CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA: dimensionamento de reservatórios

CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA:

dimensionamento de reservatórios

Eduardo Cohim^1; Ana Garcia² & Asher Kiperstok³

RESUMO --- Os mananciais utilizados para abastecimento de água na área urbana tornam-se insuficientes devido ao aumento da demanda ou têm sua qualidade comprometida, gerando a necessidade de buscar alternativas capazes reverter o atual estado de uso deste recurso. Neste trabalho foi avaliado o potencial de aproveitamento de água de chuva em cinco municípios baianos, com regimes pluviométricos distintos, utilizando diferentes métodos para dimensionamento de reservatório de água pluvial. A partir dos resultados encontrados, conclui-se que a captação e utilização de águas pluviais em regiões urbanas, para fins não potáveis, apresenta-se como uma alternativa viável permitindo o direcionamento da água potável para atendimento a consumos mais nobres, à parcela maior da população, porém sua utilização necessita de estudos acerca da viabilidade e eficiência no atendimento dos usos a que será destinada e dimensionamento do sistema, observando as características locais, evitando assim, implantação de projetos inadequados que comprometam os aspectos positivos da alternativa.

ABSTRACT --- The sources used for water supply in the urban area become insufficient due to the increase of the demand or they have their quality committed, generating the need to look for capable alternatives to revert the current state of use of this resource. In this paper the potential of use of rain water was evaluated in five municipal districts from Bahia, with different rainy regimes, using different methods for sizing of reservoir of rainwater. Starting from the found results, it is ended that the harvesting and use of pluvial waters in urban areas, for ends non potable, comes as a viable alternative allowing the use of the drinking water for service to more exigent consumptions, to the larger portion of the population, however its use needs studies concerning the viability and efficiency in the service of the uses the one that will be destined and sizing of the system, observing the local characteristics, avoiding inadequate projects that commit the positive aspects of the alternative.

Palavras-chave: Captação de água de chuva, dimensionamento de reservatório

_______________________

1. Engenheiro sanitarista; Professor na Faculdade de Ciência e Tecnologia (FTC); Pesquisador da Rede de Tecnologias Limpas e Minimização de Resíduos –TECLIM-UFBA. Rua Aristides Novis. Escola Politécnica - Departamento de Engenharia Ambiental. Federação. CEP 40210-630. Salvador – Bahia. Tel.: 3203-9452 / 3235-4436. ecohim@ufba.br

2. Engenheira sanitarista e ambientalista, pesquisadora da Rede de Tecnologias Limpas e Minimização de Resíduos –TECLIM-UFBA. Salvador – Bahia, CEP 40210-630. apaagarcia@terra.com.br

3. Engenheiro Civil; Coordenador da Rede de Tecnologias Limpas e Minimização de Resíduos (TECLIM) e do Programa de Pós Graduação em Produção Limpa , Departamento de Engenharia Ambiental, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia (EP/UFBA) Salvador – Bahia, CEP 40210-630. asher@ufba.br

1. INTRODUÇÃO

Os mananciais utilizados para abastecimento de água, próximos à zona urbana, tornam-se insuficientes, ou têm sua qualidade comprometida, devido ao aumento da demanda gerada pelo crescimento populacional e pelo processo de industrialização.

O atual modelo de saneamento caracteriza-se pelo uso perdulário dos recursos água e energia, levando à escassez de água e poluição dos recursos hídricos, o que representa um problema de saúde pública, limitando o desenvolvimento econômico e os recursos naturais (COHIM e KIPERSTOCK, 2008).

O crescimento populacional, o processo de industrialização e conseqüente aumento da demanda por água nos grandes centros urbanos, têm causado a insuficiência e degradação dos mananciais superficiais e subterrâneos próximos a estas regiões, gerando a necessidade de buscar maiores volumes de água, em locais cada vez mais distantes, com elevado encargo energético.

Por outro lado, a expansão das áreas urbanas altera a cobertura vegetal e, conseqüentemente, os componentes do ciclo hidrológico natural. O aumento da densidade populacional nos centros urbanos implica na construção de telhados, ruas pavimentadas, calçadas e pátios, aumentando a impermeabilização do solo. Com isso, grande parte da água que, em condições naturais, infiltrava recarregando os aqüíferos, e ficava retida pelas plantas, é encaminhada ao sistema de esgotamento pluvial destas áreas (TUCCI e GENZ, 1995).

Segundo os engenheiros Nelson Nefussi e Eduardo Licco, [200-?] diversos estudos apontam como principais causas das enchentes urbanas brasileiras: impermeabilização do solo, erosão e disposição inadequada do lixo.

Sistemas de rápido escoamento das águas das chuvas, baseados em canalizações e retificações dos rios e córregos têm sido adotados como solução às enchentes. Porém, os autores afirmam que

“com o avanço da fronteira urbana e a impossibilidade de se aumentar indefinidamente a velocidade de escoamento das águas coletadas, este tipo de solução começa a se mostrar insuficiente, uma vez que transfere os pontos de enchente cada vez mais para jusante” (NEFUSSI E LICCO, [200-?]).

