Study for Implementation of a Rainwater Harvesting System at Escola Politécnica
in Universidade de Pernambuco
Juliana Karla da Silva1, Simone Rosa da Silva1*, Keylla Costa do C. Alves1, Luiz Gustavo C. Ferreira Nunes1,
Anna Elis Paz Soares1
1Universidade de Pernambuco
*Autor corresponsal: Escola Politécnica de Pernambuco, Universidade de Pernambuco, Rua Benfica, 455 - Madalena, Recife – PE. CEP 50.720-001 Brasil. Email: simonerosa@poli.br
ABSTRACT
Given the decrease in water supply and uneven distribution of rainfall in the metropolitan area of Recife, it is urgent the search for solutions for the reuse preservation of water. In this context, it is highly important to consider the studies developed by higher education institutions in order to propose solutions to ensure the efficient use of water. This scientific contribution may be even higher if the institution implements in its facilities the previously developed water management solutions, since the students and future professionals will be integrated in the experience and will be multipliers of the knowledge. Therefore, this article has the objective to analyze the technical and environmental feasibility of implementing a rainwater harvesting system for non-potable uses at POLI / UPE. The research aimed to estimate the demand for potable and non-potable water that can be replaced by rainwater, scale the reservoir of rainwater, and estimate the impact of the implementation of the project to reduce the institution's water consumption. The data collection consisted of documentary and bibliographic research, interviews with officials responsible for building maintenance, and identification of points for use of non-potable water. The German Method, English Method, and Azevedo Neto Method, suggested by current Brazilian standard NBR 15527, were considered in order to design the reservoir. Simulations in Neptune software resulted in a forecast of two reservoirs, one lower and one upper, to meet the chosen demand.
KeyWords: Conservation of wáter resources, Rainwater utilization, Reservoir sizing, Sustainable development.
ESTUDO PARA IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE
ÁGUAS PLUVIAIS NA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE
PERNAMBUCO
Resumo
Diante da diminuição da oferta de água e da distribuição irregular das chuvas na Região Metropolitana do Recife, torna-se urgente a busca por soluções para o reaproveitamento e/ou preservação das águas. Nesse contexto, os estudos desenvolvidos pelas Instituições de Ensino Superior, com o intuito de propor soluções que que garantam o uso eficiente da agua tem elevada importância. Essa contribuição científica poderá ser ainda maior caso a própria instituição implemente em suas instalações as soluções previamente estudadas, já que, provavelmente, os estudantes e futuros profissionais serão multiplicadores de informação. Diante disso, este artigo tem por objetivo geral analisar a viabilidade técnica e ambiental da implementação de um sistema de captação de águas pluviais, para usos não potáveis, na Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco – POLI/UPE. A pesquisa objetivou estimar as demandas de água potável e não potável que pode ser substituída por água pluvial, dimensionar o reservatório de captação de águas pluviais, e estimar o impacto da implementação do projeto na redução do consumo de água da instituição. Para a coleta de dados foram realizadas: pesquisa documental e bibliográfica, entrevistas com os funcionários responsáveis pela manutenção do prédio para levantamento de pontos de utilização de água não potável. Para o dimensionamento do reservatório serão utilizados os Métodos Alemão, Inglês e Azevedo Neto, sugeridos pela norma brasileira vigente, NBR 15.527. As simulações no software Netuno, resultaram em uma previsão de dois reservatórios para atendimento da demanda escolhida, sendo um inferior e outro superior.
Palavras chave: Aproveitamento de água pluvial, Conservação de Recursos Hídricos. Desenvolvimento sustentável, Dimensionamento de reservatório.
Introdução
Em diversos países, como no Brasil, o poder público busca implementar medidas através de Políticas Públicas, que visam promover o uso racional dos recursos naturais. O papel das Instituições de Ensino Superior (IES) torna-se cada vez mais relevante, as quais atuam como importantes multiplicadoras do conhecimento, além de estarem repletas de formadores de opinião. No entanto, a ação tem alcance limitado quando permanece somente no campo da teoria. Torna-se mais impactante se os conhecimentos puderem ser aplicados na prática, de forma que a eficácia possa ser comprovada in loco. É necessário então que as IES passem a desenvolver e implantar ações sustentáveis, a fim de que essas se tornem parte da cultura da mesma. A esse respeito Tauchen e Brandli (2006) destacam: “[...] as IES devem combater os impactos ambientais gerados para servirem de exemplo no cumprimento da legislação, saindo do campo teórico para a prática”. Pensamento corroborado por Guterres et al (2013) quando afirma que as IES tem na ação concreta uma de suas principais bases, envolvendo atitudes e comportamentos que, repetindo-se e transformando-se no dia a dia, poderão vir a consolidar-se como prática socialmente aceita.
