APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA EM EDIFICAÇÃO DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
Vinícius Paes de Barros 1* & Luciana Sanches 2
Resumo – O presente trabalho objetivou a proposta de um projeto de aproveitamento de água de
chuva na Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia e Instituto de Ciências Exatas e da Terra (FAET/ICET) da Universidade Federal de Mato Grosso, verificando sua viabilidade técnica e econômico-financeira. Para tanto, foi realizado diagnóstico da provável área de coleta de água pluvial, buscou-se os dados de precipitação pluviométrica locais, projetos existentes do local em questão e visitas ao local. A partir de então, foram realizadas as estimativas de captação e demanda da água não-potável, para que fosse possível dimensionar a rede e os reservatórios. No cálculo do reservatório, percebeu-se a necessidade de diminuição da área de coleta e demanda, para que o reservatório de armazenamento não tivesse dimensões exageradas. Elaborou-se levantamento de custos de execução, o qual apresentou o projeto como inviável economicamente: o investimento seria pago em 67,7 anos, devido aos elevados custos dos materiais para a adaptação do sistema pluvial atual do bloco FAET/ICET. Contudo, tecnicamente, é um projeto viável, e, se realizadas pesquisas para redução dos custos, poderá ser viabilizado também ecônomo-financeiramente.
Palavras-Chave – reservatório, água de chuva, aproveitamento
RAIN WATER RECOVERY IN BUILDING OF THE FEDERAL UNIVERSITY
OF MATO GROSSO
Abstract – This paper aims at proposing a project to use rainwater in the Faculty of Architecture,
Engineering and Technology and Institute of Physical and Earth Sciences (FAET / ICET) of the Federal University of Mato Grosso, verifying its feasibility technical, economic and financial. Therefore, it was held diagnosis of probable area rainwater collection, we sought data on local rainfall, existing projects the location in question and site visits. Since then, estimates of demand and uptake of non - potable water were performed; it was possible to scale the network and reservoirs. In the calculation of the tank, we realized the need to decrease the area of collection and demand, so that the storage tank had not exaggerated dimensions. Finally, we elaborated survey of implementation costs, which presented the project as economically unfeasible, the investment would be paid off in 67.7 years due to the high cost of materials for the adaptation of the current of the river system FAET / ICET block. However, technically, is a viable project, and, if searches are made for lower projects cost, the project can be made viable bursar also financially.
Keywords – reservoir, rainfall, water recovery
1 Afiliação: Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, UFMT
2 Afiliação: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, UFMTemail:
A demanda de água no mundo tem crescido. Uma avaliação realizada pela Organização das Nações Unidas, em 1997, aponta que a demanda por água doce cresce com velocidade duas vezes maior que o crescimento da população (CHENG, 2000).
Juntamente a isto, há de se considerar a heterogeneidade da distribuição da água potável no mundo. De acordo com Villers (May, 2004), 20% da água de escoamento global originam-se exclusivamente na bacia Amazônica. Enquanto isso, outras regiões da América do Sul são consideradas entre as mais secas do planeta.
Para tanto, o uso de fontes alternativas apresenta-se como alternativa plausível para satisfazer os locais onde não se faz necessária a utilização da água potável.
Efluentes de processos industriais, esgotos domésticos, águas de drenagem de pátio e agrícola, e águas salobras, as chamadas águas de qualidade inferior, devem sempre que possível ser utilizadas como fonte alternativa de abastecimento para usos menos restritivos (ANA, 2005).
Esta prática é muito difundida em países como Austrália e Alemanha, que têm avançados estudos e sistemas sobre o assunto, permitindo a captação de água de boa qualidade de maneira simples e bastante efetiva em termos de custo/benefício.
O Brasil vem evoluindo na área, com a implantação de normas regulamentadoras (ABNT NBR 15527 - Água de chuva - Aproveitamento de Coberturas em Áreas Urbanas para fins não-potáveis – Requisitos), implantação de Leis Municipais (como em Guarulhos, São Paulo, Curitiba e Santo André), criação da Associação Brasileira de Manejo de Água de Chuva (ABCMAC) e estudos sobre qualidade da água e viabilidade da implantação dos sistemas de aproveitamento.
