Reaproveitamento de águas pluviais: Estudo de caso de implantação em edifício comercial

BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL

RODRIGO LIMA DO AMARAL

REAPROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS: Estudo de caso de implantação em edifício comercial

Porto Alegre Dezembro / 2022

RODRIGO LIMA DO AMARAL

REAPROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS: Estudo de caso de implantação em edifício comercial

Projeto de Pesquisa de Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Universitário Ritter dos Reis, como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Professor José Antônio Colvara de Oliveira

Porto Alegre Dezembro / 2022

Dedico este trabalho aos meus familiares, minha esposa Amanda, e principalmente à minha mãe, que sempre acreditou que eu conseguiria, e sem eles esta realização e conquista não seria possível.

AGRADECIMENTOS

À minha mãe que sempre fez de tudo para que eu pudesse estudar, desde o início até o curso técnico em edificações. E sempre me guiando para um caminho evolutivo e próspero.

À minha esposa Amanda, pelos incentivos e força nos momentos de dificuldades, e companheirismo sempre.

Aos meus irmãos, pelos ensinamentos e apoio ao longo da vida.

Ao meu orientador, Professor José Antônio Colvara, pelos ensinamentos durante as aulas, as oficinas de tcc realizadas, e pela atenção dedicada às revisões e sugestões para o desenvolvimento deste trabalho.

Aos membros da banca examinadora por aceitarem o convite, e contribuírem com seus conhecimentos.

Agradeço a todos de uma maneira geral que de alguma forma contribuíram para que este trabalho fosse realizado.

RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo analisar o estudo de viabilidade de potencial econômico, para a implantação de um sistema de aproveitamento pluvial, com a sua utilização em descargas de bacias sanitárias, mictórios e rega de jardins, em um edifício comercial. Foram realizadas pesquisas sobre as etapas que compõem o sistema, sendo elas: captação; armazenamento em cisterna; e tratamento. Foi feito um levantamento de pessoas não permanentes no edifício, para o cálculo estimado de água.

Após foi feito um estudo hidrológico através de séries históricas, a fim de caracterizar o regime de precipitações. Em seguida determinou-se as áreas de captação, local de armazenamento, dimensionamento dos reservatórios, o sistema de filtragem a ser inserido antes da chegada na cisterna inferior, dimensionamento prévio do sistema de bombas de recalque para os reservatórios superiores. Apresentação do sistema de cloração, para manter a água com potabilidade aceitável para o fim que se destina.

Alternativa de alimentação de água dos reservatórios superiores em caso de estiagem. E por fim, o estudo de viabilidade econômica com estimativas de custos, e período de retorno do investimento. Todas essas etapas foram necessárias para análise do potencial de economia de água potável, que resultou em cerca 40%, o que indicou que o sistema de aproveitamento de água da chuva é totalmente viável, com um período de retorno relativamente curto.

Palavras-chave: Captação. Armazenamento. Sistema de aproveitamento pluvial.

Descargas sanitárias. Consumo.

ABSTRACT

The present work aims to analyze the feasibility study of economic potential, for the implementation of a rainwater harvesting system, with its use in toilet bowl discharges, urinals and garden irrigation, in a commercial building. Research was carried out on the steps that make up the system, namely: fundraising; tank storage; and treatment. A survey of non-permanent people in the building was carried out, for the estimated calculation of water. Afterwards, a hydrological study was carried out through historical series, in order to characterize the precipitation regime. Then, the catchment areas, storage location, dimensioning of the reservoirs, the filtering system to be inserted before arrival in the lower cistern, previous dimensioning of the booster pump system for the upper reservoirs were determined. Presentation of the chlorination system, to maintain acceptable drinking water for its intended purpose. Alternative water supply from upper reservoirs in case of drought.

And finally, the economic feasibility study with cost estimates and payback period. All these steps were necessary to analyze the potable water saving potential, which resulted in around 40%, which indicated that the rainwater harvesting system is totally viable, with a relatively short payback period.

Keywords: Capture. Storage. Rainwater harvesting system. Sanitary discharges.

Consumption.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 9

1.1 PROBLEMA DE PESQUISA 10

1.2 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA 10

1.3 OBJETIVOS DA PESQUISA 11

1.3.1 Objetivo geral 11

1.3.2 Objetivos específicos 11

1.4 JUSTIFICATIVA 11

2 REVISÃO DE LITERATURA 12

2.1 DISPONIBILIDADE DOS RECURSOS HÍDRICOS NO MUNDO 12

2.2 CRESCIMENTO POPULACIONAL E A DEMANDA 13

2.3 ANÁLISE DE POTENCIAL ECONÔMICO 13

2.4 CICLO HIDROLÓGICO 14

2.5 USO CONSCIENTE DE ÁGUA 15

2.6 QUALIDADE DA ÁGUA DA CHUVA 16

2.7 CONSUMO DE ÁGUA NÃO POTÁVEL 18

2.8 CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA 18

2.8.1 Área de captação 20

2.8.2 Calhas e condutores 20

2.8.3 Filtros 20

2.8.4 Descarte primeira chuva 20

2.8.5 Reservatórios de Armazenamento 21

2.8.6 Dimensionamento 22

2.9 ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA 23

3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS 26

3.1 CARACTERIZAÇÃO DA PESQUISA 26

3.2 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DA COLETA DE DADOS 27

3.2.1 Definição operacional das variáveis 27

4 RESULTADOS 28

4.1 ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS DADOS 28

4.2 MÉTODO ANALÍTO DE RIPPL – DEMANDA CONSTANTE 29

4.3 MÉTODO AZEVEDO NETO – MÉTODO PRÁTICO BRASILEIRO 32 4.4 MÉTODO ESTIMATIVA DE DEMANDA - DE ACORDO COM O

CONSUMO 32

4.5 COMPARATIVO DOS MÉTODOS 34 4.6 ESCOLHA DOS RESERVATÓRIOS DE ACORDO COM O

DIMENSIONAMENTO 35

4.7 EQUIPAMENTOS QUE COMPÕEM O SISTEMA DE

APROVEITAMENTO 35

4.7.1 Alimentação de água e equipamentos dos reservatórios

superiores 35

4.7.2 Alimentação alternativa de água 36

4.7.3 Bocal Separador e Kit de interligação 37

4.7.4 Cloração 38

4.7.5 Alimentação de água da Cisterna 38

4.7.6 Sistema de filtragem e descarte das primeiras águas 39

4.8 ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA 42

4.9 ESTIMATIVA DO PERÍODO DE RETORNO DO INVESTIMENTO 43 4.9.1 Custo básico mensal pela utilização de água potável 43 4.9.2 Economia mensal considerando o aproveitamento de água

pluvial 44

4.9.3 Comparativo de custos e período de retorno 44

5 CONCLUSÃO 45

REFERÊNCIAS 46

1 INTRODUÇÃO

E se a água acabasse? Por existir em abundância não é valorizada como deveria, e com os índices de aumento da população crescendo cada vez mais, consecutivamente a demanda de consumo de água aumenta significativamente também.

E estas elevadas demandas em grandes centros urbanos tem gerado cada vez mais escassez de água potável, o que nos leva a discussões acerca da sustentabilidade hídrica.

Com base nestes dados, verifica-se que uma grande parcela do volume de água potável é utilizada em edificações para fins não potáveis, como o uso de rega de jardins, bacias sanitárias, lavagem de calçadas e carros etc.

Para diminuir o impacto no consumo de água potável, existem alguns métodos alternativos de abastecimento, tais como o tratamento da água do mar, tratamento de águas servidas e o reaproveitamento das águas da chuva.

