Bs(h) ANO
2192 2464,2
FONTE: Embrapa-Pa
TABELA DE INSOLAÇÃO 1989 A 1999
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
98,5
135,4 107,3 119,5 137,2 153,3 105,5
122
142,9
119,2 118,4
80,8
108,5
73,7
141,5 149,9 169,1 111,2
80,3
91,4
107,3
106
118,7
96
124,9 111,8 130,3
149
165,3 142,3 134,9
91,9
116,4 142,2 187,5 153,4
178,2 241,3 209,6
159
154,9 170,2 222,1 216,7 142,6
227,5 261,9 246,1 250,9 240,9 247,3 268,3
236
213,5
233,6 265,5
231
248,4 273,7 248,1
281
230,3 257,9
229,7 266,4 256,1 269,7 294,9 271,1 251,8 264,2 255,3
225,6 251,4 257,4 231,7 271,1 252,2
250
245,9 243,4
211
255,6 242,7 240,5 268,3 265,4 251,2
251
250
211,7 227,4 190,7
0
209,9 209,3
208
192,6 233,2
184,5 201,7 168,6
189
195,7 205,1 187,9 191,3 173,7
179,07 206,81 186,66 171,51 194,24 197,99 203,57 201,53 192,28
2148,8 2481,7 2239,9 2058,1 2330,9 2375,9 2442,8 2418,4 2307,4
O gráfico 4.3 mostra a média das insolações ocorrida na região nos anos de
1989 a 1999, nos meses de janeiro a dezembro. Podemos observar no gráfico que
nos meses de janeiro a junho é mais baixa em relação ao período de julho a
dezembro devido a ocorrência da chuva, mostrando o mês de junho com maior índice
Media Mensal de Insolação
de insolação .
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Periodo 1989-1999
GRÁFICO 4.3: Umidade Relativa do Ar de 1989 a 1999.
79
4.3 O PROJETO DA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL
Na terceira etapa foi desenvolvido o projeto arquitetônico com as
alterações necessárias, para que fosse implantado o sistema de coleta de água de
chuva e o sistema de bombeamento de água de poço, com o uso de placas solares.
No que diz respeito à concepção do projeto de coleta de água de chuva, vendo sua
viabilidade na região através dos valores de precipitação, foi pesquisado quais
tecnologias existentes na aplicação do sistema.
Posteriormente foi desenvolvido um projeto onde é mostrado toda parte de
coleta feita pelo telhado da residência com passagem da água pela calha de captação
em seguida por um componente que fará o descarte das primeiras águas, em seguida
a mesma vai ser armazenada em uma caixa d’água e ficará disponível para uso do
vaso sanitário.
4.3.1 Painéis Solares
Na quarta etapa foram desenvolvidos métodos que mostram a aplicação da
energia solar através da utilização das células fotovoltaicas onde o dimensionamento
do sistema fotovoltaico se torna simples quando se conhece a voltagem e os pontos
de consumo. Para a escolha do painel do solar (figura 4.3) deve-se encontrar a
capacidade de geração de energia em Ah (Ampérie.hora), que é conseguido através
do resultado da potência dividida pela tensão do sistema, onde o resultado será
dividido novamente pelo tempo médio de insolação.
80
FIGURA 4.3: Placa Solar KC 85 T
FONTE: Solar Brasil (2008)
A tabela 4.4 exemplifica as características elétricas de um painel solar.
TABELA 4.4: Tabela com as especificações das placas solares.
