15 a 17 de agosto de 2018
ANÁLISE TÉCNICA DO DIMENSIONAMENTO DE
RESERVATÓRIO PLUVIAL E DO REAPROVEITAMENTO DA ÁGUA EM CONDOMÍNIO DE TERESINA
Andressa Maria Silva Leite ([email protected]) Carlos Henrique da Silva Sousa ([email protected])
Leonel Vitório Esteves ([email protected])
Resumo: O presente artigo aborda como tema um estudo de análise técnica de implantação de reservatório pluvial para o aproveitamento das águas pluviais em um condomínio da cidade de Teresina. Então se estudou uma maneira para se utilizar a água fluvial para fins não potáveis, como lavagem dos carros, calçadas e irrigação dos jardins do condomínio, trazendo como benefício economizar a água potável a partir de um reaproveitamento de águas pluviais. Através do método de Rippl, foi possível dimensionar o volume de um reservatório, utilizando os dados referentes à precipitação pluviométrica da localidade, determinando a demanda a ser atendida e a área de coleta do condomínio.
Palavras-chave: Águas pluviais. Reaproveitamento. Fins não potáveis.
INTRODUÇÃO
A água é um dos recursos mais valiosos devido à sua multifuncionalidade, dentro os quais é atender as necessidades de higienização e hidratação humana. Portanto, a cada ano destaca-se a importância de preservar e racionalizar o seu consumo, já que enfrentamos uma realidade mundial de crise hídrica, afetada principal- mente por ações realizadas pelo homem que altera a qualidade da água devolvida ao meio ambiente sem o tra- tamento adequado, prejudicando as próximas gerações para utilizá-la. Além disso, há um desperdício de água tratada com potabilidade suficiente ao consumo humano, seja pelo uso irracional ou por utilização da água po- tável em casos que não necessitariam de tais parâmetros.
Novos conceitos para o gerenciamento de água estão surgindo, a perda da qualidade dos mananciais pela crescente poluição, associadas a serviços de abastecimento públicos ineficientes, são fatores que tem desperta- do diversos setores da sociedade para a necessidade da conservação da água. Entre as práticas de conservação de água potável está o reaproveitamento da água da chuva, de modo que a água pluvial será acumulada em cis- ternas a partir de um sistema de captação, que dependendo da demanda e das dimensões das instalações, pode ser projetado para diminuir o desperdício.
De forma geral um sistema de captação de água constitui-se de um conjunto de obras, instalações e serviços para armazenar a água precipitada. Cuja, esta se caracteriza em não apresentar parâmetros físicos, químicos e biológicos adequados para o consumo humano, mas podendo ser utilizada em diversas outras fun- cionalidades.
A água captada e armazenada servirá de utilidade para fins menos nobres, como: lavar calçadas, veículos, objetos, enxague de equipamentos, irrigação de plantas, não adequado para o consumo humano, pois não rece- bera o tratamento ideal para combater todos os agentes biológicos, podendo transmitir algumas patologias aos consumidores. A partir desse sistema de aproveitamento, consegue-se diminuir o gasto das famílias com a conta de água e ocasionalmente uma diminuição do uso de água potável em situações que não necessitem da mesma.
Visando contribuição à área e ao tema, neste artigo objetiva-se apresentar o desenvolvimento de um pro- jeto que estabeleça o aproveitamento da água de chuva para uso não potável domiciliar. Além disso, preten-
de-se dimensionar um reservatório ideal para a coleta de água para reduzir o desgaste de água potável e que forneça a demanda de fins não potáveis no período de estiagem.
O tema foi escolhido devido a possibilidade de utilização de águas pluviais para fins não potáveis, redu- zindo o consumo dos proprietários do condomínio, além disso, favorecer a saúde ambiental, evitando utilizar a água potável oriunda do tratamento convencional da cidade em situação que não necessita de tais parâme- tros de potabilidade. O artigo, mostrará a utilização de um reservatório para armazenar água da chuva, sendo dimensionada pelo método de Rippl embasada pela norma NBR 15527/07. Reservatório dimensionado no ano de 2009, quando o condomínio foi entregue para moradia, e com isso, foi analisado como seria o comporta- mento do volume armazenado até 2017, caso estivesse executado, enquadrando o custo pelo reaproveitamento e a eficiência do armazenamento.