Dentre as alternativas supracitadas, sem sombra de dúvidas o reaproveitamento das águas de chuva é o caminho mais viável para a redução do consumo de água potável, por ser um sistema mais simples e de menor impacto financeiro.

A chuva é uma fonte de água abundante e renovável para consumo, desde que possua o tratamento adequado para uso passando pelos processos de coleta, filtragem e armazenamento, até que ela chegue para sua utilização.

Este trabalho se propõe a estudar se é economicamente viável a implantação de um sistema de reaproveitamento de água de chuva em um edifício comercial em Porto Alegre / RS, onde serão abordados no Capítulo 1 temas como: a questão de pesquisa que indica sobre o dimensionamento dos reservatórios, objetivos, e incluindo esta introdução. No capítulo 2 tem-se uma breve revisão bibliográfica sobre o tema, no capítulo 3 são apresentadas as técnicas e instrumentos de coleta de dados.

No capítulo 4 são expostos os resultados, complementando-se pela discussão do mesmo e conclusão, no capítulo 5.

1.1 PROBLEMA DE PESQUISA

A água é um bem essencial e indispensável para o ciclo de vida do nosso planeta.

O que vem preocupando é a escassez hídrica na sua forma mais natural.

O consumo de água utilizada em vasos sanitários, mictórios e torneiras de jardim é fonte de desperdício de água tratada, pois essa água pode ser substituída por águas pluviais coletadas e armazenadas em locais próprios, tornando esse tipo de consumo sustentável.

Este Trabalho, por meio de estudo de viabilidade econômica será verificado o volume do reservatório para armazenamento de captação de águas pluviais, de modo que não comprometa a demanda do usa de água potável, também será analisado o impacto econômico gerado com esse reaproveitamento em um edifício comercial.

O correto dimensionamento depende de alguns fatores cruciais para seu funcionamento, dentre eles estão o volume de consumo necessário, população residente e o dimensionamento mínimo calculado para atender a demanda.

Deverá ser considerado o dimensionamento de reservatórios superiores, cisternas inferiores e sistema de bombeamento se necessário for.

Com os dados adquiridos referentes à ocupação e a população da edificação, juntamente com as informações já analisadas sobre as precipitações de acordo com a região do estudo, pode-se chegar ao dimensionamento apropriado para este tipo de situação.

Em vista do exposto, este Trabalho se propõe a buscar por respostas para a seguinte questão de pesquisa: Qual o correto dimensionamento necessário para atender os pontos de utilização de água de chuva coletada em um edifício comercial?

1.2 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA

Este estudo consiste em definir como deve ser feito o processo de dimensionamento do sistema de tratamento de águas pluviais, captadas por meio de cisternas e sendo reaproveitadas em pontos específicos de consumo pluvial em um edifício comercial, bem como vasos sanitários, mictórios, torneiras de jardim e limpeza.

1.3 OBJETIVOS DA PESQUISA

Os objetivos do presente trabalho foram divididos em objetivo geral e objetivos específicos, os quais são apresentados a seguir.

1.3.1 Objetivo geral

Através deste estudo será possível verificar a viabilidade econômica através da implantação de um sistema de reaproveitamento de águas pluviais para uso não potável em um edifício comercial.

1.3.2 Objetivos específicos

 Estimar o consumo de água de acordo com o valor populacional de um edifício

 Calcular o índice pluviométrico do local do estudo

 Dimensionar o volume ideal dos reservatórios de captação pluvial

 Estudar as impurezas e garantir a qualidade da água captada

 Analisar o impacto econômico do sistema implantado supracitado 1.4 JUSTIFICATIVA

O desperdício exacerbado de água global, tanto com uso pessoal, tanto com uso industrial, derivou uma necessidade de buscar soluções para reduzir a escassez hídrica influenciada pela consciência sustentável.

Diante deste cenário, buscam-se soluções ambientais e econômicas para reduzir a dependência excessiva das fontes naturais de água.

O reaproveitamento das águas das chuvas advindas de telhados permite o uso para fins não potáveis, como em bacias sanitárias, rega de jardins, lavagem de veículos e limpeza em geral. Assim é reduzido o uso de água potável e consequentemente minimizando o acúmulo de água nos condutores públicos das concessionárias.

Em edificações comerciais, aproximadamente 50% do consumo diário destina-se a bacias sanitárias e uso geral do prédio, para a irrigação de jardins e floreiras é feita diariamente ou semanal de acordo com a programação do edifício, o que deve ser levado

em consideração em função do volume de água gasto para realizar esse processo, o que será refletido na fatura mensal de água.

Desta forma, o presente estudo vem como uma proposta de implantação de um sistema de captação de água da chuva para fins não potáveis em um edifício comercial, sendo na forma de conservação e reutilização desta fonte alternativa de água, bem como contribuir e incentivar para a solidificação desta prática sustentável.

2 REVISÃO DE LITERATURA

No presente capítulo será desenvolvida uma breve análise bibliográfica sobre os principais temas relacionados com a utilização de água de chuva para aproveitamento secundário.

2.1 DISPONIBILIDADE DOS RECURSOS HÍDRICOS NO MUNDO

Águas subterrâneas e superficiais são consideradas os recursos de águas disponíveis para qualquer tipo de uso.

Estima-se que em torno de 3% o planeta seja coberto por água doce e o fato crítico desta pouca disponibilidade é que a grande maioria está localizada nas geleiras ou estão armazenadas em lençóis subterrâneos sem acesso.

Logo, a menor parte desta água está disponível superficialmente para o consumo, porém há uma má distribuição de água no mundo, no Brasil em particular.

Entretanto, a água doce é presente em todos os continentes do globo terrestre, porém no Brasil esse índice é mais elevado, mas isso não é motivo para não fazermos estudos e testes com o reaproveitamento destas águas para termos uso consciente da água, e assim com esse pensamento evolutivo podemos ter muitos benefícios e assim reduzindo a poluição dos lençóis freáticos dos rios.

Na Figura 1 podemos ter uma ideia aproximada dos recursos hídricos disponíveis no Brasil.

Figura 1: Estatísticas do Monitoramento Hidrológico no Brasil.

Fonte: (ANA) 2021.

2.2 CRESCIMENTO POPULACIONAL E DEMANDA

Com o aumento populacional mundial, o uso de água se torna mais frequente. resultando em um aumento excessivo da demanda, onde a teoria do princípio da população era que o crescimento populacional ultrapassaria a oferta de água e alimentos.

Apesar de o Brasil possuir grande disponibilidade de recursos hídricos, não há uma uniformidade na distribuição, ocasionando uma disparidade conforme a região.

As regiões que possuem menor disponibilidade de água doce, são justamente as mais populosas, decorrente da necessidade de atender a demanda populacional.

O aproveitamento das águas pluviais é um assunto que vem sendo discutido por diversos autores em várias localidades do mundo, com diferentes abordagens desde a disponibilidade do real aproveitamento com aplicáveis técnicas convencionais e inovadoras atualmente em uso.

2.3 ANÁLISE DE POTENCIAL ECONÔMICO

Ghisi (2006) avaliou o potencial de economia de água do sistema público de abastecimento devido ao aproveitamento de águas pluviais para as cinco regiões brasileiras, e verificou que na região Nordeste, o potencial de aproveitamento de águas

pluviais é de 61%, o que pode suprir parte da demanda de água do sistema público de abastecimento em situações de escassez hídrica.