É nesse contexto que está inserido este estudo, devido ao objeto de estudo tratar-se de uma edificação escolar de ensino superior, a qual a água potável está sendo utilizada para fins que poderiam utilizar agua não potável. Além disso, a implementação do sistema proposto poderá contribuir para que a instituição venha tornar-se um modelo de referência de sustentabilidade, ao mesmo tempo em que a mesma passará a dispor de um importante campo de aulas sobre sistema de reaproveitamento de água de chuva. Aliando-se a isso, a adoção de um projeto deste auxiliará a Escola a enquadrar-se na legislação estadual vigente.. Diante do exposto, este artigo tem por objetivo geral analisar a viabilidade técnica e ambiental da implementação de um sistema de captação de águas pluviais, para usos não potáveis, na Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco – POLI/UPE. Foram estimadas as demandas de água não potável que podem ser substituídas por água de chuva, dimensionado o reservatório de captação de águas pluviais, e estimado o impacto da implementação do projeto na redução do consumo de água potável da edificação.
Estudo de Caso: Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco
A instituição escolhida para a realização do estudo deste estudo está localizada na Região Metropolitana da cidade do Recife – RMR, Pernambuco - Brasil. A Escola Politécnica de Pernambuco é uma instituição com 104 anos de existência,. voltada para o ensino das engenharias e constituída por varios predios, conforme será mostrado.
Materiais e Métodos
Levantamentos De Dados Pluviométricos Próximos do Local em Estudo
Devido à proximidade com a área em estudo e a série histórica disponível, foram utilizados os dados de uma estação pluviométrica, de responsabilidade Instituto Nacional de Meteorologia - INMET, localizada no Bairro da Curado (Código 00834007). O período da série utilizada foi de 01/03/1961 até 30/06/2014.
Levantamento da Área de Coleta
Considerando os custos envolvidos e a logística de distribuição das águas em um prédio já construído, foram escolhidos alguns prédios nos quais será realizada a coleta de águas pluviais. A Figura 1 mostra o terreno da escola delimitado pelo polígono vermelho e a vista superior dos prédios selecionados para o estudo, hachurados na cor azul. Foram realizadas diversas simulações, levando em consideração a combinação de prédios e os pontos críticos a serem atendidos. As edificações selecionadas para captação de águas pluviais possuem área de 4.485.06 m² e são identificados como Blocos A, B, I, K e L, conforme mostra a Figura 1.
Figura 1. Planta de locação e das áreas de captação consideradas no estudo.
(Fonte: Google Earth, (2014)
População existente
Para a determinação da população acadêmica, que influencia diretamente no consumo per capita, foi necessário um levantamento da distribuição da população nos três turnos (manhã/tarde/noite), já que a permanência do público varia de acordo com a atividade realizada. A Tabela 1 apresenta os dados relativos à população da instituição no período letivo de 2014-1.
Tabela 1. População Poli 2014.1
População Quantidade Horário
Professores 153 Diurno/noturno
Alunos graduação 1737 Diurno
Alunos graduação 1566 Noturno
Alunos Pós-graduação 160 Diurno/Noturno
Funcionários administrativos 43 Diurno/noturno
Funcionários contratados temporariamente 20 Diurno/noturno Fonte: Relatório de atividades/ UPE-POLI (2014)
Histórico De Consumo
Para estimativa das demandas por água da instituição, foi analisado o histórico de consumo de água, observando a medição do hidrômetro do poço que abastece o prédio. O consumo de água do ano de 2014 teve uma média de 663,4 m³/mês. Vale salientar que para o cálculo do volume médio mensal foram desconsiderados os meses atípicos (janeiro, fevereiro e julho).