A água pluvial será captada por toda a área do condomínio, de uma forma que será coletada por um sis- tema de drenagem e direcionada para o reservatório do condômino que se situa na cidade de Teresina - PI. Toda a área do condomínio será aproveitada nesse estudo (telhado, estacionamento, passeios e etc.), obtida através de sua planta baixa, obtém uma área total de 7.000 m².
1. DESENVOLVIMENTO
1.1 Sistema de drenagem de captação pluvial
O aproveitamento da água da chuva é uma das principais alternativas para reduzir da escassez da água, conservar os lençóis freáticos e colaborar no sistema de drenagem urbana. A Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica (FCTH, 1999) comenta que independente de existir ou não sistema de drenagem adequado, sempre ocorrerá o escoamento das águas das pluviais, o que determina é a qualidade do sistema, se o mesmo trará be- nefícios ou prejuízos à população.
A drenagem de águas pluviais ajuda essencialmente no recolhimento da água pluvial provenientes da cobertura ou área afim a ser designada para captação. Esse recolhimento será feito sucessivamente por calhas, tubos de queda, coletores prediais e valas de drenagem pluvial, que será designada até ao reservatório de ar- mazenamento de água da chuva. Dimensionado conforme a norma brasileira NBR 15527 (ABNT, 2007) e to- mando por base as precipitações da região, etc. (GONÇALVES, 2006).
Segundo a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC, 2010), O aproveitamento de água pluvial como uma alternativa para se diminuir os problemas relacionados a sua escassez, reduzir os impactos nega- tivos de seu escoamento superficial em grandes cidades e como forma de contribuir para o desenvolvimento sustentável dos recursos hídricos. A coleta e uso de água das chuvas, em edificações residenciais, são aborda- dos, caracterizando-se o uso da água pluvial para fins não potáveis, estando entre eles a lavagem de veículos.
Em condomínios, a água de chuva armazenada pode significar uma expressiva economia no gasto de água nas áreas comuns. Ela pode ser utilizada para lavagem das calçadas, de carros, na irrigação dos jardins ou até mesmo na reserva para casos de incêndio (ECOCASA, 2013).
1.2 Aproveitamento da água pluvial
O aproveitamento da água pluvial, além de economizar água potável, contribui também para acabar com os problemas relacionados há escassez de recursos hídricos. É uma forma de uso mais racional da água potável e de se evitar seu uso para fins não potáveis, reduzindo a pressão sobre os mananciais.
O sistema de captação da água pluvial é uma alternativa tecnológica que tem ganhado destaque nos últi- mos tempos, embora seja uma prática adotada há mais de 2000 anos por diferentes civilizações. Conforme To- maz (2010) que destaca que o aproveitamento da água de chuva é feito desta a antiguidade. Um dos primeiros registros que se tem do uso da água de chuva é visto na pedra Mohabita, data de 830a.C, que foi achada na an- tiga região de Moab, perto de Israel. Esta relíquia traz ordens do rei Mesa, de Moab, para a cidade de Qarhoh, dentre as quais destaca-se “...para que cada um de vós faça uma cisterna para si mesmo, na sua casa”.
De acordo com GONÇALVES (2006), a utilização da água pluvial depende de condições locais e visa seu aproveitamento no próprio local de captação. Por isso cada sistema possui suas características próprias e individualizadas e atende ao princípio do saneamento ecológico, já que se promove a autossuficiência e ainda
contribui para a conservação da água. Além disso, o sucesso ou fracasso de um sistema de aproveitamento de água pluvial, depende, primeiramente, da quantidade de água captável, que é influenciada por vários fatores, como pluviometria do local, área de captação e local de captação.
1.3 Vantagens e desvantagens do sistema
Para ANA - Agência Nacional de Águas (2005), a água da chuva pode ser utilizada desde que haja con- trole de sua qualidade e verificação da necessidade de tratamento específico, de forma que não comprometa a saúde de seus usuários, nem a vida útil dos sistemas envolvidos.