Já Ghisi et al. (2006), em estudo realizado em 62 municípios do estado de Santa Catarina, verificaram que é possível economizar entre 34% e 92% de água do sistema público de abastecimento, devido ao aproveitamento de águas pluviais, que podem ser utilizadas para uso não-potável e para uso potável, desde que submetidas a um tratamento. A prática de aproveitamento da água de chuva, antes de sua efetivação e consequentes gastos com tecnologias e estruturas, requer a determinação da disponibilidade de água para esse fim, de forma que se assegure a otimização dos custos em investimentos sobre as partes constituintes do sistema, ou seja, aproveitando ao máximo as superfícies de captação existentes e direcionando possíveis custos adicionais aos ajustes e/ou instalações de condutos das superfícies de captação e reservatórios de armazenamento.

No Brasil, existe uma enorme desproporção entre a área de cada região e a quantidade de água disponível na mesma, como se pode observar pela Tabela 1.

Tabela 1 - Proporção de área territorial, disponibilidade de água e população para as cinco regiões do Brasil Região do Brasil Área Territorial (%) Dispon. de Água (%) População (%) Norte

Nordeste Sudeste Sul

Centro - Oeste

45 18 11 7 19

69 3 6 6 15

8 28 43 15 7 Fonte: SNIS (2007).

2.4 CICLO HIDROLÓGICO

A chuva é a principal responsável pela entrada de água no ciclo hidrológico.

Quando precipita, parte dela escoa pelos rios, parte infiltra nos solos e o restante evapora.

A vegetação tem um papel importante neste ciclo, pois uma parte da água que cai é absorvida pelas raízes e acaba por voltar à atmosfera pela transpiração ou pela simples e direta evaporação, além de influenciar no escoamento e na infiltração. Ao longo do trajeto, a água é utilizada de diversas maneiras, encontrando o mar ao final, onde evapora e condensa em nuvens que seguirão com o vento, reiniciando o ciclo.

Quanto à dinâmica da água no território brasileiro, as principais entradas correspondem à chuva sobre todo o território e às vazões procedentes de outros países

na bacia amazônica. Parte dessa água é consumida pelas diferentes atividades econômicas, parte retorna ao ambiente e outra parte sai do território para o oceano atlântico ou para países vizinhos na bacia da prata, pelos rios Paraguai, Paraná e Uruguai. O fluxo de água no país, assim como a quantidade de água utilizada pelos diferentes usos, é apresentado nas contas da água, que correspondem a um sistema de contabilidade vinculado ao sistema de contas econômicas ambientais (SCEA), o qual monitora a evolução dos países em direção ao desenvolvimento sustentável.

Segundo Tucci (1993) o fluxo de água que evapora dos oceanos é cerca de 43.000 km³/ano, volume bem superior do que cai nele em forma de chuva.

Conforme Hagemann (2009), o conhecimento das características de precipitações é de fundamental importância para o aproveitamento de água de chuva. Entre essas características estão:

 Altura pluviométrica: lâmina d’água da água precipitada em relação ao solo;

 Duração: intervalo de tempo em que ocorre a precipitação;

 Intensidade: relação entre a lâmina d’água e a duração da precipitação;

 Frequência e probabilidade de retorno: número médio de anos que se espera que a precipitação seja igualada ou superada.

Estes fenômenos interferem de maneira potencialmente significativa no ciclo hidrológico global, como se pode ver pela Figura 2.

Figura 2: Ciclo Hidrológico Global.

Fonte: Shiklomanov (1998).

2.5 USO CONSCIENTE DE ÁGUA

A água é utilizada para diversos fins, tais como lazer, geração de energia, irrigação, uso humano e animais, navegação etc.

Segundo Rebouças (2006), na agricultura é onde se encontra o maior desperdício de água, estimando que 60% desta água seja perdida.

O abastecimento comercial também é considerado uma fonte de desperdício, pois as águas utilizadas dentro das casas são mal utilizadas, e tem seu uso ineficiente em função de desinformação ou falta de uma orientação devida.

A Figura 3 ilustra a porcentagem referida do consumo de água individualizado por atividade.

Figura 3: Uso da água no mundo.

Fonte: Climate Institute (2005).

2.6 QUALIDADE DA ÁGUA DA CHUVA

A qualidade da água varia de acordo com o meio de onde ela provém, e a sua potabilidade determina se tem ou não a possibilidade de aproveitamento para o consumo humano.

O padrão de potabilidade é determinado pelo Ministério da Saúde, portaria n°

36/90, que também é utilizado pela Organização Mundial da Saúde (OMS).

As características da qualidade da água são classificadas quanto aos teores presentes. Consideram-se excessivos, quando na água são superiores a 5mg/L, e menores quando se apresentam entre 5 a 0,01mg/L, sendo chamados de micro poluentes, conforme Rebouças (2006).

Nos mananciais próximos a indústrias e centros urbanos tem-se uma menor qualidade da água, devido ao fato de apresentar grande quantidade de produtos químicos, materiais tóxicos e fertilizantes lançados nos rios e diretamente no solo.

Segundo Alt (2009), quando a atmosfera está desprovida de poluentes antrópicos, apresenta pH em torno de 5,7, que é considerado levemente ácido, consequente da formação de ácido carbônico(H2CO3) a partir do dióxido de carbono (CO2) presente no ar.

A água da chuva caracteriza-se por apresentar baixa concentração de sais de cálcio e magnésio, o que reduz a formação de espuma, além de provocar incrustações, principalmente em tubulações destinadas para água quente, como caldeiras e aquecedores. A qualidade da água também é influenciada pelo carregamento dos materiais depositados nos telhados, dependendo do volume e intensidade da chuva.

Por óbvio, a água coletada diretamente da atmosfera apresenta melhor qualidade do que as águas coletadas nos telhados, por justamente não ter contato com os materiais depositados no mesmo.

De qualquer maneira, a água da chuva deve apresentar algumas características básicas para o seu uso, tais como:

 Não ter mau cheiro;

 Não deve ter elementos químicos ou outros tipos de poluidores;

 Não deve propiciar infecções e contaminação por vírus ou bactérias prejudiciais à saúde.

O Ministério da Saúde é quem determina os padrões de qualidade da água destinada para consumo humano. Pode-se citar as resoluções do Conselho Nacional de Meio Ambiente – CONAMA de N°430/2011 que define os padrões de qualidade dos corpos presentes na água, e a de N° 274/2000 que estabelece os padrões de balneabilidade.

A balneabilidade é a capacidade que um local tem para possibilitar a qualidade das águas destinadas a recreação de um contato primário e prolongado com a água, ou seja, a balneabilidade é determinada pela quantidade de bactérias do grupo coliforme presentes. A desinfecção é realizada de acordo com o critério do projetista, podendo utilizar diversos derivados de cloro, raio ultravioleta, ozônio etc. Em situações em que é necessário um residual desinfetante, utilizam-se derivados de clorato NBR15527(2007).

Observa-se no Quadro 1 alguns parâmetros de qualidade da água da chuva para fins não potáveis.

Quadro 1 – Parâmetros de qualidade da água da chuva.

Parâmetro Análise Valor

Coliformes totais Semestral Ausência em 100ml

Coliformes termotolerantes Semestral Ausência em 100ml

Cloro residual livre Mensal 0,5 a 3,0 mg/L

Turbidez Mensal < 2,0 ut, para usos menos restritivo < 0,5 uT

Cor aparente (caso não seja utilizado nenhum

corante, ou antes, da sua utilização) Mensal < 15

Deve prever ajuste de pH para proteção das

redes de distribuição, caso necessário Mensal pH de 6,0 a 8,0 no caso de tubulação de aço carbono ou galvanizado

NOTAS: uT é a unidade de turbidez uH é a unidade de Hazen Fonte: ABNT NBR 15527 (2007).