Em algumas cidades brasileiras já existem leis que têm por objetivo obrigar as construções a reterem a água de chuva, para diminuir as enchentes urbanas. Em Santo André a Lei Municipal nº 7.606, de dezembro de 1997 institui a cobrança de taxa referente ao volume de água lançado na rede de coleta pluvial do município. Em São Paulo, a Lei Municipal nº 13.276 de janeiro de 2002, torna obrigatória a execução de reservatório para as águas de chuva nos lotes que tenham área impermeabilizada superior a 500m².

Os problemas relacionados à água nas áreas urbanas evidenciam a necessidade de buscar alternativas capazes de reverter o atual estado de uso deste recurso pela sociedade. Segundo

DIXON e colaboradores (1999) a sustentabilidade urbana só será alcançada caso a sociedade se direcione no sentido do uso eficiente e apropriado da água.

Ao invés de problema, as águas pluviais podem ser manejadas como uma das soluções para o abastecimento descentralizado. Porém, o manejo dessas deve buscar aproveitar a água precipitada antes que ela entre em contato com substâncias contaminantes, armazenando-a para uso doméstico, criando condições de infiltração do excedente, restaurando os fluxos naturais, disponibilizando mais uma alternativa para abastecimento de água local e descentralizado (COHIM e KIPERSTOK, 2008). A captação direta de águas pluviais nas edificações pode ser considerada como uma fonte alternativa, reduzindo a demanda dos sistemas públicos de abastecimento. Porém sua utilização necessita de estudos acerca da viabilidade e eficiência no atendimento dos usos a que será destinada, avaliação dos possíveis riscos sanitários, adequação das instalações hidráulicas prediais, dimensionamento do sistema de captação, coleta e reservação, observando as características locais, evitando a implantação de projetos inadequados que comprometam os aspectos positivos da alternativa.

1. OBJETIVO

Este trabalho teve por objetivo avaliar o potencial de aproveitamento de água de chuva para diferentes regimes pluviométricos utilizando diferentes métodos, disponíveis na literatura, para dimensionamento de reservatório de água pluvial.

2. MATERIAIS E METODOS

Revisão bibliográfica foi realizada, visando identificar as variáveis que influenciam nas condições de aproveitamento da água pluvial e métodos para dimensionamento de reservatório de água de chuva.

Dos métodos identificados, seis - Rippl com dados mensais, Maior período de Estiagem, Métodos empíricos (Brasileiro, Alemão e Inglês) e Modelo Computacional - foram utilizados para o dimensionamento de reservatório de água de chuva para cinco municípios baianos: Salvador, Barreiras, Lençóis, Juazeiro e Itabuna, localizados em diferentes regiões micro-climáticas.

Dados de precipitação diária para Salvado foram disponibilizados pelo Instituto de Gestão das Águas e Clima - INGÁ. Para as demais cidades estudadas os dados foram retirados do banco de dados do sistema HidroWEB, da Agencia Nacional de Águas (ANA, 2008).

3. RESULTADO

Sistemas para aproveitamento de água de chuva são utilizados desde a antiguidade. Existem relatos do uso de água de chuva por vários povos como Incas, Maias e Astecas (GNADLINGER, 2000).

Segundo Gnadlinger (2000) o esquecimento das tecnologias de coleta de água de chuva se deve ao progresso técnico nos séculos XIX e XX dos países desenvolvidos localizados em zonas com clima moderado e úmido, na colonização e aplicação de práticas de agricultura destas regiões em zonas mais secas, na ênfase da construção de grandes barragens, no desenvolvimento do aproveitamento de águas subterrâneas e no projeto de irrigação encanada, com altos custos.

Andrade Neto (2004) afirma que apesar de milenar a captação e utilização de água de chuva é uma tecnologia moderna quando associada a novos conceitos e técnicas construtivas e de segurança sanitária.

Braga e Ribeiro (2001) buscando avaliar a opinião da sociedade de Campina Grande - PB sobre a implantação de sistemas de captação de água de chuva nessa cidade, onde o sistema de abastecimento d’água tem vivenciado severa crise, a partir de entrevistas com representantes de três grupos da sociedade: o poder público, os usuários da água e a sociedade civil, concluíram que, para a maioria dos entrevistados, a alternativa não se apresenta entre as mais desejáveis. Entre as razões declaradas apresentam-se: a concepção de que a alternativa é mais apropriada para o meio rural e a preocupação com o nível da qualidade de água armazenada no reservatório.

O medo das doenças de origem hídrica é geralmente usado como argumento para a não utilização do sistema de aproveitamento de água pluvial, porém se estes forem corretamente instalados e utilizados os riscos a saúde são reduzidos, tendo em vista os vários sistemas já construídos e em uso. (The Rainwater Technology Handbook, 2001 apud TOMAZ, 2005).