Até o momento, apenas a norma brasileira NBR 15527 (ABNT, 2007) estabelece padrões de qualidade para utilização da água de chuva, norma que define os parâmetros e padrões de qualidade para sua utilização em fins não potáveis. Nesta norma monstra “os padrões de qualidade devem ser definidos pelo projetista de acordo com a utilização prevista”.
O que pode tornar o sistema desvantajoso refere-se ao custo inicial de investimento dependendo da tec- nologia empregada. As bombas têm um alto custo, e também alto consumo de energia para o bombeamento da água. Ainda assim, o reservatório é o componente de mais elevado valor, por isso é muito importante que seu dimensionamento seja feito de maneira precisa (GONÇALVES, 2006).
As vantagens e desvantagens do aproveitamento da água da chuva, podem ser simplificadas levando em consideração os aspectos econômicos, sociais e ambientais, conforme apresentado no Tabela 1:
Tabela 1. Vantagens e desvantagens do aproveitamento de águas pluviais
Vantagens Desvantagens
Econômica Redução com gasto mensal de água e esgoto Dependendo da tecnologia empregada pode ter al- to custo inicial
Aumento de renda familiar mensal, após retorno do
investimento inicial Pode aumentar o gasto com energia elétrica.
Social Garantia da qualidade de vida pela certeza da não
falta d’água e seus inconvenientes Não apresenta
Melhora da imagem perante a sociedade, órgãos ambientais, etc.
Meio
ambiente Preservação dos recursos hídricos, principalmente
dos mananciais superficiais Não apresenta
Contribui na contenção de enxurradas que provo- cam alagamentos e enchentes
Fonte: UFSC - Universidade federal de Santa Catarina, (2005).
1.4 Dimensionamento do sistema
Para a instalação de um sistema de aproveitamento da água da chuva, são necessários alguns componen- tes, como calhas, condutores verticais e/ou horizontais, bombas para condução da água, conectores entre os condutores e reservatório (GONÇALVES, 2006).
O dimensionamento desses componentes é baseado na norma NBR 10844 (ABNT, 1989) – Instalações prediais de águas pluviais, que rege a instalação da cisterna, estabelecendo exigências e critérios a fim de ga- rantir níveis aceitáveis de funcionalidade, segurança, higiene, durabilidade e economia. A NBR 15527 (ABNT, 2007) – “Água de chuva: Aproveitamento de cobertura para fins não potáveis”, que além de tratar das instala- ções necessárias, também cita as qualidades que a água deve apresentar para o uso não potável.
O método mais comumente usado em aproveitamento de água de chuva é o de Rippl devido a sua sim- plicidade e facilidade de aplicação. Geralmente apresenta o valor extremo do volume do reservatório em luga- res onde há grande variação nas precipitações médias mensais e é importante obtê-lo sempre para termos uma referência máxima (TOMAZ, 2011).
O método de Rippl considera as precipitações mensais ou diárias, na qual o volume é calculado pela ex- pressão:
Equação 1: S(t) = D(t) – (C • P • A) S(t) = volume de água no reservatório no tempo t;
D(t) = demanda ou consumo no tempo t;
C = coeficiente de escoamento superficial;
P = Precipitação da chuva;
A = Área de captação
1.5 Coeficiente de escoamento superficial
O coeficiente de escoamento, mais conhecido como “coeficiente de Runoff” (C), é importante para o cálculo da quantidade de água de pluvial que é escoado em determinado telhado. GONÇALVES (2006) co- menta que seu valor é resultante da quantidade de água que escoa superficialmente pelo total da água pre- cipitada. O coeficiente deverá ser determinado de acordo com o tipo de área a ser trabalhada, como mostra o Tabela 2.