O sistema de aproveitamento de água de chuva nas edificações é importantíssimo para a redução de água potável devido as grandes vantagens trazidas, bem como a conservação da água, o uso consciente visando a preservação do meio ambiente e no auxílio do sistema de drenagem dos grandes centros urbanos.

2.7 CONSUMO DE ÁGUA NÃO POTÁVEL

A água para consumo humano divide-se em dois segmentos de uso: potável e não potável.

A água potável é destinada para beber, higiene pessoal, preparação de alimentos etc. Já a água não potável é utilizada para descarga de bacias sanitárias, lavagem de veículos, calçadas, irrigação de jardins etc.

A reciclagem desta água nos traz benefícios importantes, como proteção do meio ambiente, economia de energia, entre outros. Quando se pensa em reuso ou reciclagem da água, deve-se ter em mente qual a finalidade a que se destina, pois esta é a principal tomada de decisão no que se refere ao projeto de aproveitamento de águas pluviais, visando sempre ao equilíbrio entre custo e benefício.

Conforme o Quadro 3, é possível definir os processos necessários para a correta utilização da água de acordo com a sua finalidade.

Quadro 3 – Necessidade de tratamento de água exigido conforme uso.

Uso da água da chuva Tratamento de água

Rega de jardins Não é necessário

Irrigadores, combate ao incêndio, ar-

condicionado É necessário para manter os equipamentos em boas

condições Fontes e lagoas, banheiros, lavagem de carros

e roupas É necessário, pois a água entra em contato com o

corpo humano de forma direta ou indireta Piscina/Banho, beber ou cozinhar A desinfecção é necessária, a água é ingerida

diretamente ou indiretamente Fonte: GROUP RAINDROPS (2002).

Com base nestes dados, conclui-se que os tipos de tratamento de água variam muito de acordo com a destinação que ela terá. Mesmo quando destinada para fins não potáveis é necessário um tratamento simples, seja por filtração ou uma sedimentação natural, garantindo assim o prolongamento da vida útil dos equipamentos envolvidos no sistema, reduzindo as manutenções periódicas.

2.8 CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA

Existem muitos tipos de captação e aproveitamento da água de chuva, que variam com a finalidade a que se destina e custo de investimento.

Segundo Lee et. aI. (2000), a técnica mais simples e mais comum, ocorre pela superfície dos telhados e na maioria das vezes produz uma água de melhor qualidade que coletada no solo.

Embora esse sistema seja muito útil, a água da chuva não deve ser considerada a única fonte do suprimento de água, ou seja, ela deve ser uma alternativa, suplementando o abastecimento de água potável (KOENIG, 2003, pg.56).

Com o avanço das tecnologias, foram desenvolvidas novas técnicas de captação das águas das chuvas. Com a utilização de novos materiais e equipamentos, surgiram novas práticas de aproveitamento que buscam melhorar a qualidade e eficiência dos sistemas de reaproveitamento pluvial.

A viabilidade da implantação deste sistema depende de alguns fatores importantes, tais como: precipitação, área de captação, demanda de água, clima, local a ser instalado e demais fatores econômicos a serem analisados.

A concepção do sistema deve levar em conta a viabilidade técnica e econômica conforme supracitado, onde a área de captação das coberturas e pisos deve ser compatível com a demanda e sistema adotados.

Independente do sistema escolhido, algumas premissas são semelhantes para todos, como por exemplo, a área de captação, calhas, condutores verticais e horizontais, filtragem para eliminar materiais grosseiros, dispositivo de descarte da primeira chuva e reservatório de armazenamento.

Destacam-se quatro formas de sistemas de reaproveitamento das águas de chuvas:

 Fluxo total: Toda a chuva coletada pela superfície de captação é direcionada para o reservatório de armazenamento, passando antes por um sistema de filtragem. A água que extravasa do reservatório é escoada para o sistema de drenagem.

 Derivação: Neste sistema uma derivação é instalada na tubulação vertical de descida de água, descartando assim a primeira chuva e direcionando para a rede de drenagem. Também chamado de sistema autolimpante.

 Retenção: É construído um reservatório com uma grande capacidade de armazenamento para reter um grande volume de água pluvial afim de evitar inundações. Este sistema possui uma válvula que regula a saída de água correspondente ao volume adicional de retenção para o sistema de drenagem.

 Infiltração no Solo: Toda a água da chuva coletada vai ao reservatório de armazenamento, passando por um sistema de filtragem. O volume excedente é direcionado para um sistema de infiltração no solo.

2.8.1 Área de captação

As áreas de captação, geralmente são compostas por telhados e outras áreas impermeáveis como pisos, calçadas, estacionamentos etc.

Habitualmente, usa-se a captação via telhados, por ser uma água mais limpa, sem influência do solo e diminuindo a necessidade de filtração.

Tanto o volume coletado, quanto a qualidade da água, têm incidência direta com o material empregado no telhado, pois cada material possui um coeficiente de escoamento pluvial, também chamado de coeficiente de runoff, que é definido como a razão entre o volume escoado de água superficial e o volume de água precipitado. Esse volume de água é captado nos telhados através de calhas e condutores.

2.8.2 Calhas e condutores

São responsáveis pelo transporte da água coletada nas superfícies até os filtros ou sistemas de descarte das primeiras águas, se houver, ou diretamente para reservatórios de armazenamento.

Podem ser de diversos tipos de materiais, tais como PVC, material metálico ou qualquer material rígido e resistente ao que for solicitado.

2.8.3 Filtros

Os filtros servem para reter o material grosseiro advindo das superfícies coletoras de água, descartando as primeiras águas de chuva que normalmente são águas mais salobras. Também têm grande importância para a separação de folhas, galhos e outros, pois o acúmulo desses materiais pode danificar o sistema como um todo, comprometendo a qualidade da água.

2.8.4 Descarte primeira chuva

Com um longo período de estiagem é normal o acúmulo de sujeira nas áreas de captação. Então, quando há uma precipitação, a chuva acaba lavando as superfícies, carregando consigo todas as sujeiras e impurezas presentes nos ambientes de captação.

Por isso, é recomendado descartar as águas iniciais para que essas impurezas não fiquem contidas no sistema de captação, conforme ilustrado na Figura 4 abaixo.

Figura 4: Descarte primeira chuva com sistema de bóia.

Fonte: Ranatunga (1998).

2.8.5 Reservatórios de Armazenamento

Os reservatórios têm a função de acumular as águas captadas, e é a parte mais onerosa do sistema, pois podem ser de diversos tipos de materiais que tem diversas variações de custo.

Devem ser dotados de alçapões de acesso, dispositivo de limpeza, ventilação, boia mecânica ou chave boia eletrônica, sistema de alimentação de água alternativa para quando há grande período de estiagem, sistema de bombeamento devidamente dimensionado para recalcar a água até os reservatórios superiores, que obrigatoriamente devem ser totalmente separados do sistema de água potável afim de evitar qualquer tipo de contaminação.

Estes devem ser instalados onde possa ter fácil manutenção quando necessário, preferencialmente não ter contato com a luz solar para evitar a proliferação de microrganismos. O tubo de ventilação deverá ter tela protetora de no mínimo malha #4mm para evitar a entrada de insetos ou pequenos animais. A limpeza deve ser feita regularmente removendo as sujeiras que ficam depositadas no fundo.