A cidade de Cuiabá, entretanto, ainda tem poucos estudos sobre o assunto. Por conta disto, este trabalho tem como objetivo não somente inserir na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) os benefícios da captação e aproveitamento de águas pluviais, mas também estimular o estudo e a implantação, tecnicamente correta, dos sistemas de utilização de água de chuva.
O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver um estudo de viabilidade e projeto de aproveitamento de águas pluviais com o dimensionamento do sistema de captação e reservação, e determinação dos custos do projeto para fins não potáveis, para a FAET/ICET, na UFMT, Cuiabá, Mato Grosso.
2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Local de estudo
O bloco a ser estudado foi a Faculdade de Engenharia Arquitetura e Tecnologia (FAET), que teve construções iniciadas em 1970, e o Instituto de Ciências Exatas e da Terra, que teve construção mais recente, ambas pertencentes a Universidade Federal de Mato Grosso., situada em Cuiabá, Mato Grosso.
2.2. Dados de precipitação pluviométrica
Os dados de precipitação pluviométrica foram obtidos no período de 01/01/1989 a 31/12/2010 da Estação Climatológica Mestre Bombled, no Campus da UFMT, a 165m em relação ao nível do mar com coordenadas de 15°36’25,23” S e 56°03’38,94” O. O aparelho utilizado na medição foi o pluviômetro tipo “Ville de Paris”, sendo as análises feitas periodicamente às sete horas da manhã. O período compreende em 22 anos, em um total de 8.035 dias. Foram utilizados dados diários, mensais e anuais de precipitação pluvial para a estimativa do potencial para captação de água de chuva, bem como para o dimensionamento do reservatório.
2.3. Cálculo da área da cobertura
O cálculo da área de cobertura foi efetuado utilizando uma planta baixa da FAET/ICET fornecida pela Pró Reitoria de Planejamento (PROPLAN, UFMT). Resultado este que é importante para determinação do potencial de captação, dimensionamento do dispositivo de first flush e do reservatório.
2.4. Demanda de água
A demanda foi limitada como a rega de jardins durante o período de estiagem (maio a setembro). A delimitação da área de demanda foi feita através da planta baixa da UFMT fornecida também pela PROPLAN-UFMT.
2.5. Dispositivo de First Flush
Para a quantificação do volume descartado foi utilizada a recomendação da norma NBR 15527 (ABNT,2007) de 2mm iniciais de chuva. Foi utilizado um reservatório de descarte. Para tanto se faz necessário o dimensionamento não somente do reservatório, como também do orifício que esvaziará este reservatório automaticamente. Seguindo recomendações de Thomaz (2011), o reservatório deve ser esvaziado em 10 min. O reservatório foi dimensionado multiplicando-se a área utilizada de cobertura pelos 2mm (2L/m²), obtendo-se o volume necessário, conforme equação, 𝑉𝑟𝑒𝑠.𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑡𝑒 = 𝐴𝑐𝑜𝑏× ℎ𝑤. Em que, Vres.descarte é o volume do reservatório de descarte (L); Acob é a área de cobertura
contribuinte (m²); hw a altura da lâmina de água, tomada igual a 2mm (2L/m²).
O orifício que esvaziará o reservatório foi dimensionado a partir da equação do orifício, como se segue, 𝑄 = 𝐶𝑑× 𝐴0 × (2𝑔ℎ)0,5. Em que, Q a vazão de descarga (m³/s); A
0 a área da seção transversal
do orifício (m²); g a aceleração da gravidade tomada igual a 9,81 m/s²; h a altura da água sobre a geratriz superior da galeria ou tubulação (m); Cd o coeficiente de descarga do orifício, tomado igual
a 0,62 (adimensional).
2.6. Dimensionamento do reservatório
Para o dimensionamento do reservatório foi utilizado o método da Análise da Simulação, com dados de série diária. Para Tomaz (2011), o método da Análise de Simulação é o melhor método para se avaliar um reservatório. Este método consiste em arbitrar um volume e verificar o que acontece com a água que vai sobrar (overflow) e com a água que vai faltar (suprimento do serviço público ou caminhão tanque).