Tabela 2. Coeficiente superficial
Tipologia da área de drenagem Coeficiente de escoamento superficial Área Residenciais
Residenciais isoladas 0,35 – 0,50
Unidades múltiplas, separadas 0,40 – 0,60
Unidades múltiplas, conjugadas 0,60 – 0,75
Áreas com lotes de 2.000 m² ou maiores 0,30 – 0,45
Áreas suburbanas 0,25 – 0,40
Áreas com prédios de apartamentos 0,50 – 0,70
Fonte: Instruções técnicas para elaboração de estudos hidrológicos e dimensionamento hidráulico de sistemas de drenagem urbana, (2010).
2.6 Precipitação
Precipitação é a parte do ciclo hidrológico que é responsável por devolver a maior parte da água doce ao planeta. Na Figura 1 está representando as médias das chuvas mensais de precipitação de Teresina do ano 2009 a 2017.
Através da figura de precipitação mensal dos anos, percebemos que há uma distribuição irregular das chuvas para a cidade de Teresina, com predominância de índices pluviométricos maiores que 100mm chegan- do até 429,1mm entre os meses de Janeiro, Fevereiro, Março e Abril. Por sua vez, os meses mais secos são os de Junho, Julho, Agosto, Setembro e Outubro chegando a ter meses com zero de precipitação.
Figura 1.
Precipitação médias mensais
Fonte: ANA - Agência Nacional das águas, 2018.
2.7 Estimativas da demanda residencial de água potável
O aproveitamento da água de chuva é usado sempre como água não potável, usado para rega de jardim, lim- peza de pátios, lavagem de veículos e outros usos que não requeiram água potável. Existe uma maneira de estimar o consumo de água potável residencial usando parâmetros de engenharia. A grande dificuldade de se aplicar os pa- râmetros de engenharia é o grande volume de informações necessárias e nem sempre disponíveis (TOMAZ, 2009).
Tais parâmetros servem para verificar o consumo de uma residência para caso especial, como mostra o Tabela 3.
Tabela 3. Estimativo de demanda residencial
Estimativa da demanda residencial de água potável para uso externo
Uso externo Unidade Valores
Casa com piscina Porcentagem 0,1
Gramado ou jardim Litros/m² 2
Lavagem de pátios e calçadas Litros/m² 2
Lavagem de carros Litros/lavagem/carro 150
Lavagem de carros: frequência Lavagem/mês 4
Mangueira de jardim ½” x 20m Litros/dia 50
Manutenção de piscina Litros/dia/m² 3
Perdas p/ evaporação em piscina Litros/dia/m² 5,75
Reenchimento de piscinas Anos 10
Tamanho da casa m² 30 a 450
Tamanho do lote m² 125 a 750
Fonte: Tomaz, (2009).
2.8 Manutenção
A NBR 15527 (ABNT, 2007), comenta que quando há utilização de produtos potencialmente nocivos à saúde humana na área de captação, o sistema o deve ser desconectado, impedindo a entrada desses produtos no reservatório de água de chuva, a reconexão deve ser feita somente após lavagem adequada, quando não haja mais risco de contaminação pelos produtos utilizados. Como mostra no Tabela 4 à frequência que cada com-
ponente do reservatório deve ser feito sua manutenção. Portanto, será considerado todo mês de dezembro para manutenção, limpeza e desinfecção do reservatório.
Tabela 4. Frequência de manutenção
Componente Frequência de manutenção
Dispositivo de descarte de detritos Limpeza mensal, limpeza trimestral Dispositivo de descarte do escoamento inicial Limpeza mensal
Calhas, condutores verticais e horizontais. Limpeza semestral
Dispositivo de desinfecção Limpeza mensal
Bombas Limpeza mensal
Reservatórios Limpeza e desinfecção anual
Fonte: NBR 15527 (ABNT, 2007).
2.9 Dimensionamento do reservatório pelo método de Rippl
Foi adotado o modelo analítico do método de Rippl para dimensionamento do reservatório, a tabela é feita usando Microsoft Excel, para isso é preciso dos volumes de chuva acumulada de janeiro a dezembro, as- sim como a demanda acumulada do mesmo período. O valor do coeficiente superficial varia de acordo com tipo de superfície trabalhada, e para o presente caso abordado, será adotado o coeficiente C = 0,50 para áreas residenciais com prédios de apartamentos.