O dimensionamento dos reservatórios de reaproveitamento das águas de chuva deve ser realizado de modo que o seu volume não seja inferior a capacidade diária de água potável computada por habitante, ou seja, o cálculo de água potável deve ser considerado em sua totalidade levando em consideração a população a qual atende.

2.8.6 Dimensionamento

O dimensionamento, de uma forma geral, depende da quantidade de água captável do sistema, que varia muito de acordo com área de captação, região, índice pluviométrico, entre outros. Para um cálculo de precipitação média mensal usam-se dados históricos de precipitação dos últimos 10 anos ou mais. Esse tipo de conhecimento torna o sistema mais eficaz podendo ser melhor determinado o volume de água a ser armazenado.

Em muitos casos o reservatório é superdimensionado na tentativa de atender 100%

da demanda de água não potável com água de chuva. Procura-se sempre trabalhar com uma margem de segurança para garantir confiabilidade do sistema.

Existem diversos métodos de dimensionamento dos reservatórios de água de chuva, porém todos necessitam atender às mesmas premissas básicas a serem atendidas, tais como: precipitação, coeficiente de escoamento, área de captação e volume do reservatório.

Dentre os métodos existentes de dimensionamento e baseando-se na NBR 15527 (2007), destaca-se o Método Azevedo Neto, que calcula o volume de água de chuva aproveitável através da equação abaixo.

V = 0,0042 * P * A * T Sendo:

V = volume de água aproveitável (volume de água do reservatório) (L);

P = precipitação anual (mm);

A = área de coleta em projeção (m²);

T = Número de meses de pouca chuva ou seca (período de estiagem).

Conforme citado, existem diversos métodos de dimensionamento dos reservatórios de armazenamento de águas da chuva, o método Azevedo Neto retrata um método para cálculo no cenário brasileiro.

2.9 ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA

Para fazer a verificação da viabilidade econômica de um projeto, existem alguns métodos como por exemplo, o Valor Presente Líquido - VPL, a Taxa Interna de Retorno – TIR, a Taxa Interna de Retorno Modificada – MTIR e o payback descontado.

Segundo Padoveze (2005), a medida do VPL representa a diferença entre os fluxos de caixa futuros, trazidos ao presente pelos custos de oportunidade do capital e o investimento inicial.

Dentro das análises de custo e maximização de benefícios, a opção que melhor oferecer o maior VPL será a mais atrativa. E quando as alternativas propostas possuírem os mesmos critérios e benefícios, a que tiver menor custo comprovado será então a mais atrativa, conforme Athayde et al. (2008), como exemplifica a Figura 5 abaixo.

Figura 5: Conceito de VPL.

Fonte: Oliveira (2008).

A análise do VPL se dá da seguinte maneira:

 VPL > 0, o projeto é atrativo.

 VPL = 0, o projeto é indiferente.

 VPL < 0, o projeto não é atrativo.

Segundo Zanin et al. (2009), podem ser citadas algumas vantagens do VPL, tais como: o valor do dinheiro no tempo, descontando os fluxos de caixa corretamente. Os VPLs podem ser somados utilizando todos os fluxos de caixa e dependem apenas dos próprios fluxos de caixa e capital.

Como desvantagens pode se colocar: dependem da determinação do custo de capital, supõe-se que a taxa de desconto seja a mesma para todo o período do projeto, tem um conceito de difícil assimilação pelos investidores do que uma taxa de retorno.

A TIR de um projeto é a taxa de desconto que o valor presente das receitas ao valor presente dos desembolsos, ou seja, a TIR é aquela que torna o VPL nulo em um projeto, conforme Oliveira (2008).

Payback descontado é a atualização por meio de taxas que consideram o valor do investimento no tempo, em vários fluxos de caixa para o momento inicial, confrontando esse resultado líquido com o valor investido.

Segundo Padoveze (2005), o problema do payback descontado é que não considera os resultados de caixa que ocorrem após o período de fluxo de caixa total do projeto,

sendo assim, inferior aos métodos de TIR e VPL, que por sua vez consideram o fluxo total de caixa. Este método serve como apenas um indicador na seleção entre as alternativas de investimento.

A implantação do projeto é uma variável de análise econômica de custo do projeto, quanto menor é o custo e maior retorno, mais viável e rentável será o projeto.

Conforme Ceotto (2009), 80% do custo total de um edifício durante a sua vida útil, está na fase de operação, e a possibilidade de interferência no custo total é de 5% para fase de uso e operação, como verifica-se nas Figuras 6 e 7, abaixo.

Figura 6: Gráfico do custo total de um edifício durante sua vida útil.

Fonte: Ceotto (2009).

Figura 7: Gráfico da possibilidade de interferência no custo total de um edifício.

Fonte: Ceotto (2009).

Verifica-se nas Figuras 6 e 7 que é na fase de idealização que as especificações do projeto podem ser definidas para otimizar a implantação no projeto, refletindo assim os gastos do morador final, que é na fase de uso e ocupação que é o maior custo de um edifício durante a sua vida útil.

3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

Neste capítulo são apresentados, respectivamente, a descrição do tipo de pesquisa realizado, bem como o detalhamento das variáveis a serem estudadas e a ferramenta utilizada para o tratamento das mesmas.

3.1 CARACTERIZAÇÃO DA PESQUISA

Segundo a área do conhecimento, conforme definidas pelo CNPq (2020), este Trabalho se situa na grande área das engenharias, dentro da subárea da Engenharia Hidráulica, mais especificamente no ramo da Hidráulica.

Quanto à pesquisa aplicada, o Trabalho classifica-se como sendo uma pesquisa aplicada, uma vez que, conforme Gil (2010), o tipo de pesquisa assim denominado pretende “resolver problemas identificados no âmbito das sociedades em que os pesquisadores vivem” (GIL, 2010, p. 27). Ora, na medida em que se pretendem apresentar soluções para a utilização da água que normalmente se destina ao escoamento pluvial, considera-se que se está resolvendo um problema que envolve toda a sociedade.

Quanto aos objetivos, enquadra-se esta pesquisa dentro do tipo denominado pesquisa exploratória, pois, tendo em vista o que afirma o mesmo autor, este é o tipo da

“maioria das pesquisas realizadas com propósitos acadêmicos, pelo menos num primeiro momento.” (GIL, 2010, p. 27). Ainda dentro dessa subdivisão, a coleta de dados se dará através de levantamento bibliográfico e levantamento de dados, os quais estão descritos na seção 3.3.1. Para o levantamento de dados será realizada também uma pesquisa de campo, conforme conceituada por Martins Junior (2008) é aquela em que ocorre “...um maior contato com a população pesquisada a fim de verificar a ocorrência de algum fenômeno que estaria influenciando sobre ela.” (MARTINS JUNIOR, 2008, p. 59)

Quanto aos métodos empregados, classifica-se a mesma, ainda conforme a subdivisão estabelecida por Gil (2010), referente a natureza dos dados, como uma pesquisa quantitativa, uma vez que nos interessa neste Trabalho o total numérico de economia de água a ser obtido, após a implantação do projeto proposto. Quanto ao

ambiente em que os dados serão coletados, o trabalho será parcialmente de campo, pois serão medidos os elementos geométricos da edificação, quanto de laboratório, considerando-se aqui esta expressão como o escritório onde se realizarão os cálculos hidráulicos. Ainda dentro da classificação maior dos métodos empregados, qualifica-se a pesquisa como não experimental, uma vez que ela se desenvolve sobre formulações já existentes e consagradas.

3.2 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DA COLETA DE DADOS

Neste capítulo seguem as apresentações das variáveis e suas definições dos quais serão utilizadas ao longo do capítulo.