No Japão a utilização da água da chuva e sua infiltração têm sido estimuladas, contando com a participação ativa da população, buscando assim prevenir as enchentes urbanas e restaurar as fontes de água. Já na Alemanha, o uso da água da chuva é estimulado com o propósito de conservar as águas subterrâneas, principal manancial utilizado para o abastecimento público. O sistema, subsidiado pelas prefeituras, consiste na captação da água pelos telhados e sua reservação em cisternas de concreto de 6m³. Esta água é utilizada para descarga nos banheiros, lavagem de roupas, entre outros propósitos, e o excesso desta água é infiltrada no solo para recarga dos aqüíferos (HANSEN, 1996 apud KOBIYAMA et al, 2007)

Recentemente sistemas de captação e utilização de água de chuva foram instalados no Estádio João Havelange, conhecido como Engenhão, construído para os Jogos Pan-americanos do Rio de Janeiro, em 2007, no Aeroporto Santos Dumont e na Cidade do Samba, todos localizados no Rio de Janeiro (BELLA CALHA, 2008). Em Salvador-Ba o Salvador Shopping adota, entre outras medidas de conservação da água, a captação de água de chuva.

3.1. Aproveitamento da água de chuva no Nordeste Brasileiro.

A concepção de sistemas de captação de água de chuvas em áreas rurais deve ter uma abordagem diferente da de áreas urbanas. Em áreas rurais a água pluvial pode ser a única fonte

acessível e o dimensionamento do sistema de captação utiliza o princípio de coletar e armazenar a maior quantidade de água durante o período de chuva para uso nos períodos de estiagem. A utilização da água pluvial nestas regiões é uma técnica consolidada e largamente utilizada.

No meio rural a captação da água pluvial é geralmente utilizada para consumo doméstico, dessedentação de animais e irrigação, dada a falta de outras fontes. No semi-árido brasileiro tais sistemas são empregados, principalmente, para usos domésticos, inclusive cozinhar e beber, muitas vezes sem qualquer tratamento (ANDRADE NETO, 2004).

Durante os últimos 20 anos, milhares de famílias de agricultores, apoiadas por organizações da sociedade civil e setores governamentais, especialmente ligados à pesquisa, têm adotado sistemas de captação de água de chuva, de forma que, tal alternativa tem se apresentado como uma solução de baixo custo e grande eficácia no semi-árido brasileiro (JALFIM, 2001).

Porém a implantação de tais sistemas ainda precisa superar barreiras do ponto de vista técnico e educacional. Muitos técnicos, governantes e parte da população ainda não aceitam tal tecnologia, apesar de amplamente utilizada. Encaram as soluções locais como medidas paliativas e atrasadas, sendo tratadas de forma marginalizada. Tal ponto de vista tem como origem a própria formação dos técnicos e das ações historicamente adotadas para o chamado “combate a seca” baseadas em grandes obras hídricas, centralização dos recursos hídricos e alternativas clássicas de obras de médio porte disseminadas como as únicas formas viáveis para o abastecimento de água (JALFIM, 2001).

3.2. Componentes do sistema de captação e utilização de água pluvial Um sistema de captação e utilização de água de chuva é composto de:

Superfície de captação: Telhados, pátios e outras áreas impermeáveis podem ser utilizados como superfície de captação. O tamanho desta está diretamente relacionado ao potencial de água de chuva possível de ser aproveitada, enquanto isso, o material da qual é formada influenciará na qualidade da água captada e nas perdas por evaporação e absorção. Os telhados são mais utilizados para captação devido a melhor qualidade da água que este fornece.

Calhas e Tubulações: Utilizados para transportar a chuva coletada, podem ser encontrados em diversos materiais, porém os mais utilizados são em PVC e metálicos (alumínio e aço galvanizado).

Toda a tubulação que fizer parte desse sistema deve estar destacada com cor diferente e avisos de que essa conduz água de chuva evitando, assim, conexões cruzadas com a rede de água potável.

Tratamentos: O tipo e a necessidade de tratamento das águas pluviais dependerão da qualidade da água coletada e do seu destino final. As concentrações de poluentes, galhos e outras impurezas nas águas pluviais são maiores nos primeiros milímetros da chuva, assim recomenda-se a não utilização destes, diversos dispositivos já foram desenvolvidos e testados com este objetivo.

Bombas e sistemas pressurizados: Estes dispositivos são usados quando os pontos de utilização estão em cotas superiores a do nível de água no reservatório principal. Porém vale ressaltar que durante a concepção do sistema de aproveitamento de água pluvial deve-se buscar a utilização de reservatórios elevados e o encaminhamento da água coletada diretamente para este, quando possível evitando o bombeamento e aumentado assim a eficiência energética do sistema.

Reservatórios: Estes podem ser enterrados, apoiados ou elevados. Diversos materiais podem ser utilizados na fabricação dos reservatórios, sendo, portanto, necessário avaliar em cada caso aspectos como: capacidade, estrutura necessária, viabilidade técnica, custo, disponibilidade local.