CARACTERÍSTICAS
ELÉTRICAS
Potência Nominal = Watt
pico
Tolerância
Potência (Watt por dia)
Corrente (Amper por dia)
Corrente
Nominal (Amper)
Corrente Curto- Circuito
(Amper)
Tensão Nominal (Volts)
Tensão de Circuito Aberto
(Volts)
DIMENSÕES:
Peso (Kg)
Altura (mm)
Largura (mm)
Espessura (mm)
KS 5
T
5
KS 10
T
10
+10%/ - +10%/ 5%
5%
25
50
1,45
2,90
0,29
0,58
KS 20
T
20
KC 40 T KC 50 T KC 65 T KC 85 T KC 130
TM
43
54
65
87
130
+10%/ 5%
100
5,80
1,16
+15%/- +15%/- +10%/ - +10%/ - +10%/ 5%
5%
5%
5%
5%
215
270
325
435
650
12,40
15,55
18,75
25,10
36,95
2,48
3,11
3,75
5,02
7,39
0,31
0,62
1,24
2,65
3,31
3,99
5,34
8,02
17,40
21,70
16,40
21,70
17,40
21,70
17,40
21,70
17,40
21,70
17,40
21,70
17,40
21,70
17,60
21,90
1,50
206
352
22
1,80
305
352
22
2,90
540
380
22
4,50
526
652
54
5,00
639
652
54
6,00
751
652
54
8,30
1007
652
58
11,90
1425
652
58
FONTE: Solar Brasil (2008).
81
4.4 DIMENSIONAMENTO DA INSTALAÇÃO DE ÁGUA FRIA
Nesta etapa, dimensionou-se um sistema de coleta de água de chuva por
meio de telhados, calhas e condutores que conduziriam a água coletada a um
reservatório de 1.000 Litros instalados sob o telhado da casa. Os cálculos levaram em
consideração os índices pluviométricos locais que foram os do município de Belém
por inexistência de dados de chuva na região de Benevides.
Um sistema de recalque também foi dimensionado para a casa autosustentável, no qual é composto de uma bomba (submersa) que succionará a água
de um poço até uma caixa d´água de 1000 Litros externa a casa e colocada em uma
torre. A bomba é movida a energia fornecida pelos painéis solares. Não foram
encontradas bombas centrífugas ou injetoras no mercado que tivessem como fonte de
energia a solar, somente movidas a motores de combustão e energia elétrica. No
entanto, foi dimensionada também uma bomba injetora que usa a energia elétrica de
concessionárias para avaliação de custos (Figura 4.4).
FIGURA 4.4: Instalação de Recalque que usa bomba injetora
FONTE: www.geocities.com Dez. 2008.
82
________________________________________CAPÍTULO
5
5 RESULTADOS
5.1 PLANTA BAIXA DA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL
O projeto da casa auto-sustentável aqui apresentado foi adaptado do
projeto desenvolvido por Magno e Souza (2007) e modificado na estrutura do telhado
para que fosse possível instalar o reservatório de 1000 Litros sob o telhado, como
pode ser observado na planta baixa e nos detalhes do corte a água de chuva é
coletada pelo telhado e direcionada pelas calhas e condutores ao reservatório para
abastecer somente a caixa de descarga do vaso sanitário. No entanto, apesar de a
região ser bastante abundante de chuvas, podem existir períodos atípicos que
venham a reduzir ou não ter chuvas, prejudicando dessa forma o abastecimento do
vaso sanitário.
Assim, foi direcionada ao reservatório uma ligação direta com o
reservatório externo que atende toda a edificação com a água de poço. Vale lembrar
que antes de ser usada a água de poço é necessário realizar todos os exames
físicos-químicos-bacteriológicos e verificar se estão dentro dos parâmetros de
potabilidade estabelecidos com a Portaria nº 518/04 do Ministério da Saúde, se não
atenderem é necessário a construção de um micro-sistema de tratamento de água
para torná-la potável.
Como pode ser observado no detalhamento (corte) a casa deverá ser
suprida por água bombeada de um poço escavado no local com diâmetro mínimo de
6 polegadas e escavado com 30 metros de profundidade. O detalhe apresenta uma
bomba injetora succionando água até o reservatório externo também de 1000 Litros e
seu dimensionamento foi obtido para efeito de comparação entre os custos de
bombeamento com energia elétrica (injetora) e a que usa a energia solar (bomba
submersa).
Os detalhes da bomba submersa bem como dos painéis solares são mostrados
no esquema da Figura 5.3.