3.2.1 Definição operacional das variáveis

Inicialmente foi realizado o levantamento da quantidade de habitantes permanentes e temporários na edificação, através de um planejamento de cálculo de área e tabela populacional de acordo com o tipo de uso.

Foi realizado o cálculo do índice pluviométrico de acordo com as tabelas de intensidade pluviométrica da região, conforme NBR 10844/89, através de cálculo conforme concessionária da região de estudo.

O volume do reservatório foi calculado através dos dados coletados através do levantamento populacional e resultado do índice pluviométrico.

A água coletada deverá ter uma filtragem que atinja o mínimo de qualidade para o uso conforme sua necessidade. Poderá ter sua primeira filtragem através de filtros do tipo vórtex ou similar. Caso necessário, também deverá ser feito o processo de cloração para a água atingir os níveis mínimos de potabilidade.

Após todo o processo supracitado, a análise econômica será feita através de uma planilha orçamentária que terá índices comparativos para a verificação do custo-benefício do sistema.

4 RESULTADOS

Este capítulo abrange uma análise dos dados bem como sua interpretação, a qual é seguida da descrição dos três métodos analisados e sua respectiva análise. Logo após é relatado o procedimento operado sobre o método utilizado, encerrando com o estudo de viabilidade econômica do projeto.

4.1 ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS DADOS

Neste capítulo serão apresentados os resultados do estudo de implantação de um sistema de aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis em um edifício comercial na cidade de Porto Alegre / RS.

Para este estudo fez-se uma análise de potencial econômico de água, através de um levantamento de população e meios de utilização da mesma. Estimou-se o volume mínimo necessário de água não potável para atender a mictórios, bacias sanitárias, torneiras de limpeza de pisos e irrigação dos jardins.

Através da classificação do tipo de edificação do projeto arquitetônico, obtém-se a quantidade populacional permanente, mediante o número de salas descritas em projeto e estima-se a população não permanente.

Já para o levantamento dos dados pluviométricos, foram utilizados índices de precipitação de chuva da região, juntamente com as áreas de captação a serem consideradas para o dimensionamento, através do comparativo de três métodos: o analítico de Rippl para demanda constante, método de Azevedo Neto e o método de estimativa de demanda conforme o consumo.

4.2 MÉTODO ANALÍTO DE RIPPL – DEMANDA CONSTANTE

Apresenta-se abaixo a Tabela 3 de dimensionamento de reservatório através do método analítico de Rippl.

Tabela 3 – Dimensionamento do reservatório pelo método de Rippl, usando a média mensal de chuvas de Porto Alegre / RS.

Meses Chuva média mensal

Demanda constante mensal

Área de Captação

Volume de chuva mensal

Diferença entre os volumes da demanda vol. de

chuva col.3 - col.5 (m³)

Diferença acumulada da

coluna 6 dos valores positivos

Obs.

(mm) (m³) (m²) (m³) (m³) (m³)

Coluna 1

Coluna 2

Coluna 3

Coluna 4

Coluna 5

Coluna 6

Coluna 7

Colun a 8

Janeiro 101,9 132 200 17 115 115 D

Fevereiro 104,4 132 200 17 115 230 D

Março 84,1 132 200 14 118 348 D

Abril 96,9 132 200 15,5 116,5 464,5 S

Maio 96,4 132 200 15,5 116,5 581 S

Junho 122,8 132 200 20 112 693 S

Julho 130,6 132 200 21 111 804 S

Agosto 112,8 132 200 18 114 918 S

Setembro 136,8 132 200 22 110 1028 S

Outubro 131,2 132 200 21 111 1139 S

Novembr

o 105 132 200 17 115 1254 S

Dezembr

o 94 132 200 15 117 1371 S

Totais 1.316 1.584

m³/ano 197,5 ≤ 1.584

m³/ano

Conforme preceitua Tomaz (2003), o total da coluna 5 deve ser maior que o total da coluna 3, o que não se verifica com base nos dados obtidos. Desta maneira, numa primeira abordagem, não se recomendaria Rippl para esta situação. Abordaremos na sequência, mais dois outros métodos.

Abaixo a descrição individual das colunas da Tabela (3).

Coluna 1: Período de tempo do estudo, variável de janeiro a dezembro.

Coluna 2: Média das chuvas mensais em milímetros do município de Porto Alegre, conforme Weatherspark (2022).

Coluna 3: Demanda mensal calculada de acordo com a necessidade, fornecida em metros cúbicos, considerando que em Porto Alegre, conforme decreto 18.611 do DMAE (2014), o consumo para edifício comercial é de 50 litros/dia/habitante. Para o cálculo populacional utilizou-se o Decreto 51.803/2014 do CBMRS, conforme Porto Alegre (2014) para a classificação do tipo de edificação, e para a população verificou-se na IT N°11 (Instrução Normativa) deste mesmo decreto, que é considerada 1 pessoa a cada 7m².

O empreendimento possui 5 andares, com 4 salas comerciais por andar. Com base nesta premissa inicial calculou-se a população das salas, sendo 100m²/7m², totalizando 15 pessoas por sala x 4 salas/andar x 5 andares, obtendo um total de 300 pessoas. Uma planta baixa pode ser visualizada na Figura 8, acompanhada da Figura 9.

Logo; 300 pessoas x 50 (litros/dia/habitante) x 22 (dias úteis/mês), o que resulta em um consumo total aproximado de 330.000 litros de água (330m³).

Figura 8: Planta baixa pavimento tipo edifício comercial

Fonte: Melcnick (2022)

Conforme Tomaz (2011), no consumo de água potável, cerca de 40% (20 litros/dia/habitante) de água são gastos nas descargas das bacias sanitárias e mictórios.

Dito isto, teremos uma média de 132 m³/mês. Conforme o cálculo anterior, temos, para o somatório da coluna 3, um total de 1.584 m³ de média máxima anual.

Esse volume total da demanda ou do consumo deve ser menor ou igual ao volume total da Coluna 5, onde temos 197,5 m³/ano.

Coluna 4: Área de captação da água de chuva, que é suposta constante durante o ano. A área de captação é fornecida em metros quadrados e é a projeção horizontal do telhado sobre o terreno.

Coluna 5: Volumes mensais disponíveis da água de chuva, obtido multiplicando-se os valores da coluna 2 pela coluna 4 e pelo coeficiente de runoff de 0,8, dividindo-se por 1000 para que o resultado seja em metros cúbicos.

Figura 9: Planta baixa cobertura edifício comercial

Fonte: Melcnick (2022)

O total da coluna 5, do volume de chuva de água fornecida pela chuva média de janeiro à dezembro, é de 197,5 m³/ano, que deverá ser maior ou igual ao volume total da demanda ou consumo, a que se refere à coluna 3.

Coluna 6: Diferenças entre os volumes da demanda e os volumes de chuvas mensais. Na prática é a (coluna 3 - coluna 5), onde o sinal negativo indica que há excesso de água, e o

sinal positivo indica que o volume da 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 preenchimento desta coluna é admitida a hipótese inicial do reservatório estar cheio. Os valores negativos não são computados, pois correspondem a meses em que há excesso de água (volume disponível que supera a demanda). Inicialmente somam-se os valores positivos, até que a diferença se anule, desprezando todos os valores negativos seguintes, recomeçando-se a soma quando aparecer o primeiro valor positivo (GARCEZ, 1960).

O volume máximo obtido na coluna 7, pelo método de Rippl, seria de 1371 m³.