3.3. Métodos para dimensionamento de reservatório para água de chuva

O reservatório representa o item mais oneroso do sistema de captação e utilização de água pluvial devendo, portanto ser dimensionado de forma bastante criteriosa. Seu custo pode representar entre 50% e 85% do valor total de um sistema de captação de água de chuva. Assim sua escolha influencia diretamente na viabilidade financeira deste (THOMAS, 2001). O tamanho do reservatório dependerá de diversos fatores, entre eles tem-se:

Regime de chuvas local: A média anual, distribuição destas durante o ano e a variação ano a ano serão decisivos no dimensionamento do reservatório. Altos índices pluviométricos e distribuições mais constantes das precipitações ao longo do ano permitem a utilização de menores volumes de reservação.

Área de captação: A quantidade de água que poderá ser captada é função da área disponível, sendo este um dos parâmetros necessários para calculo do reservatório.

Demanda: A quantidade e o tipo de demanda são fundamentais para determinar o tamanho do reservatório. Vários fatores devem ser observados: população residente, hábitos de usos e tipos de consumo aos quais será destinada a água pluvial.

Nível de risco aceitável: O tipo de consumo a que será destinada a água de chuva e a existência de outras fontes para suprimento deste, implicará no grau de risco aceitável ao esvaziamento do reservatório influenciando no seu dimensionamento. Por exemplo, se instalado numa área urbana, que dispões de outras fontes seguras de abastecimento o risco aceitável será bem maior que numa área onde este é a única fonte de água disponível.

Geralmente, durante os processos de dimensionamento de reservatório para água de chuva, procura-se construir grandes reservatórios buscando com isso regularizar a vazão, ou seja, acumular água durante o período chuvoso, para ser utilizada durante a estiagem. Essa lógica aplica-se muito bem a regiões que não dispõem de outras fontes. Porem no dimensionamento de sistemas para área urbana que, freqüentemente, possui sistemas de públicos de abastecimento de água e inexistência de áreas livres para instalação de grandes volumes de reservação, deve-se adotar uma outra lógica.

Nestas regiões a utilização de água pluvial deve funcionar como uma fonte complementar, que será

utilizada durante o período de chuvas, permitindo, porém que este sistema seja abastecido pela rede pública durante as estiagens.

Foram identificados na literatura diversos modelos e métodos para dimensionamento de reservatórios. Basicamente os modelos calculam o balanço entre a quantidade de chuva captada e a demanda para esta água, utilizando como parâmetros a precipitação local, a área de captação e consumo.

A norma NBR 15527 (ABNT, 2007), que apresenta os requisitos para aproveitamento de água de chuva em áreas urbanas para fins não potáveis, aprovada em setembro de 2007, contem alguns métodos para dimensionamento de reservatório para água pluvial, são eles: Rippl, Maior período de Estiagem, Métodos empíricos (Brasileiro, Alemão e Inglês) e Simulações.

3.3.1. Metodo de Rippl

O método de Rippl consiste num balanço de massa, podendo ser utilizados dados de precipitação mensal ou diário. A utilização de dados mensais implicará em reservatórios maiores.

Assim, recomenda-se que, quando possível, sejam utilizados dados diários.

Q _(t) = P_(t) x A x C (1)

S_(t) = D_(t) – Q_(t) (2)

V = Σ S_(t), somente para valores S_(t) > 0 (3)

Onde: S_(t) = volume de água no reservatório no tempo t;

Q_(t) = volume de chuva captada no tempo t;

D_(t) = demanda ou consumo no tempo t;

P_(t)= Precipitação no tempo t;

C = coeficiente de escoamento superficial;

A = Área de captação;

V= Volume do reservatório

3.3.2. Método do maior período de estiagem

Uma outra forma adotada para dimensionar reservatórios para água de chuva, é a utilização do máximo período de estiagem, ou seja, com base em séries históricas de dados diários de precipitação, adotar o máximo intervalo de dias consecutivos sem chuvas, assim o volume de reservação é determinado pelo por:

V = N x D (4)

Onde, N é o numero de dias consecutivos sem chuvas e D é a demanda diária para chuva.

Geralmente considera-se dias sem chuva aqueles nos quais a precipitação foi inferior a 1mm.

3.3.3. Método Prático Brasileiro (Método Azevedo Neto)

Neste método empírico é desconsiderada a influencia da demanda, considerando apenas o volume captado e o período de estiagem (mensal). O volume do reservatório é calculado por:

V = 0,042 x P x A x T (5) Onde: P = precipitação média anual, em mm;

T = número de meses de pouca chuva ou seca;

A = área de captação, em m²;

V = volume do reservatório, em litros.

3.3.4. Método Prático Alemão

Neste método o tamanho do reservatório será 6% volume de consumo anual ou do volume anual de precipitação captada, adotando aquele que for menor.