83
FIGURA 5.1: Planta baixa da casa auto-sustentável
FONTE: Adaptado de Magno e Souza (2007)
84
85
CAIXA
D'AGUA
1000 LITROS
calha para
coleta de água
saída da
cisterna(fechada
c/ uma válvula)
cisterna para coleta das
primeiras águas, com
fechamento atraves de bóia
CAIXA
D'AGUA
1000 LITROS
entrada da caixa d'agua
segue para o
sanitário
Registro de
Gaveta Aberto
Registro de
Gaveta Aberto
Válvula de
Retenção
entrada externa de água
FIGURA 5.2: Detalhes da instalação de água fria mostrando as modificações necessárias para instalação dos reservatórios.
poço
artesiano
86
FIGURA 5.3: Esquematização da instalação da bomba submersa e dos painéis solares.
5.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUA DE CHUVA
No dimensionamento das instalações de água fria da casa auto-sustentável
foi considerado para efeito de cálculo 5 habitantes com consumo percapita de 120
L/hab.dia. A tabela 5.1 discrimina a quantidade de habitantes por dependência.
TABELA 5.1: Descrição da Edificação
Ambiente
Quarto
Sala
Banheiro
Área de lavagem
Quantidade
2
1
1
1
FONTE: Criação do Autor – 2008
Segundo Vickers (2001), o consumo do vaso sanitário é considerado como
em torno de 20% do consumo diário, logo, tem-se o seguinte:
1) Consumo diário = 120 x5 = 600 L / dia.
2) Consumo do vaso sanitário 20% do consumo= 600 x 20% = 120 L / dia.
A tabela 5.2 apresenta uma estimativa do consumo diário, mensal, anual e
em seis meses. Este período de seis meses (dezembro a maio) é o mais
chuvoso durante o ano, conforme dados climatológicos apresentados na
tabela 4.1 e, portanto o mais passível de aproveitamento.
87
TABELA 5.2: Descrição de Consumo
CONSUMO 20% C.D
VASO SANITÁRIO
TABELA DE CONSUMO
C. DIÁRIO
C. MENSAL
120
3600
C. ANUAL
43.200
6 MESES
21.600
Para o calculo do volume de água coletada pelo telhado foi considerado
uma área de 67 m² de projeção, um precipitação de 0,347m. Dados esses obtido pela
média das precipitações de janeiro a junho de 1989 a 1999 da Tabela 3.14 Também
foi considerado um coeficiente de runoff de 0,8.
Média mensal anual = 347,33mm.
Q = 0,347 x67 x0,8
Q = 18,61m³ / ano.
Uma caixa de vaso sanitário tem um volume comercial de 6 litros, logo:
6 x5hab / dia = 30 L / hab.dia
Considerando, ao mês:
30 x30 = 900 L / hab.mês
E no período de 6 meses:
900 x 6 = 5.400 m ³ / ano.
Na verificação do volume de água coletado pelo telhado e o consumo do
vaso sanitário, temos o seguinte:
88
18,61m³ / ano f 5,4m³ / ano
Que demonstraram que o consumo de água coletado da chuva é suficiente
para o abastecimento da descarga do vaso sanitário.
5.3 DIMENSIONAMENTO DE BOMBA INJETORA
Para o projeto em estudo foi dimensionado uma bomba injetora. O modelo
esquemático abaixo mostra um projeto utilizando bomba injetora e os parâmetros a
serem considerados para o cálculo da altura manométrica, que para esse caso
específico considera-se a altura manométrica de recalque apenas. O número e tipo de
conexões são variáveis, na prática, para cada situação específica.
Calculo da vazão:
Q=
5 x120
= 0,3 m 3 / h
2h
QB = 0,3(m 3 / h) / 3600s = 8,33x10 −5 m 3 / s
Diâmetro de Recalque
DR = 1.3 x 8,33 x10 −5 x 4
2
24
DR = 6,37mm = 1 / 2"
Ds = 20mm = 3 / 4"
(8,33 X 10 −5 )1, 75
hf R = 0,0008695 X
(0,013) 4 , 75
hf R = 0,5115m
H MAN = 6,60 + 0,5115 + 14 = 21,1m
89
Potência de Bomba
Pot =
1000.Q.H MAN
75.η
1000.8,33.10 −5.21,1
= 0,75 CV
75.053
ou 3 / 4 de CV
Pot =
De acordo com os valores de altura manométrica, vazão e potência o
modelo de bomba sugerido para as especificações indicadas é a Bomba
(SCHENEIDER MBI- 1I 1-25)
A bomba foi especificada para o projeto com base na tabela encontrada no
em anexo 2, levando em consideração o calculo da vazão (Q), e a profundidade (m).