Determinação do Consumo Per Capita
Para determinação do consumo Per Capita foi considerada a média de 1.652 alunos, que foram somados ao número de Professores e funcionários administrativos, resultando em 2.028 habitantes diários na Poli. Sendo assim, foi feito:
𝑄 =𝑃𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑐ã𝑜 𝑥 𝑃𝑒𝑟 𝐶𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎86400 Equação (1)
Onde:
Q = vazão = 663.4 m³/mês = 0.26 L/s
Per Capita = Quantidade de água usada por dia, em média, por habitante da instituição = (0.26 L/s X 86.400s)/2.028 habitantes = 11.08 Litros por habitante/dia
Demanda Hídrica a Ser Suprida
Considerando que a área de coleta na Universidade em estudo é pequena e que provavelmente não seria suficiente para a demanda a ser utilizada para descarga dos quarenta e três vasos sanitários existentes na instituição, a utilização foi direcionada para outra atividade que demanda um volumen menor de água não potável, a rega de jardins.. Para determinação deste volume de água foi considerando que, de acordo com informações de funcionários da Escola, são realizadas três regas por semana e que em cada rega a torneira fica aberta ininterruptamente por cerca três horas. Desta forma, considerando que a vazão de uma torneira deste tipo é de 0.66 l/s (SABESP), pode-se afirmar que por mês são gastos cerca de 85.5 m³/mês, ou seja, 13% do volume consumido mensalmente pela instituição.
Métodos Utilizados para Dimensionamento do Reservatório
Dimensionamento utilizando o Método Azevedo Neto, conforme NBR 15527 (ABNT, 2007): O volume de chuva é obtido pela seguinte equação:
V = 0.042 . P . A . T Equação (2)
Onde:
P é o valor numérico da precipitação média anual, expresso em milímetros (mm); T é o valor numérico do número de meses de pouca chuva ou seca;
A é o numérico da área de coleta em projeção, expresso em metros quadrados (m²)
V é o valor numérico do volume de água aproveitável e o volume de água do reservatório, expresso em litros (L). Método Prático Inglês, conforme NBR 15527 (ABNT, 2007):
O volume de chuva é obtido pela seguinte equação:
V = 0.05 x P x A Equação (3)
Onde:
P é o valor numérico da precipitação anual, expresso em milímetros (mm); A é valor numérico da área de coleta, expresso em metros quadrados (m²);
Método Prático Alemão, conforme NBR 15527 (ABNT, 2007):
Para este método, adota-se o menor valor do volume do reservatório sendo 6% do volume anual de consumo ou 6% volume anual de precipitação aproveitável.
V(adotado) = mín (D) x 0.06 Equação (4)
V é o valor numérico do volume de água aproveitável e o volume de água do reservatório, expresso em litros (L) D valor numérico demanda anual de água não potável, expressa em litros (L)
Dimensionamento do reservatório utilizando o software Netuno:
De acordo com Ghisi e Cordova (2014), o programa computacional Netuno tem por objetivo estimar o potencial de economia de água potável por meio do aproveitamento de água pluvial para usos onde a água não precisa ser potável, tais como descarga de vasos sanitários, limpeza de pisos, rega de jardim, lavação de carros etc. O software apresenta resultados a partir de dados fornecidos (dados diários de precipitação, descarte da precipitação inicial, área de captação, demanda de água, coeficiente de escoamento superficial, entre outros).
O volume do reservatório superior é dado pela equação:
Onde:
V res superior =É o volume do reservatório superior, definido pelo Netuno, em litros;
d = É a demanda de água Per capita/dia, em litros; nmor = É o número de moradores da edificação;
psubs = É o percentual da demanda total de água que pode ser suprida por água pluvial, em %
Resultados e Discussões
De maneira resumida, a Tabela 2 informa os volumes encontrado em cada método. Tabela 2 – Resultado dos volumes de reservatório propostos
Método/software utilizado
Método Inglês Método Alemão Método Azevedo Neto
Software Netuno Volume do
reservatório (m³) 42 62 105 34
Para o Método Inglês foram considerados três meses de pouca ou nenhuma chuva. Para o Método Azevedo Neto, como foi considerada apenas a rega de jardim, como demanda de água não potável, o volume médio anual utilizado para o cálculo foi de 1.020 m³.