Amorim e Pereira (2008) indicam o método da Análise e Simulação como uma opção interessante quando se deseja uma análise detalhada sobre a variação do volume de água do reservatório ao longo de vários anos. Com sua aplicação é possível analisar vários volumes de reservatório simultaneamente, com suas respectivas eficiências. Podendo-se assim realizar a simulação dos volumes dos reservatórios até a obtenção da eficiência desejada. Esta eficiência é função da destinação final e de parâmetros econômicos.
Ainda para este método, McMahon (Thomaz, 2011), define duas variáveis bastante utilizadas nos sistemas de aproveitamento de água de chuva: a Confiança (Rr) e a Eficiência do Sistema (Rv). Tem-se para o primeiro,
n nr
Rr1 (1)
Em que, Rr é a Confiança, (nr/n) é a falha, relação entre o número de meses que o reservatório não atendeu a demanda (nr) e o número total de meses (n).
Vd Vs
Rv 100 (2)
Em que, Rv é a eficiência do sistema, ou confiabilidade volumétrica, Vs é o volume da água de chuva, Vd é o volume da demanda.
O volume do reservatório a ser escolhido é aquele que apresenta a maior eficiência dentre os volumes adotados inicialmente. Pode-se ainda, segundo o objetivo do projetista (como custo/beneficio, limitação de recursos ou limitação de projeto), adotar outros volumes chegando a diferentes eficiências (Couto, 2012).
2.7. Sistema de aproveitamento de água de chuva e levantamento de custos
Para o sistema de aproveitamento de água de chuva, diversos itens foram observados. A definição de todos os itens anteriores (demanda de uso não-potável, área de cobertura para captação, dimensões dos reservatórios) foram necessárias.
Todo o sistema foi pensado no aumento da eficiência da utilização da água potável, para não só viabilizar tecnicamente o sistema, mas também ter um rápido retorno financeiro. Além disso, todos os itens necessários para atingir e manter a qualidade da água desejada foram incluídos, são estes: sifão ladrão, freio d’água, filtros, dispositivo de descarte, desinfecção.
O levantamento de custos foi feito a partir da quantificação dos materiais utilizados no sistema de aproveitamento de água de chuva, incluindo reservatórios, tubos, conexões, adaptações, bombas de recalque, acessórios, mão de obra, etc.
Para a quantificação dos materiais foram utilizados croquis do projeto de aproveitamento, enquanto que o levantamento dos valores dos materiais foi feito a partir de orçamentos em duas diferentes empresas do ramo.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Dimensionamento do reservatório
As precipitações diárias acumuladas utilizadas nos cálculos de volume de água aproveitável e reservatórios são referentes a uma série histórica de 22 anos. A precipitação média anual foi 1396,1 mm, com um máximo de 1933,2 mm ano-1 em 1989 (38,4% acima da média) e mínimo de 1028,6
mm ano-1 (26,32% abaixo da média).
A diferença entre as precipitações máximas e mínimas anual foi 904,6 mm ano-1, indicando uma possibilidade de oscilação das precipitações de um ano para outro, mantendo, entretanto, um valor entre 1000 e 2000 mm ano-1. Alguns anos possuem um período de estiagem mais severo, o que implica em uma necessidade maior de armazenamento nos meses de chuva.
O método para dimensionamento do reservatório foi o Método da Análise de Simulação. Foram fixados, na planilha de dimensionamento, dois parâmetros: a área de coleta (as áreas de cobertura onde será coletada a água de chuva) e a demanda (a água que será empregada na jardinagem de determinadas áreas); e variou-se o valor do volume do reservatório, em acréscimos julgados adequados, obtendo-se um gráfico volume x eficiência, sendo posteriormente calculada a eficiência.
Considerou-se áreas verdes de diferentes áreas nomeadas como AV17, AV18 e AV21, as quais foram utilizadas para o cálculo da demanda de água que será empregada na jardinagem. O experiemento também foi delimitado somente nos meses de estiagem, conforme tabela 1.
Tabela 1 - Demanda de água nas áreas verdes AV17, AV18 e AV21. Demanda de jardins (2L/dia/m²)
Área verde Área Demanda Frequencia Demanda m² L/dia/m² m³/dia vezes/mês m³/mês média diária
AV17 672,13 2 1,344 8 10,754 0,358
AV18 448,15 2 0,896 8 7,170 0,239
AV21 3.408,44 2 6,817 8 54,535 1,818
Total 4528,73 6,00 9,06 - 72,46 2,42
A área de coleta de água foi 1.963,55m². A partir dos dados foi elaborada a relação Volume x Eficiência com valores até 500m³ com incremento de 20 em 20m³ (figura 1). A eficiência aumenta significativamente até os 90%, e depois diminuem o aumento. O volume correspondente aos 90% de eficiência é 250m³, que foi o volume adotado para este caso.