V= mín (Vc; D) x 0,06 (6)

Onde: Vc = volume anual de água de chuva captada, em litros;

D = demanda anual da água não potável, em litros;

V = volume do reservatório, em litros.

3.3.5. Método Prático Inglês

Neste método a demanda também não é considerada no cálculo, o volume do reservatório é calculado por:

V = 0,05 x P x A (7)

Onde: P = precipitação média anual, em mm;

A = área de captação, em m²;

V = volume do reservatório, em litros 3.3.6. Modelos computacionais - simulações

A maioria dos modelos computacionais, para dimensionamento de reservatórios para água pluvial, encontrados na literatura, faz o balanço hídrico a partir de volumes pré-definidos de reservatórios. Estes podem ser escolhidos pelo usuário ou sugeridos pelo modelo, dando como respostas os indicadores: confiabilidade, satisfação e eficiência. O calculo consiste na avaliação do balanço hídrico calculado pelas equações:

Q_(t) = P_(t) x A x C (8)

S (t) = S(t-1) + Q(t) - D_(t) Impondo a restrição que 0 ≤ S(t)≤ V (9) Onde: S_(t) = volume de água no reservatório no tempo t; S_(t-1) = volume de água no reservatório no tempo t-1; Q_(t) = volume de chuva captada no tempo t; D_(t) = demanda ou consumo no tempo t; P_(t)= Precipitação no tempo t; C = coeficiente de escoamento superficial;

A= Área de captação; e V= Volume do reservatório.

Para a utilização de simulações de reservatórios é necessário admitir os dados históricos são representativos para condições futuras, (TOMAZ, 2005). Segundo McMahon (1993, apud,

TOMAZ, 2005) a utilização de séries históricas apresenta vantagens tais como, incorporar os períodos críticos de seca e características sazonais.

Durante as pesquisa sobre aproveitamento de água de chuva desenvolvida no âmbito do PROSAB, (GONÇALVES, 2006) foi realizada uma revisão de modelos utilizados para dimensionamento de sistemas de utilização da água de chuva, dentre estes foram avaliados os dois algoritmos do modelo comportamental (equações: 1 e 2), PDE - produção depois do enchimento e PAE - produção antes do enchimento, comparando os resultados encontrados.







 + + + +

=

==

= Υ ΥΥ Υ

−

−−

− t

t t

t V Q

D θθ θθ

1

min (9)













Υ Υ Υ Υ

−

−

−

−

−

−−

−

ΥΥ ΥΥ

−−

−−

−−−

− ΥΥΥ Υ

−−

−− ++ ++

===

= ⁻⁻⁻⁻

t t t

t t

t S

Q V V

) 1 (

) 1 ( ) min ( ¹

θ θθ θ

θ θθ θ θ

θθ

θ (10)

Onde: Y: produção do sistema, responsável por suprir a demanda; D: Demanda (m³); V:

Volume de chuva no reservatório (m³); Q: Volume total de chuva coletado pelo sistema (m³); S:

volume do reservatório de Armazenamento; e ^Ө: parâmetro de valor 0 ou 1de acordo ao algoritmo a ser usado (0, para PDE e 1 paraPAE).

O LabEE - Laboratório de Eficiência Energética em Edificações, da Universidade Federal de Santa Catarina, desenvolveu o programa NETUNO. Este tem por objetivo determinar o potencial de economia de água tratada através do aproveitamento de água pluvial. O programa utiliza índices pluviométricos dos anos 2001, 2002 e 2003 da região de Florianópolis, o que limita a sua aplicação apenas àquela região. Para o cálculo é considerado que 50% da demanda diária poderia ser substituída por água pluvial. São apresentados como resultado da simulação os percentuais de economia (satisfação) para reservatórios variando de 1 a 60m³, permitindo ao usuário entrar com outra capacidade de reservação.

Outro estudo da utilização da água de chuva como alternativa para usos não potáveis foi realizado no campus do Nanyang Technological University (NTU), em Singapura (APPAN, 2000).

O objetivo principal deste estudo foi rever alguns modelos de computador e usar os dados existentes para aprimorar os parâmetros de projeto de reservação e captação de água de chuva. Foram avaliados modelos que utilizavam os métodos Monte Carlo, Rippl e estatísticos. A partir destas analises desenvolveu-se um modelo para o dimensionamento de reservatório, onde a equação utilizada é:

Qi = Ari – {A(Ei + bi ) + Di ) (11)

Onde Qi é a quantidade disponível no tempo i, A é a área de captação existente, r é a precipitação; E é a evaporação, b é a absorção; e D é a demanda. A principal vantagem deste modelo é que ele pode ser ajustado às durações em que os dados de precipitação, evaporação e absorção estejam disponíveis (minutos, dias ou meses). Com base neste, foi escrito um programa de

computador, o NTURWCS.MK1, para calcular o melhor tamanho de reservatório requerido para atender as necessidades diárias. Neste programa, como os dados de evaporação e de absorção não estavam disponíveis, foram considerados coeficientes de runoff de acordo com a superfície utilizada para captação.