A partir de todas as simulações realizadas, foi determinado um reservatório inferior de 30.000 L e o superior de 4.000 L, para melhor atendimento da situação estudada. Para este volume a demanda total a ser suprimida por água pluvial é atendida em 90.63%. O mês de outubro apresentou melhor potencial de utilização de água pluvial, com 12,37%. Enquanto o mês de abril apresentou o pior com 11.15%. Ainda de acordo com o Netuno, será necessário uma média de 1.57 recalques por dia.
Local para instalação dos reservatórios:
Devido à dificuldade relativa à disponibilidade de espaço, estão sendo propostos dois reservatórios, sendo um inferior (30000L) em fibra de vidro (Figura 3) e um superior (4000L) em polietileno (Figura 2). Quanto à sua localização, foi considerada a economicidade, de forma que estejam locados em posição favorável para a posterior distribuição, estando próximos aos prédios de coleta. Analisando a planta baixa da edificação em estudo, identificou-se uma área livre (Figura 4), suficientemente grande para comportar o reidentificou-servatório inferior, o qual deve possuir dimensão máxima igual a 6,15m. Para a implantação do reservatório superior, sugere-se que seja construída uma base em concreto onde o mesmo ficará suspenso. Essa solução foi proposta devido à falta de espaço nas instalações atuais da instituição.
Figura 4. Locação dos reservatorios
Conclusões
É possível diminuir os valores consumidos de água potável na instituição, já que cerca de 13% deste valor, pode ser suprido por água de chuva. Atualmente, a instituição paga por mês uma média de R$ 4.000 à Companhia responsável, apenas pela coleta de esgoto.O abastecimento de água é realizado através de um poço artesiano localizado dentro das instalações da Instituição e não há cobrança.De maneira superficial, sem contabilizar os gastos para implementação do sistema, é possível economizar mensalmente em torno de R$ 500.00, apenas substituindo a rega de jardim por água não potável;
Os métodos sugeridos pela NBR 15. 527 (2007), de maneira geral, independem da demanda de água pluvial e do regime de precipitação. Desta forma, os volumes sugeridos podem estar subdimensionados ou superdimensionados. Além disso, não consideram o cálculo de economia de água potável;
O programa Netuno permite que sejam feitas simulações do potável para um ou diversos volumes de reservatório ao mesmo tempo. É um método que considera um maior número de variáveis e que se ajusta à demanda de água pluvial e ao regime de precipitação, e por conta disso é um método mais confiável; De acordo com as simulações realizadas com o Netuno, para atender 100%, seria necessário um reservatório
inferior de 90.000 Ll e um superior de 50.000 L. Esta solução, além de muito mais onerosa, exigiria uma área maior para comportar os reservatórios;
Como sugestão de continuidade, sugere-se a instalação de hidrômetros nas saídas dos reservatórios de água de captação de águas pluviais, através do conjunto: medidor de vazão, acompanhando de um Data Logger e um transmissor de dados, com o intuito de monitorar a economia real gerada pelo uso da água armazenada;
Referências
ACQUA – Catálogo técnico – Disponível em: www.acquavida.com.br, acesso em 15/11/2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15527: Água de chuva:aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis: requisitos. Rio de Janeiro, 2007. 8 p.
Brasília. Lei nº 9.433 de 08 de janeiro de 1997. Institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, regulamenta o inciso XIX do art. 21 da Constituição Federal, e altera o art. 1º da Lei nº 8.001, de 13 de março de 1990, que modificou a Lei nº 7.990, de 28 de dezembro de 1989.
Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo – SABESP. Uso Racional da Água. Disponível em: www.sabesp.com.br, acesso em 20/09/2014.
FORTLEV - Catálogo técnico – Disponível em: www.fortlev.com.br, acesso em 25/09/2014. GHISI, E.; CORDOVA, M. M. Netuno 4. Programa computacional. Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Civil. Disponível em: http://www.labeee.ufsc.br/. 2014.
GUTERRES, A. M.; et al. Utilização de água de fontes alternativas: uma percepção de educação ambiental em uma instituição federal de ensino tecnológico. Revista de Engenharia e Tecnologia. Ponta Grossa. 2013.
Pernambuco. Decreto nº 40.903, de 18 de julho de 2014. Dispõe sobre a gestão e a racionalização do consumo de água no âmbito do Poder Executivo Estadual e de suas entidades vinculadas.