Figura 1 - Eficiência volumétrica do reservatório.
A tabela 2 com as médias anuais correspondentes ao reservatório de 250m³. Ela contém os 22 anos do período histórico utilizado, com os valores, por ano, do volume de chuva, overflow, suprimento externo e demanda.
Os valores máximos do volume de chuva e overflow estão indicados em verde, enquanto que os valores mínimos, em vermelho. O ano com o maior volume de suprimento externo está em laranja. A soma e média estão apresentadas no final da tabela.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 10 0 12 0 14 0 16 0 18 0 20 0 22 0 24 0 26 0 28 0 30 0 32 0 34 0 36 0 38 0 40 0 42 0 44 0 46 0 48 0 50 0 Efi ci ê n ci a V o lu métr ic a (%) Volume do Reservatório (m³)
Ano Volume de Chuva (m³) Overflow (m³) Suprimento Externo (m³) Demanda (m³) 1989 3036,74 2417,20 0,00 369,54 1990 1895,06 1525,52 0,00 369,54 1991 1615,76 1246,22 0,00 369,54 1992 1976,27 1606,73 0,00 369,54 1993 1854,06 1484,52 0,00 369,54 1994 2281,01 1911,47 0,00 369,54 1995 2835,99 2466,45 0,00 369,54 1996 2349,19 1979,64 0,00 369,54 1997 2125,19 1755,64 0,00 369,54 1998 2362,54 1993,00 0,00 369,54 1999 1688,02 1411,65 93,17 369,54 2000 1822,17 1505,14 52,51 369,54 2001 2429,93 2060,39 0,00 369,54 2002 2013,34 1643,80 0,00 369,54 2003 2457,73 2146,06 57,87 369,54 2004 2079,48 1813,39 103,46 369,54 2005 1762,48 1400,44 7,50 369,54 2006 2709,70 2340,15 0,00 369,54 2007 2557,95 2213,55 25,14 369,54 2008 1693,21 1338,39 14,73 369,54 2009 2467,47 2097,93 0,00 369,54 2010 2234,67 1929,34 64,21 369,54 Soma 48247,98 40286,59 418,58 8129,97 Média 2193,09 1831,21 19,03 369,54
O cálculo do reservatório de descarte é apresentado na tabela 3. Obteve-se o valor de 4m³, com o orifício, dimensionado para dar vazão a todo o volume em 10 min, de 50mm.
Tabela 3 - Reservatório de descarte do reservatório 2
First Flush - Reservatório 2
Área de Captação 1.963,55
Volume descartado (m³) 3,93 Volume Reservatório de Descarte (m³) 4,00 Dimensões do Reservatório
altura 1,00 largura 2,00
compr. 2,00
Orifício Diâm. Calc (m) 0,056 Diâm. Adot (mm) 50 Valem ser ressaltados os seguintes pontos:
Observa-se um overflow bastante elevado, com o valor de 83% do volume de água. Este dado indica que para suprir a demanda de água não potável exclusivamente para rega de jardim nos meses de estiagem, há desperdício de grande volume de água, o que potencialmente inviabiliza o sistema.
Mesmo com o overflow elevado nos meses de chuva, ainda há necessidade de suprimento externo nos meses de estiagem em vários anos da série histórica.
O overflow elevado indica um potencial grande de aproveitamento de água pluvial nos meses de chuva.
3.2. Sistema de aproveitamento de água de chuva
O sistema escolhido foi o que contém os componentes da segunda entrada de dados. Desta forma, o reservatório de descarte tem 5m³, o reservatório de armazenamento tem 250m³, e as áreas atendidas são as AV18, AV19 e AV21. O sistema se iniciará com a coleta pelas calhas existentes, e será direcionada aos tubos de queda. Tais tubos sofrerão alterações direcionará a água, através de conexões de 45°, para um tubo horizontal, com inclinação de 2%, que direcionará a água para o reservatório de descarte de 5.000l. Antes do reservatório existirá um filtro para áreas maiores que 2.000m².