A Ajit Foundation do Scientific Resource Centre localizada em Jaipur -Rajasthan, Índia, desenvolveu o SimTanka, um programa que simula a performance de sistemas para captação de água pluvial levando em consideração a variação mensal da precipitação e sua influência no dimensionamento do sistema. Para o cálculo, o modelo requer 15 anos de dados precipitação mensais e informações sobre a demanda para água pluvial, permitindo a entrada de valores diferentes de consumo para cada mês do ano, considerando a variação sazonal deste. O SimTanka permite ao usuário entrar com o percentual de confiabilidade (percentual do tempo no qual a água pluvial atende a demanda) que ele deseja para o seu sistema e a partir daí o modelo calcula os valores da área de captação mínima e o menor reservatório, ou ainda que o modelador informe a área de captação e/ou volume do reservatório disponível para o modelo determinar a confiabilidade do sistema (VYAS, [200-?]).

O programa disponível no site da DTU - Development Technology Unit (DTU, 2001), modela um sistema utilização de água pluvial a partir de dados de precipitações mensais com 10 anos de dados. O algoritmo de calculo utiliza dados diários, porém considerando que a disponibilidade destes e transferir séries de dados tão grandes seria complicado para os usuários o modelo calcula precipitações diárias médias a partir de dados mensais. Durante o cálculo a chuva captada pelo telhado é adicionada à quantidade da água no reservatório e subtraída a demanda. O programa considera que 85% da chuva captada chegam ao reservatório. São avaliadas também medidas médias de desempenho (confiabilidade, satisfação e eficiência). Um outro aspecto importante deste programa é a possibilidade do usuário entrar com o tipo de demanda de água no empreendimento (demanda constante, variando com o volume do reservatório, variando com a estação).

O TECLIM - Rede de Tecnologias Limpas, da Universidade Federal da Bahia, buscando o dimensionamento econômico do reservatório de acumulação domiciliar desenvolveu uma planilha eletrônica, que simula o atendimento de uma dada demanda com água pluvial, a partir dos dados de precipitação diária, área de captação, consumo e volume de reservação adotado. O modelo calcula o balanço hídrico diário, considerando os sistemas de água de chuva e de abastecimento público funcionando em paralelo, de forma independente, mas complementar (COHIM et. al., 2007). O algoritmo foi desenvolvido seguindo uma lógica de cálculo, considerando que, enquanto o reservatório para água pluvial estiver cheio, a demanda não potável será atendida por este, porém em caso de estiagens prolongadas ou consumo acima da capacidade de captação o abastecimento do reservatório de água de chuva se dará a partir da rede existente. O modelo permite ao usuário entrar

com dados de consumo, série de precipitação diária, área de captação e coeficiente de captação, tendo como resposta taxa de atendimento à demanda anual para diferentes volumes de reservatórios.

A ferramenta permite ainda entrar com a capacidade de reservação e verificar o atendimento ao consumo a partir desta.

É possível também acompanhar o balaço hídrico diário calculado a partir de gráficos.

Simulações e comparações entre os resultados foram realizadas para diversas faixas de consumo e diferentes regimes pluviométricos. Para o cálculo do balanço hídrico diário foram utilizados dois métodos de calculo: No método I, sempre que a entrada de água no sistema (precipitação captada) é maior que a saída (demanda) o modelo considera que esta foi atendida. Nesse método considera-se que entrada e saída ocorrem simultaneamente. No método II, considera-se que entrada e saída do sistema ocorrem em momentos distintos, sendo o tamanho do reservatório um limitante da disponibilidade diária de água pluvial. O método I apresenta taxas de atendimento superiores aos do método II para uma mesma situação, porem na prática as duas situações são passíveis de acontecer, assim a taxa de atendimento seria um valor entre as duas respostas encontradas. O modelo desenvolvido apresenta em forma de gráfico o resultado dos dois métodos e considera que a taxa de atendimento anual é a média entre os dois.

3.4. Aproveitamento de água de chuva para diferentes regimes pluviométricos

Para avaliar a influência do regime pluviométrico no potencial para aproveitamento de água de chuva, foram considerados cinco municípios baianos: Salvador, Barreiras, Lençóis, Juazeiro e Itabuna.

Salvador possui clima tropical, predominantemente quente e úmido. A precipitação média anual fica em torno de 1.800mm, com chuvas no inverno e verão. Para análise das precipitações da cidade foram utilizados os dados da estação pluviométrica operada pelo Instituto Gestão das Águas e Clima - INGÁ, localizada no município. Foram utilizados dados diário de precipitação, do período base de 1998 a 2006, por ser este o mais recente disponível.