Sendo assim, o reservatório para regularizar a demanda constante de 132 m³ deverá ter no mínimo 1371 m³ de capacidade.

Coluna 8: O preenchimento desta coluna é realizado, usando as letras E, D e S, sendo:

E = água escoando pelo extravasor;

D = nível de água baixando;

S = nível de água subindo;

4.3 MÉTODO AZEVEDO NETO – MÉTODO PRÁTICO BRASILEIRO

Segundo Azevedo Netto (1991) o aproveitamento da água de chuva para abastecimento aplica-se para sistemas individuais e coletivos. O dimensionamento dos sistemas de abastecimento de água de chuva envolve os seguintes dados: precipitação anual mínima, número máximo de dias sem chuvas significativas, consumo de água mensal. Conforme ABNT (2007), o volume do reservatório de água pluvial pelo método de Azevedo Neto é obtido por meio da equação abaixo:

V = 0,042 x P x A x T, onde:

V - Volume de água aproveitável

P - Precipitação anual em (mm) – RS = 1316 ou 1.316 m³/ano A - Área de contribuição – 200m²

T - Meses de pouca chuva ou seca – 8 meses V = 0,042 x 1316 x 400 x 8

V= 88.435,20 litros/ano V= 88.435,20 / 12 V= 7.369,60 litros/mês

Volume adotado conforme tamanho de mercado = 10m³ 4.4 MÉTODO ESTIMATIVA DE DEMANDA DE ACORDO COM O CONSUMO

Para bacias sanitárias e mictórios utilizaram-se valores próximos aos recomendados em Tomaz (2003), onde nos diz que para bacia sanitária são 5 acionamentos por dia por pessoa, 6 litros por acionamento e mictórios 1,5 litros por acionamento.

Deste ponto de partida, foram considerados neste estudo, 3 acionamentos de bacia sanitária e 3 acionamentos de mictórios, por ser um edifício comercial onde o tempo de permanência dos ocupantes é menor.

 Para bacias sanitárias e mictórios:

6 (litros/descargas/bacias) + 3 (litros/descargas/bacias) x 3 vezes ao dia x (dias úteis/mês) População = 300 pessoas

Consumo = 300 pessoas x 6 litros/descargas/bacias x 1,5 litros/descargas/mictórios x 3 vezes ao dia x 22 dias

Consumo = 178.200 litros/mês

Consumo = 178.200 litros/mês / 22 dias = 8.100 litros/dia = 8,1 m³ por dia só para descarga.

 Para torneiras de jardim e limpeza:

Para a rega de jardim comum, segundo TOMAZ (2003), a taxa é de 2 L/m²/dia, com uma frequência estimada em duas vezes por semana. Para limpeza de pisos considerou- se 2 L/m²/dia.

Tem-se 165 m² entre floreiras e jardins no pavimento térreo do empreendimento, ao longo da planta mostrada na Figura 10.

Figura 10: Planta baixa térreo edifício comercial

Fonte: Melcnick (2022)

Consumo = 165m² x 4 L/m²/dia x 2 vezes/semana x 4 semanas / 1000 = 5,3m³ Logo, temos:

Resumo consumo não potável:

Descargas bacias sanitárias e mictórios: 8,1m³ / mês Rega de jardim e limpeza: 5,3m³ / mês

Total: 13,4m³ / mês

Volume adotado conforme tamanho de mercado = 15m³ 4.5 COMPARATIVO DOS MÉTODOS

No método de Rippl, a demanda é calculada em função da previsão das médias do histórico de chuvas anuais. Este método não leva em consideração os pontos de consumo para o dimensionamento do reservatório. Notou-se que em função da área de captação, a demanda torna-se muito maior do que a capacidade de chuvas mensais, o que implica um reservatório com volume exagerado e muito oneroso. Este método, para Garcez (1960), é comumente utilizado para dimensionamento de reservatórios públicos, aproveitamento hidrelétrico, irrigação, controle de enchentes e regularização de cursos d’água.

No método de Azevedo Neto, o cálculo é direto e voltado para uma precipitação constante relacionada ao histórico das chuvas (150mm), dividindo pelo tempo de 3600 segundos, o que nos dá o coeficiente aproximado de 0,042 L/s. Este método também leva em consideração uma estimativa empírica dos meses de seca, multiplicando pela área e pela precipitação anual da região em questão, o que resulta em um dimensionamento de reservatório menor e mais coerente.

No método de estimativa em função do consumo por ponto, que utiliza por base o consumo padrão de água de acordo com o uso e a frequência do mesmo, observa-se que há uma diferença entre os demais métodos que é de não levar em consideração o período de estiagem nem o histórico das chuvas mensais. Este método denota haver uma maior assertividade para a previsibilidade do consumo de água não potável, evitando assim maiores desperdícios comparado com o método de Rippl. Assemelha-se com o método de Azevedo Neto (1991) que da mesma forma resulta em um dimensionamento mais efetivo.

Com base nessa análise foi escolhido o método de estimativa de acordo com o consumo, para poder efetuar o dimensionamento do reservatório de água de aproveitamento pluvial com mais precisão, seguindo a premissa de poder utilizar um reservatório menor, o que diminuirá o impacto na estrutura e não trará problemas de abastecimento, pois a demanda de utilização é real de acordo com a vazão dos equipamentos.

A partir daí, será realizada a análise econômica para a verificação de viabilidade para implantação do sistema.

4.6 ESCOLHA DOS RESERVATÓRIOS DE ACORDO COM O DIMENSIONAMENTO Conforme o dimensionamento por estimativa, obtemos o volume de 13,4 m³/mês, foram adotados dois reservatórios de 15 m³ seguindo os diâmetros comerciais, totalizando 30 m³ para dois dias de reserva, de acordo com a lei 18.611 do DMAE (2014), concessionária de água de Porto Alegre.

Os reservatórios serão dispostos em um inferior e dois superiores. Sendo assim temos:

 Inferior (reservatório de recalque) – 50% do volume = 15 m³

- Será uma unidade em concreto armado de 15 m³ (15.000 litros)

 Superiores (reservatórios de alimentação / consumo) – 50% do volume = 15 m³ - Serão duas unidades de 7,5 m³ (7.500 litros)

4.7 EQUIPAMENTOS QUE COMPÕEM O SISTEMA DE APROVEITAMENTO

Neste item descrevem-se o processo da alimentação de água, a utilização de bocais, bem como o processo de cloração da água e a alimentação da cisterna.

4.7.1 Alimentação de água e equipamentos dos reservatórios superiores

Os reservatórios superiores terão dispositivos de limpeza, ventilação, ladrão e aviso, para qualquer tipo de manutenção preventiva. A alimentação principal de água destes reservatórios superiores será feita através do recalque advindo do reservatório inferior, este que será controlado através de chaves-boias, que são equipamentos para controle de volume mínimo e máximo de água.

Este equipamento envia o sinal de liga e desliga para as bombas submersas de recalque, localizadas dentro da cisterna inferior de concreto armado, conforme Figura 11.

Figura 11: Reservatórios superiores de aproveitamento pluvial da cobertura

Fonte: Melnick (2022)

4.7.2 Alimentação alternativa de água

O sistema também será equipado com registros e válvulas de esfera para interrupção do fluxo de água. Caso seja necessário, disporá de um sistema de abastecimento alternativo de água, para o período de estiagem. Este sistema será controlado por uma válvula solenoide em cada unidade, que fará o controle do volume dos reservatórios quando não houver água proveniente das chuvas nos reservatórios inferiores. Essa válvula, como ilustrado na Figura 12, se abrirá completando com água potável o nível dos reservatórios superiores, mantendo assim o sistema sempre em funcionamento.