5.4 CALCULO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA BOMBEAMENTO DE ÁGUA
DE POÇO
Para o dimensionamento da bomba e das placas solares foi levada em
consideração a vazão (Q) e a profundidade do poço (m). Dados esses calculado
anteriormente no dimensionamento da bomba injetora.
Especificação da Bomba
Corrente máxima de 4,1 A
Alimentação 24 Vdc
Dados obtido no anexo 02, tabela especificada pelo fabricante.
90
Calculo de potência é obtida pela formula:
Vol (v) é usado para medir tensões.
Ampère (A) é usado para medir corrente.
Watt (w) é usado para medir a potência é o resultado da multiplicação da
tensão pela corrente.
W = VxA
W = 4,1x 24
W = 98,4Wh
Painel solar usado no sistema será o modelo SQ80 ou SQ160.
Levantamento de custo de implantação do sistema Convencional x
Fotovoltaico.
A tabela 5.3 mostra os valores de custo do sistema de bombas
convencional, desde a construção do poço artesiano, mão de obra e material.
91
TABELA 5.3: Descrição do Custo do sistema convencional.
CUSTO DE MATERIAL E MÃO DE OBRA DE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA CONVENCIONAL
Valor
ITENS
DESCRIÇÃO
Unid. Quantidade Unitário
Valor Total
1
MÃO DE OBRA ELÉTRECISTA
VB
1
150
2
MÃO DE OBRA ENCANADOR
VB
1
250
TOTAL
400
MAO DE OBRA PARA EXECUÇÃO DO POÇO
1
MÃO DE OBRA DO FURO PILOTO
mts
30,00
R$ 45,00
R$ 1.350,00
2
ALARGAMENTO DO FURO 6" PARA 12".14
mts
30,00
R$ 20,00
R$ 600,00
3
FILTRO GEOTÉCNICO DE 75 mm
mts
30
R$ 50,00
R$ 1.500,00
R$
3
BOMBA INJETORA SCHNEIDER MB-1I1-25
UN.
1
R$ 330,00
330,00
TOTAL
R$ 3.780,00
MATERIAL HIDRAÚLICO
1
CURVA DE 90º DE 20 mm
UN.
1
R$ 3,30
R$ 3,30
TUBO PVC DE 20 mm
UN.
8
R$ 22,00
R$ 176,00
VALVULA DE RETENÇÃO LEVE VERTICAL 13
2
UN.
1
R$ 35,00
R$ 35,00
mm
3
TUBO PVC DE 13 mm
UN.
8
R$ 25,00
R$ 200,00
4
REGISTRO DE GAVETA 13 mm
UN.
2
R$ 30,00
R$ 60,00
R$
5
CAIXA D'ÁGUA DE 1000L
UN.
1
R$ 211,90
211,90
6
VALVULA DE PÉ E CRIVO 20 mm
UN.
1
R$ 26,00
R$ 26,00
7
TÊ DE 13 mm
UN.
4
R$ 1,30
R$ 5,20
TOTAL
R$ 717,40
TOTAL GERAL
R$ 4.897,40
FONTE: Autor
O levantamento de custos do sistema fotovoltaico são apresentados na
tabela 5.4 na qual estão inseridos somente os custos de materiais de instalação. Não
estão relacionados os custos de mão-de-obra e outros serviços.
92
TABELA 5.4: Descrição do Custo do sistema fotovoltaico.