Juazeiro está localizada na região sub-médio da bacia do Rio São Francisco, na margem direita deste, extremo norte da Bahia, divisa com Pernambuco. O município está inserido no clima semi-árido, caracterizado pela irregularidade das chuvas, aliado à ocorrência de temperaturas elevadas. Apresenta precipitação anual média em torno de 450 mm, com períodos bem definidos de chuva (novembro a março) e estiagem (abril a outubro). Para análise das precipitações do município foram utilizados dados diários, período base de 1995 a 2005, da estação pluviométrica operada pela Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais - CPRM, cujas coordenadas são latitude sul 9°24’20”; longitude oeste 40°30’12”.

Barreiras localiza-se no extremo oeste da Bahia, possui clima quente e seco, com temperatura

Janeiro. Para análise das precipitações foram utilizados dados diários, período base de 1995 a 2005, da estação pluviométrica operada pela CPRM, localizada nas coordenadas latitude sul 11°09’16”;

longitude oeste 45°00’33”.

Lençóis localiza-se na região da Chapada Diamantina, possui clima tropical semi-úmido. A precipitação anual média fica em torno de 1.000mm. O período mais seco vai de agosto a outubro, com chuvas no verão concentrada entre os meses de novembro e janeiro. Para análise das precipitações foram utilizados dados diário, período base de 1995 a 2005, da estação pluviométrica operada pela CPRM, coordenadas latitude sul 12°29’12”; longitude oeste 41°17’46”.

Itabuna localiza-se na micro-região Cacaueira, Sul do estado, apresentando clima tropical úmido, caracterizado por não possuir estação seca. Apresenta precipitação anual média em torno de 1.500mm, bem distribuída por todo o ano. Para análise das precipitações da cidade foram utilizados dados diário, período base de 1979 a 1989, da estação pluviométrica operada pela antiga SUDENE, localizada no município, coordenadas latitude sul 14°48’; longitude oeste 39°16’, pois estes foram os dados mais recentes disponíveis.

Conforme a figura 01 os municípios avaliados apresentam distribuições pluviométricas com comportamento distinto ao longo do ano.

0 100 200 300

Precipitação (mm)

Jan Mar Mai Jul Set Nov

Precipitação mensal média (mm)

Juazeiro Lençois Barreiras Itabuna Salvador

Figura 01 - Distribuição da precipitação ao longo do ano para os municípios avaliados.

3.5. Características adotadas

Tendo em vista o objetivo do estudo, avaliar a influência da distribuição da precipitação no aproveitamento de água pluvial, considerou-se uma residência fictícia, com 100m² de telhado que será utilizado para captação, onde residem 4 moradores. Foi adotada a demanda total de 120 litros/pessoa.dia, que segundo dados do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento - SNIS é o consumo médio per capita no estado da Bahia. Considerou-se que um terço da demanda diária, 40 litros/pessoa.dia, representa os consumos não potáveis a serem atendidos com água pluvial.

Com base nas características acima e na precipitação de cada município, reservatórios foram dimensionados a partir dos métodos: Rippl com dados mensais, Maior período de estiagem e Métodos empíricos.

Em seguida o aproveitamento de água de chuva foi avaliado, usando a planilha eletrônica desenvolvida pela Rede de Tecnologias Limpas –TECLIM, UFBA.

3.6. Resultados para os diferentes métodos

A partir do método Rippl, para os municípios Barreiras e Lençóis, o volume do reservatório necessário seria de 21,9m³ e 7,9m³, respectivamente, apesar destes municípios apresentarem a mesma media anual 999mm. Tal diferença é causada pela forma como as precipitações se distribuem ao longo do ano. Em Barreiras o período de estiagem é mais longo e severo. Em Lençóis os 999mm apresentam-se mais bem distribuídos ao longo do ano. Comparando os municípios Juazeiro e Salvador o volume do reservatório necessário seria de 29,9m³, 0,7m³, respectivamente.

Tal diferença deve-se tanto a quantidade de chuva, como a sua distribuição durante o ano. Para Itabuna, segundo as características de consumo consideradas, o método de Rippl, utilizando dados mensais, não se aplica pois, este se baseia no balanço entre disponibilidade e demanda, acumulando água no período de chuva para utiliza durante a estiagem. Porem neste município não há um mês onde o volume captado seja inferior a demanda considerada.

Tabela 01 - Resumo dos volumes de reservatório encontrados para os diferentes métodos.

Municipios Juazeiro Barreiras Lençois Itabuna Salvador

Precipitação Anual (mm) 443 999 999 1.497 1.803

Método de calculo

Rippl 29,9 21,9 7,9 - 0,70

Maior periodo de estiagem 36,9 21,7 13,5 26,74 7,25

Prático Barsileiro 13,0 16,8 16,8 6,29 22,72

Prático alemão 2,3 5,1 5,1 7,63 9,20

Prático ingês 2,2 5,0 5,0 7,48 9,02

Volume do reservatório por método de calculo utilizado (m³)

Pelo método do maior período de estiagem, Juazeiro necessitaria de um reservatório de aproximadamente 37m³, pois apresenta um grande período sem chuvas. Lençóis e Barreiras apresentam volumes de reservatórios distintos, por motivos já explicados acima.