Figura 12: Vista lateral dos reservatórios superiores de aproveitamento pluvial na cobertura

Fonte: Melnick (2022)

4.7.3 Bocal Separador e Kit de interligação

O sistema contará também com um bocal separador, conforme Figura 13, a fim de evitar o contágio da água potável com a água de aproveitamento por micro-organismos.

Este pode ser feito com a tubulação de uma forma mais simplificada ou até mesmo com um Kit de interligação que já possui mangueira em inox e válvula solenoide.

Figura 13: Bocal separador com kit de interligação

Fonte: Aquastock (2007)

4.7.4 Cloração

Como o uso desta água de aproveitamento será destinado a bacias sanitárias, torneiras de limpeza e rega de jardim, deverá ter um sistema de cloração simples através de pastilhas depositadas nos reservatórios ou até mesmo um sistema mais automático, mantendo assim a potabilidade mínima para utilização desta água.

Esta potabilidade deve obedecer a qualidade mínima desta água para o seu tipo de uso, e o cloro residual livre deve estar entre 0,5 e 3,0 mg/L, no esquema apresentado na Figura 14.

Figura 14: Sistema automático de cloração por dosador

Fonte: Valac (2015)

4.7.5 Alimentação de água da Cisterna

A cisterna inferior, Figura 15, de aproveitamento pluvial será alimentada por tubulações que provém das coletas de cobertura, pisos e floreiras. Também será dotada de inspeção para qualquer tipo de manutenção, e extravasor para escoamento por transbordamento de água quando a capacidade total do reservatório for atingida.

Figura 15: Reservatório inferior de aproveitamento pluvial

Fonte: Melnick (2022)

4.7.6 Sistema de filtragem e descarte das primeiras águas

Antes das águas coletadas irem para o reservatório de aproveitamento pluvial, passam por um sistema de filtragem que possibilita o descarte das primeiras águas, ou seja, este é o primeiro volume coletado que pode conter impurezas como galhos, folhas, insetos e musgo.

Para este tipo de filtragem, adotou-se o equipamento de filtragem 3P, conforme Technick (2012), que faz esse tipo de filtragem garantindo até 95% de eficiência e baixa manutenção, conforme descrição do fabricante.

As águas passam pelo filtro, conforme Figura 16, que internamente tem elementos filtrantes e um cesto de coleta onde fica retida uma parte do material orgânico. Daí em diante as primeiras águas serão encaminhadas para a galeria pública pluvial, ou seja, o descarte. O restante do volume captado é encaminhado para a cisterna como ilustrado na Figura 16.

Figura 16: Filtro 3P VF1 Technick

Fonte: Aquasave (2012)

Após as águas coletadas passarem por este sistema de filtragem, são encaminhadas para a cisterna de armazenamento, esta que deverá ser bem vedada da luz para evitar proliferação de microrganismos, também seria o ideal ter um sistema de cloração independente para a cisterna para melhorar a qualidade da água, e também evitar acúmulo de sujeiras nas bombas de recalque.

Como já dito no item 4.7.2., o sistema de alimentação de água alternativa será instalado apenas nos reservatórios superiores, pois assim, em um período de estiagem, evita-se o gasto de energia desnecessário das bombas de recalque. Porém é muito importante manter a manutenção destas bombas sempre em dia para evitar maiores prejuízos futuros.

Deverá ser previsto um sistema de automação para esse conjunto de bombas de recalque, interligadas juntamente com as chaves-boias de comando que estarão localizadas junto aos reservatórios superiores. Nesta posição, sinalizarão para as bombas de recalque quando o nível de água estiver baixo nos reservatórios superiores.

Sendo assim, o sistema primeiro deverá verificar se há água na cisterna antes de ligar as bombas, esta verificação se dará através de uma chave-boia instalada na própria cisterna. Caso não haja água na mesma, o sistema então dará o sinal para o acionamento da válvula solenoide, que fará então a liberação de água para os reservatórios superiores através desta alimentação alternativa, conforme Figura 17.

Figura 17: Reservatório inferior de aproveitamento pluvial

Fonte: Melnick (2022)

4.8 ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA

Com base nas informações de consumo, fez-se uma estimativa aproximada de custo dos materiais empregados, equipamentos utilizados, além da economia de água potável gerada com a implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial.

Foi considerado um reservatório inferior em concreto armado de 15m³ enterrado, para melhor otimização de espaço e disposição das tubulações que chegam no mesmo.

Para o recalque desta água coletada, o sistema dispõe de um conjunto motor- bomba, composto por bomba principal e reserva. As características adequadas do par de bombas foram encontradas no catálogo do fabricante, seguindo o dimensionamento prévio para este estudo, com os seguintes dados:

 Vazão: 5 m³/h

 Altura manométrica: 30 m.c.a.

 Potência: 3CV

No dimensionamento deste conjunto de bombas foi considerado o valor máximo de 6 horas de funcionamento, para suprir a demanda diária de água pluvial que o edifício comercial necessita.

Já para os custos das tubulações e conexões foi considerado um percentual de 15% do custo total da implantação do sistema, de acordo com Ferreira (2005), baseando- se em estudos realizados.

Ainda neste cálculo de custo, soma-se mais o percentual de 5% relativo à mão de obra dos serviços de instalações dos equipamentos.

Assim, obtemos o total de 20% do custo total do sistema, para tubulações, conexões e mão de obra para a instalação dos equipamentos.

Abaixo o resumo simplificado dos custos dos materiais e equipamentos, necessários para a implantação do sistema de aproveitamento de água da chuva, como referenciado na Tabela 4.

Tabela 4 – Resumo dos custos pelo método de Azevedo Neto

Equipamento / Material Quantidade Unidade Custo unitário

(R$) Custo total (R$) Reservatório em concreto armado

15m³ + M.O. 15 m³ 800 12.000

bombas de recalque 3CV +

equipamentos 2 un. 5.987 11.974

Reservatório superior fibra de vidro

7.500 litros 2 un. 4.979 9.958

Filtro 3P VF1 Technick 200m² 1 un. 2.250 2.250

Dispositivo de cloração automático 1 un. 371 371

Kit de interligação – alimentação

alternativa 1 un. 2.430 2.430

Filtro flutuante de sucção p/ as

bombas de recalque 1 un. 1.200 1.200

Tubulações e conexões de água e

esgoto - - 20% do total 8.036

Total - - - 48.220

Fonte: o autor (2022)

4.9 ESTIMATIVA DO PERÍODO DE RETORNO DO INVESTIMENTO 4.9.1 Custo básico mensal pela utilização de água potável

Em Porto Alegre a tarifa básica de água mensal para estabelecimento comercial é de R$ 14,27, segundo o decreto n.º 21.925, de 11 de fevereiro de 2022 do DMAE.

Podemos ver o custo normal de água potável na Tabela 5.

Tabela 5 – Custo mensal de água potável

Valor do m³ de água em Porto Alegre (R$) 14,27

Consumo de água mensal (m³) 330

Total custo mensal de água potável (R$)

4.709 Fonte: o autor (2022)

4.9.2 Economia mensal considerando o aproveitamento de água pluvial

Conforme já dito na página 29, e como precede Tomaz (2011), foi destinado 40%

do volume total de água potável ao aproveitamento pluvial.

Sendo assim obtemos o volume de 132 m³ de água pluvial captada, para fins de cálculo de economia de água potável. O valor econômico expresso em reais está disposto na tabela 6 abaixo.