CUSTO DE MATERIAL E MÃO DE OBRA DE IMPLANTAÇÃO DO BOMBEAMENTO COM SISTEMA
FOTOVOLTAICO
Valor
ITENS
DESCRIÇÃO
Unid. Quantidade
Valor Total
Unitário
1
MÃO DE OBRA ELÉTRECISTA
VB
1
400
2
MÃO DE OBRA ENCANADOR
VB
1
250
TOTAL
650
MAO DE OBRA PARA EXECUÇÃO DO POÇO
1
MÃO DE OBRA DO FURO PILOTO
mts
30,00
R$ 45,00
R$ 1.350,00
2
ALARGAMENTO DO FURO 6" PARA 12".14
mts
30,00
R$ 20,00
R$ 600,00
3
FILTRO GEOTÉCNICO DE 75 mm
mts
30
R$ 50,00
R$ 1.500,00
TOTAL
R$ 3.450,00
MATERIAL HIDRAÚLICO
1
CURVA DE 90º DE 20 mm
UN.
1
R$ 3,30
R$ 3,30
2
TUBO PVC DE 20 mm
UN.
8
R$ 22,00
R$ 176,00
VALVULA DE RETENÇÃO LEVE VERTICAL
3
UN.
1
R$ 35,00
R$ 35,00
13 mm
4
TUBO PVC DE 13 mm
UN.
8
R$ 25,00
R$ 200,00
5
REGISTRO DE GAVETA 13 mm
UN.
2
R$ 30,00
R$ 60,00
6
CAIXA D'ÁGUA DE 1000L
UN.
1
R$ 211,90
R$ 211,90
7
VALVULA DE PÉ E CRIVO 20 mm
UN.
1
R$ 26,00
R$ 26,00
8
TÊ DE 13 mm
UN.
4
R$ 1,30
R$ 5,20
TOTAL
R$ 712,20
SISTEMA FOTOVOLTAICO
R$ 2.700,00
R$ 1.350,00
1
PLACAS SOLARES KS 85
UN.
2
R$ 2.600,00
R$ 2.600,00
2
BOMBAS SHURFLO 9325 24V
UN.
1
R$ 5.300,00
TOTAL
TOTAL GERAL
FONTE:
R$ 10.112,20
Autor
5.5 CONSUMO DE ENERGIA DO SISTEMA CONVENCIONAL X FOTOVOLTAICO
Bomba injetora
O consumo de energia gasto para o funcionamento da bomba durante duas
horas dia:
Potência da Bomba= 3/4 Cv = 0,567 kw.
Energia:
Energia = Potência x Tempo
93
Energia= 0,567 Kwx 2h = 1,134 Kwh (consumo da bomba dia)
Consumo Anual:
Ca = 1,134 x365(dias ) = 413,91Kwh(ano)
Preço gasto com concessionária:
Preço = 413,91x0,69 = R$285,59 Reais ano
Consumo de energia gasto com sistema fotovoltaico, caso fosse pago para
concessionária:
W = corrente x tensão
W = 4,1x 24
W = 98,4Wh
Tensão em Kwh:
98,4
= 0,0984 KwhX 2h = 0,1968 Kwh (consumo da bomba dia)
1000
Consumo Anual:
Ca = 0,1968 KwhX 365(dias ) = 70,06 Kwh
Preço gasto caso fosse pagar para concessionária:
94
Pr eço = 70,06 KwhX 0,69 = R$48,34 Re ais _ ano
5.6 COMPARAÇÃO DE CUSTO
Comparando os custos iniciais podemos ver a diferença de preço existente
entre os dois sistemas, em percentagem chegando a 52,15%, onde mostra o gráfico
5.1.
Comparação de Valores em R$
R$ 12.000,00
R$ 10.000,00
R$ 8.000,00
R$ 10.112,20
R$ 6.000,00
R$ 4.000,00
Convencional
Fotovoltaico
R$ 4.897,40
R$ 2.000,00
R$ 0,00
1
GRÁFICO 5.1: Comparação do custo de instalação de bombas convencional x fotovoltaico para um
ano.
O gráfico 5.1 mostra que o custo inicial do sistema de bomas no modelo
convencional é mais viável economicamente comparado ao do modelo fotovoltaico.
Para o custo de energia, o gráfico 5.2 mostra a diferença de preço entre os
sistemas, onde foi verificado em percentagem uma diferença de 490%, portanto a
bomba fotovoltaica se torna mais viável economicamente.