Comparando os resultados encontrados para os métodos empíricos, verifica-se que volumes maiores foram encontrados para os municípios com maior precipitação anual e volumes de reservatório para os municípios com mesma precipitação anual foram idênticos, diferente dos resultados encontrados para os métodos anteriores (Rippl e Período de Estiagem). Tais resultados se devem a forma como são calculados, pois nestes métodos o volume do reservatório representa uma parcela do volume total de chuva captado no ano, independente de como esse se distribui ao longo do tempo. O Método brasileiro determina valores maiores, enquanto os métodos alemão e inglês encontraram volumes menores e bem próximos.

A partir da simulação com a planilha eletrônica observou-se que nos municípios que apresentavam maior precipitação anual o volume de água passível de ser captado é, conseqüentemente, maior, porém seu aproveitamento depende do tamanho do reservatório adotado.

Conforme a tabela 02 observa-se que, para Lençóis, se ao invés de adotar um reservatório de 2,5m³, fosse escolhido um de 10m³, quatro vezes o volume anterior, o incremento que isto representaria seria de apenas 7%, ou seja, 12m³ de água substituído no ano. O crescimento do volume substituído, e conseqüentemente do percentual demanda total atendida, não é proporcional ao aumento do volume de reservação. Enquanto o primeiro apresenta taxas de crescimento decrescentes, o segundo apresenta taxas crescentes. Ou seja, adotar um reservatório maior, não implicará em aproveitamento de água de chuva na mesma proporção.

Tabela 05 - Resultados das simulações para os diferentes municípios.

Municipio Precipitação anual (mm) Produção anual da captação (m³)

Volume para atingir 100% da demanda não potável

Volume do reservatório adotado (m³) 0,5 2,5 10 0,5 2,5 10 0,5 2,5 10 0,5 2,5 10 0,5 2,5 10 Volume anual substituido (m³) 12 20 30 20 32 40 24 40 52 37 52,1 57 38 51 117

% demanda total atendida 7 11 17 12 18 23 14 23 30 21 30 32 22 29 58

% demanda para chuva atendida 20 34 51 35 54 69 40 68 89 64 89 97 65 87 99,6 153 com 51m³

atingimos 71% 33 24 29 12

38 85 85 127

Itabuna Salvador

443 999 999 1.497 1.803

Juazeiro Barreiras Lençois

Outro aspecto observado relaciona-se ao tamanho do reservatório necessário para atender a 100% da demanda não potável. Estes volumes relacionam-se a fatores como área de captação disponível, demanda e precipitação anual média e da distribuição desta ao longo do ano. Assim residências em Barreiras e Lençóis necessitariam de volumes de reservação distintas, mesmo diante da mesma condição de demanda e precipitação total anual igual. Para Juazeiro o máximo que se alcançaria de atendimento, para as condições aqui consideradas, seria de 71% das demandas não potáveis. Para atingir 100% seria necessário aumento da superfície de captação, ou ainda gestão da demanda, reduzindo o consumo durante os períodos de estiagem.

Verifica-se ainda que a utilização de reservatórios para captação de água de chuva, com volume de 500 litros permitiria uma redução do consumo total de água do sistema público superior a 10% na maioria das cidades estudadas, chegando a valores superiores a 20% para Itabuna e Salvador, o que representaria uma alternativa viável nas áreas urbanas que dispõe de pouco espaço para a implantação de grandes reservatórios.

4. CONCLUSÕES

A insustentabilidade dos grandes centros urbanos, assim como a escassez de água nestes reconhecida e debatida por diversos seguimentos da sociedade.

A expansão urbana altera todo o ciclo hidrológico culminando na degradação dos mananciais locais e regionais e constantes eventos de inundação e alagamento durante os períodos chuvosos.

Ao invés de problema, as águas pluviais devem ser manejadas como uma das soluções para o abastecimento. Porem tal tecnologia, apesar dos diversos sistemas instalados e em uso, no Brasil e no mundo, ainda enfrenta barreiras do ponto de vista técnico e educacional. Técnicos, governantes e parte da população ainda consideram alternativa como medidas paliativas e atrasadas, sendo tratadas de forma marginalizada, apropriada apensa para o meio rural. Porem já se observa uma tendência a mudança destes conceitos.

Com base em diferentes métodos para dimensionamento de reservatório a viabilidade de utilização de água pluvial foi avaliada para cinco cidades baianas, com diferentes regimes pluviométricos. Observou-se que com pequenos reservatórios já se consegue ganhos significativos em economia de água para a maioria das cidades estudadas.

A partir das simulações efetuadas e da revisão bibliográfica, conclui-se que a captação e utilização de águas pluviais para fins não potáveis, quando ao dimensionamento criterioso do sistema de captação, coleta e reservação, observando as características locais, evitando a implantação de projetos inadequados, apresenta-se como uma alternativa viável, diminuindo a pressão nos mananciais, permitindo o direcionamento destes recursos para atendimento à consumos mais nobres, para uma parcela maior da população.

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