Tabela 5. Dimensionamento do reservatório pelo método de Rippl
ANÁLISE DE SIMULAÇÃO DO RESERVATÓRIO
Coeficiente de runoff (CR) = 0,5 ANO: 2009
Meses Chuva média mensal
Demanda mensal
D(t)
Área de captação
Volume de chuva mensal Q(t)
Diferença entre os volumes da demanda - vol. De chuva Col. 3
- Col. 5 S(t)
Diferença acumulada da coluna 6 dos valores positivos V(t)
(mm) (m³) (m²) (m³) (m³) (m³)
Coluna 1 Coluna 2 Coluna 3 Coluna 4 Coluna 5 Coluna 6 Coluna 7
Janeiro 213,3 74 7000 746,55 -672,55
Fevereiro 183,9 74 7000 643,65 -569,65
Março 332,1 74 7000 1162,35 -1088,35
Abril 429,4 74 7000 1502,9 -1428,9
Maio 496,9 74 7000 1739,15 -1665,15
Junho 13,8 74 7000 48,3 25,7 25,7
Julho 70,1 74 7000 245,35 -171,35
Agosto 3,3 74 7000 11,55 62,45 62,45
Setembro 0 74 7000 0 74 74
Outubro 9,2 74 7000 32,2 41,8 41,8
Novembro 12,8 74 7000 44,8 29,2 29,2
Dezembro 248 74 7000 868 -794
Total 2012,8 888 7044,8 233,15
Fonte: Autor, 2018.
Coluna 1 - Representa o período que vai de janeiro a dezembro.
Coluna 2 - Nesta coluna estão as chuvas médias mensais em milímetros do município de Teresina.
Coluna 3 - Esta é a demanda mensal em metros cúbicos que é consumido no condomínio de 74m³/mês.
Para esta demanda foi considerada a lavagem dos carros dos moradores, lavagem das calçadas e irrigação do jardim.
Assim a demanda de 74m³ ao mês de é obtida por:
y Carros: 81lugares x 150 l/por carro = 12.150 l/semana x 4 semanas = 48.600 l/mês y Calçadas: 2l/m² x 550m² = 550 l/semana x 4 semanas = 4.400 l/mês
y Jardim: 2 l/m² x 687m² = 1.374 l/dia x 15 vezes/mês = 20.610 l/mês Logo, a somatória de 48.600 + 4.400 + 20.610 = 73.610 l/mês
Aproximando para mais = 74.000 l/mês ou 74 m³/mês.
Coluna 4 - É a área de captação da água de chuva que é supostamente constante durante todo o ano. A área de captação é fornecida em metros quadrados e é a projeção da drenagem do terreno.
Coluna 5 - Nesta coluna estão os volumes mensais disponíveis da água de chuva. É obtido multiplican- do-se a coluna 2 pela coluna 4 e pelo coeficiente de runoff de 0,50 e dividindo-se por 1000 para que o resultado do volume seja em metros cúbicos.
Assim a linha referente ao mês de janeiro é obtida:
213,3 mm x 7000 m² x 0,50/ 1000 = 746,55m³
O total da coluna 5 do volume de água fornecida pela chuva média de janeiro a dezembro é de 7044,8m³/
ano que deverá ser maior ou igual ao volume total da demanda da coluna 3.
Coluna 6 - Nesta coluna estão as diferenças entre os volumes da demanda e os volumes de chuva men- sais. É na prática a coluna 3 menos a coluna 5. O sinal negativo indica que há excesso de água e o sinal positivo indica que o volume de demanda, nos meses correspondentes supera o volume de água disponível.
Coluna 7 - Nesta coluna estão as diferenças acumuladas da coluna 6 considerando somente os valores positivos. Para preencher esta coluna foi admitida a hipótese inicial de que o reservatório esteja cheio.
Os valores negativos não foram computados, pois, correspondem há meses em que há excesso de água.
O volume do reservatório é obtido através da soma acumulada da coluna 7 considerando apenas os valores po- sitivos.