95
Comparação de Custo de Energia em R$
R$ 300,00
R$ 250,00
R$ 200,00
Bomba Injetora
R$ 285,59
Bomba Fotovoltaica
R$ 150,00
R$ 100,00
R$ 48,37
R$ 50,00
R$ 0,00
1
GRÁFICO 5.2: Comparação do custo de energia de bombas convencional x fotovoltaico em um ano.
5.7 Comparação de custo de implantação do sistema convencional e
fotovoltaico x tempo.
O custo que vão ser analisados abaixo leva em consideração a vida útil dos
painéis solares especificado pelo fabricante que é de 20 anos. Também será
comparado o valor gasto com o uso de bombas com sistema convencional com o uso
de energia fornecido por concessionária.
Custo do sistema convencional:
Valor de implantação (Vi): R$ 4.897,40 Reais, valor fornecido pela tabela 5.3
Consumo de energia (Ce): R$ 285,59 Reais ano.
Custo de energia para 20 anos.
Ce = 285,59 x 20 = R$5,711.80(reais )
Custo total:
Ct = Vi + Ce
Ct = 4,897,40 + 5,711.80 = R$10,609.20
O preço de energia utilizado para o calculo foi do período 06/12/2008, não foi levado
em consideração os reajustes de imposto.
96
Custo com sistema fotovoltaico:
Valor de implantação (Vi): R$ 10,112,20 Reais, valor fornecido pela tabela 5.4
Consumo de energia (Ce): R$ 48,34 Reais ano.
Custo de energia para 20 anos.
Ce = 48 x 20 = R$960,00(reais )
Custo total:
Ct = Vi + Ce
Ct = 10,112.20 + 900,00 = R$11,012,20
Na comparação feita com o custo de implantação do sistema convencional, com a
energia elétrica que seria gasta ao longo de 20 anos, mostrou que o sistema
fotovoltaico terá um custo mais alto em torno de R$ 403,00 (quatrocentos e três reais)
mais caro. Ressalta-se que o valor calculado para mão-de-obra e manutenção não foi
previsto as alterações com valores de imposto ao longo desse período.
97
______________________________________________CONCLUSÃO
6. CONCLUSÃO
As conclusões deste trabalho a partir dos objetivos inicialmente
propostos são as seguintes:
§ Os dados climatológicos como os de chuva, umidade do ar e
insolação de Belém obtidos junto a Embrapa/Pa forneceram um
panorama das alturas pluviométricas, e permitem a concepção do
projeto, particularmente, no dimensionamento do sistema para
utilização na descarga do vaso sanitário e na avaliação da radiação
solar;
§ A planta baixa foi modificada para atender os objetivos deste
trabalho quanto à coleta de água de chuva e localização dos
painéis solares, reservatórios e poços e pode ser considerada
satisfatória quanto a sua eficiência;
§ O dimensionamento do sistema de coleta e armazenamento de
água de chuva seguiu o proposto por Tordo (2004) e é considerado
também satisfatório principalmente com o sistema de descarte que
despreza os primeiros minutos de chuva;
§ O projeto apresenta dois sistemas de bombeamento, um pelo
método convencional (bomba injetora) e outro que usa o
aproveitamento da energia do sol como fonte de energia (bomba
submersa) e foram dimensionados para que houvesse critério de
escolha entre um sistema e outro. O sistema fotovoltaico mostrouse oneroso no inicio da implantação do projeto, mas, vantajoso ao
longo do tempo;
§ O reservatório de coleta de água de chuva foi projetado para prevê
também a falta de chuva, sendo suprido em épocas de escassez
pela água do reservatório externo (água de poço);
98
§ A dificuldade maior encontrada no projeto é a de determinar a
vazão do poço que abastecerá o reservatório externo, mas, que
pode ser encontrada através de testes de capacidade do poço.
Uma análise da qualidade da água do poço é necessária, visto que
as áreas urbanas tem os lençóis d´água contaminados, o mesmo
deve ser verificado em áreas rurais, caso o projeto seja implantado
nessas áreas.
99
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103
ANEXOS
104
ANEXO 1
105
ANEXO 2