O reservatório de descarte será de fibra de vidro de 5m³, apoiado sobre estrutura de concreto armado, para que fique em nível superior ao reservatório de uso. O valor de 5m³ foi utilizado, em contrapartida aos 4m³ calculados por conta dos grandes diâmetros dos tubos de entrada e saída de água (200mm, na parte superior do reservatório), que diminuirão o volume útil do reservatório. No fundo do reservatório deverá ser feito um orifício, ao qual será acoplado um tubo de PVC 50mm direcionado à rede pluvial.
O reservatório de 250m³ será metálico, assentado sobre base lisa e nivelada de concreto. Nele serão inseridos os dispositivos de freio d’água, sifão ladrão e kit de interligação automática. A água será direcionada aos pontos de utilização por gravidade, quando o reservatório estiver cheio, e por bomba com pressostato que aciona quando a torneira de jardim for acionada.
A localização de ambos os reservatórios, de descarte e armazenamento, será na área verde AV21.
Nos pontos de utilização da água de chuva (torneiras de jardim) deverá existir registro de acionamento restrito com a inscrição “Água não potável. Não beba. ”, para que a água não seja utilizada para fins potáveis. Deverá ocorrer manutenção dos componentes do sistema. Qualquer tipo de conexão cruzada, entre a tubulação de água de chuva e água potável, não é permitida.
3.3. Levantamento de custos
Para o levantamento de custos foi utilizada a descrição do sistema de aproveitamento de água de chuva, e os pontos de utilização e localização do reservatório. Os materiais necessários à implantação do sistema de aproveitamento de água de chuva foram orçados juntamente em lojas do ramo de hidráulica.
Observa-se que mais de 50% do valor total da implantação é referente ao reservatório de armazenamento, sendo, portanto, o item mais oneroso do sistema.
Em segundo lugar vêm as tubulações que, somadas, ultrapassam os 17%. Em seguida o filtro para remoção de partículas grandes (folhas, galhos, etc), para áreas superiores a 2.000m², com 8,35%. Considerando um BDI de 35%, tem-se custo de R$ 133.833,91.
Em consulta à Concessionária de Água e Esgoto de Cuiabá (CAB Cuiabá), foi obtida a tabela 5, que apresenta os valores cobrados pela concessionária às edificações públicas.
Tarifa de Água
Categoria Faixa Consumo (m³) Valor em R$
Pública 1 10 3,86/m³
2 10+ 6,32/m³ excedente
O consumo anual de água nos jardins é de 369,54m³, distribuídos ao longo de 5 meses. A média mensal é então 73,9 m³. A eficiência do sistema é de 90%, a partir disso estima-se que serão substituídos por água não-potável 66,5 m³ de água potável.
O custo de 66,5m³ de água potável é R$ 395,68. Portanto, anualmente serão economizados R$ 1.978,40. Desta forma, o valor de custos de projeto será pago em 67,7 anos, ou seja, 67 anos e 9 meses.
4. Considerações finais
Este trabalho alcançou o objetivo de propor um projeto de aproveitamento de água de chuva no bloco da Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia e Instituto de Ciências Exatas e da Terra na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), nos quais foram dimensionados os reservatórios necessários, estimados o consumo mensal de água não potável nos meses de estiagem, levantados os custos diretos de projeto e verificada a viabilidade de implantação do sistema de aproveitamento de águas pluviais. O sistema de aproveitamento de água de chuva apresentou-se, portanto, como tecnicamente viável, mesmo se tratando de uma edificação pronta e antiga. Entretanto, a viabilidade econômico-financeira, devido ao grande tempo de retorno do investimento (67,7 anos), mostrou-se inválida. Esta inviabilidade foi, principalmente, causada pelos elevados custos dos reservatórios e da adaptação dos condutores verticais ao sistema de aproveitamento, e pela utilização restrita da água não potável, somente nos meses de estiagem e para rega de jardim.
Sugere-se, para melhoria dos resultados deste trabalho, que estudos sejam feitos para ampliação dos locais de consumo de água em todos os meses do ano, além de opções menos onerosas para a reservação e tratamento da água não potável. Desta forma o sistema se apresentará com melhor viabilidade econômico-financeira.
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