A escassez de água potável para consumo humano é uma realidade, principalmente, dos grandes cen- tros urbanos. Dito isso, foi feito um sistema de captação de água pluvial que armazenará a água da chuva em uma cisterna para o reaproveitamento para fins menos nobres. Sistema, esse que será baseado na com- binação de várias técnicas funcionais, até formar um conjunto ótimo de estruturas e econômicos para sua utilização.
Através dos dados analisados de precipitação, foi feito o dimensionamento no ano de 2009, ano em que a chuva mais castigou a cidade de Teresina, e será estimado o volume do reservatório, conforme as precipita- ções. Dimensionado pelo Método de Rippl, foi encontrado um reservatório de 233,15m³ como mostra a Tabela 5, mas foi adotado um reservatório de 250m³. O valor encontrado como volume do reservatório, leva em conta os volumes acumulados V(t) que são necessários para suprir a demanda do condomínio.
2.10 Comportamento do volume no reservatório
Através do dimensionamento do reservatório encontrado no ano de 2009, foi verificado a variação do volume interno da água para fins não potáveis do ano até 2017, de acordo com as precipitações médias men- sais de cada ano, na qual pode ser verificado pela Figura 2.
Figura 2.
Variação volumétrica do reservatório
Fonte: Autor, 2018.
Com o gráfico é notório que o reservatório é preenchido havendo extravasamento do excesso da água em todos os anos nos meses de Janeiro a Maio, isso deve-se as altas precipitações nos meses supracitados levando em consideração ao restante do ano. Vale ressaltar que os anos 2016,2014, 2012 e 2008 que tiveram pelo me- nos 1 mês que trabalhou com o reservatório vazio e que não atingiu a demanda de utilização da água.
2.11 Volume reaproveitado
O reservatório encontra-se na zona urbana de Teresina, na qual a empresa de saneamento responsável forneceu o custo por m³ de água potável na cidade, sendo cobrado R$ 8,53/m³. A tabela 6 mostra o quanto foi utilizado por mês de cada ano estudado para descobrir o custo total que foi reduzido de despesa do condomínio.
Tabela 6. Analise do total armazenado e aproveitado por condomínio
Mês 2017 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008
Janeiro 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Fevereiro 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Março 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Abril 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Maio 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Junho 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Julho 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Agosto 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Setembro 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Outubro 74 74 74 38,35 74 74 74 74 74 71,75
Novembro 74 73,35 74 74 74 74 74 74 74 24,65
Dezembro 74 74 74 74 74 74 74 74 74 74
Total Armazenado 888 887,35 888 852,35 888 888 888 888 888 836,4 Fonte: Autor, 2018.
Com o reaproveitamento da água da chuva, consegue-se obter um valor médio de 7500 reais anual, que resulta cerca de 75 mil reais em 10 anos. O reservatório obteve uma eficiência de 99,01% de utilização da de- manda levando em consideração o total que deveria ser armazenado para obter todos os meses a demanda so- licitada.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com base na simulação feita, conclui-se que a reutilização das águas pluviais para fins não potáveis, quando dimensionado o sistema de captação, coleta e reservação, observando as características pluviométricas locais, apresenta-se como uma alternativa viável, permitindo a economia dos recursos de água potável, dimi- nuindo o seu uso para fins que não se necessita da mesma e direcionamento para o atendimento dos consumos mais nobres atendendo toda a demanda do condomínio, porém, com um grande desperdício de água nos pri- meiros meses de cada ano.
O presente condomínio reduziria consideravelmente as despesas, e concomitantemente estaria contri- buindo com o meio ambiente, utilizando as águas para fins não potável, na qual seria utilizada a fornecida pe- la companhia de saneamento que não necessitariam dos tais parâmetros. Portanto, a implantação favorece na redução da quantidade de água a ser captada e tratada, tem fins pertinentes aos proprietários dos condomínio e favorece na drenagem urbana da cidade reduzindo o valor escoado.
Deve lembrar que não foi analisada a questão do tempo de retorno do investimento, logo necessitaria de um estudo do solo para elaboração do orçamento. Fica como sugestão para análise do custo/benefício em pos- síveis trabalhos futuros.
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