FACULDADE EDUCACIONAL DE MEDIANEIRA
CURSO: ENGENHARIA CIVIL _
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ DIEGO EDUARDO WELTER
ANÁLISE TÉCNICA DE REUSO DE ÁGUA PLUVIAL PARA LIMPEZA GERAL EM POCILGAS
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Medianeira – PR
DIEGO EDUARDO WELTER
ANÁLISE TÉCNICA DE REUSO DE ÁGUA PLUVIAL PARA LIMPEZA GERAL EM POCILGAS
Trabalho apresentado ao curso de Graduação em Engenharia Civil, para a disciplina de Trabalho de conclusão de curso, na Faculdade Educacional de Medianeira – UDC Medianeira.
Orientador: Prof. Me. Julio Cesar Filla. Co-Orientador: Prof. Me. William Torres.
Medianeira – PR Novembro - 2020
ANÁLISE TÉCNICA DE REUSO DE ÁGUA PLUVIAL PARA LIMPEZA GERAL EM POCILGAS
Por
DIEGO EDUARDO WELTER
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil, para a obtenção do Grau de Bacharel, pela banca examinadora formada por:
___________________________________________________ Orientador: Prof. Julio Cesar Filla, Me.
___________________________________________________ 1º Membro: Prof. Anderson Junior Turmina, Esp.
___________________________________________________ 2º Membro: Prof. Matheus José Mezzomo, Me.
__________________________________________________ Coordenadora Prof. Dayana Ruth Bola Oliveira, Ma.
Dedico este trabalho aos meus pais e irmãos, por nos momentos difíceis, me apoiarem e não deixar eu desistir dessa graduação.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente gostaria de agradecer a Deus pelo dom da vida e a oportunidade de poder estudar.
Aos meus pais, que sempre deram todas as condições financeiras e apoio para se tornar realidade a graduação de Engenharia Civil.
Aos meus irmãos e amigos, que de alguma forma deram apoio e sempre ajudaram a me manter firme.
Aos colegas de graduação, tanto de Foz do Iguaçu quanto de Medianeira, por tantas horas de convívio e estudos que tivemos juntos.
Aos professores da instituição, por passarem de forma dinâmica e se doarem para que os acadêmicos pudessem absorver todo o conhecimento deles.
Ao meu Professor Orientador Me. Julio Cesar Filla, que perante tantas turbulências, teve paciência e me auxiliou nos momentos de necessidade.
E, em especial, ao meu Professor Co-Orientador Esp. William Torres, que desde a primeira conversa aceitou o desafio me orientando e auxiliando na construção desse trabalho.
WELTER, Diego Eduardo. Análise Técnica de Reuso de Água Pluvial para Limpeza Geral em Pocilgas. 2020. 65 páginas. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Faculdade Educacional de Medianeira – UDC Medianeira. Medianiera, 2020.
RESUMO
O crescimento populacional de maneira exponencial juntamente com a grande industrialização atual no planeta gera muitos impactos no meio ambiente e principalmente nos recursos naturais essenciais para a vida. Um dos principais recursos necessários para a existência da vida humana é a água, por mais que o planeta seja grande parte coberto por ela, a grande maioria dessa é salgada e inapropriada para o consumo. Já da pequena parte restante, a maioria está localizada em geleiras e reservatórios subterrâneos, tornando-se assim de difícil acesso, as fontes de fácil acesso como rios e lagos somados não representam nem a centésima parte de toda a água do planeta. Dentro de uma década, dois terços da população mundial sofrerão com a escassez de água, se não forem tomadas medidas de gestão e preservação dos recursos hídricos. Com ciência dessas informações, o objetivo deste trabalho é minimizar esses impactos de maneira sustentável e acessível, avaliando a implantação de um sistema de reuso de água pluvial para utilizar a mesma na limpeza de pocilgas de suinocultura, tendo em vista que atualmente uma grande quantidade de água potável é utilizada para esse fim e após o uso se torna imprópria para reutilização, pois se junta com dejetos e sujeira da pocilga. O sistema avaliado para a implantação foi dimensionado conforme a Norma ABNT NBR 15527:2007 e ABNT NBR 10844:89, elas apresentam todos os parâmetros necessários para o dimensionamento do sistema. A área de captação será o próprio telhado da pocilga, que por meio de calhas destinará a água para o reservatório onde ficará armazenada para posterior uso. Os resultados obtidos justificam a implantação do sistema, onde com a área de 431m² de captação, atingiu o volume necessário de 67500 litros de água para utilização na limpeza, tornando possível a reservação de água por até um mês. A viabilidade do sistema foi confirmada, através do cálculo do payback de implantação com o abatimento do valor em 7 anos e 8 meses.
WELTER, Diego Eduardo. Technical Analysis of Rainwater Reuse for General Cleaning in Stages. 2020. 65 pages. Course Conclusion Paper (Graduation in Civil Engineering) - Faculdade Educacional de Medianeira - UDC Medianeira. Medianiera, 2020.
ABSTRACT
Population growth in an exponential manner together with the great current industrialization on the planet generates many impacts on the environment and mainly on the natural resources essential for life. One of the main resources necessary for the existence of human life is water, no matter how much of the planet is covered by it, the vast majority of it is salty and unsuitable for consumption. As for the small remaining part, most are located in glaciers and underground reservoirs, thus making it difficult to access, the easily accessible sources such as rivers and lakes combined do not even represent the hundredth part of all the water on the planet. Within a decade, two-thirds of the world's population will suffer from water scarcity if water management and conservation measures are not taken. With the knowledge of this information, the objective of this work is to minimize these impacts in a sustainable and accessible way, evaluating the implementation of a rainwater reuse system to use it in the cleaning of swine pens, considering that currently a large amount of drinking water is used for this purpose and after use it becomes unsuitable for reuse, as it joins with waste and dirt from the pigsty. The evaluated system for the implantation was dimensioned in accordance with the Standard ABNT NBR 15527: 2007 and ABNT NBR 10844: 89, they present all the necessary parameters for the dimensioning of the system. The catchment area will be the pigsty roof itself, which through gutters will send water to the reservoir where it will be stored for later use. The results obtained justify the implementation of the system, where with the 431m² catchment area, it reached the necessary volume of 67500 liters of water for use in cleaning, making it possible to reserve water for up to one month. The viability of the system was confirmed, through the implementation payback with the reduction of the amount in 7 years and 8 months. Keywords: Scarcity. Water Resources. Sustainable.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1- Necessidade de consumo de água humanos, bovinos, aves e suínos por
dia...20
Figura 2- Separador de fluxo...25
Figura 3- Filtro de folhas...26
Figura 4- Sifão...27
Figura 5- Freio d’água...28
Figura 6– Método de pesquisa...30
Figura 7– Instalações da pocilga de suínos... 39
Figura 8– Área de captação...40
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1- Volume total de água doce no mundo...17 Infográfico 2-Total de água consumida no Brasil...19
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Disponibilidade hídrica no Brasil por regiões...18
Tabela 2– Metragem da área de captação...40
Tabela 3– Especificações Técnicas Lavadora ZM 25/42...41
Tabela 4– Precipitação anual mensal e média. ...42
Tabela 5– Consumo de água...43
Tabela 6– Vazões de projeto utilizando a Fórmula de Manning-Strickler...49
Tabela 7 – Valor da Implantação do Sistema (novembro de 2020) ...51
Tabela 8 – Orçamento tubos e conexões (Loja 1)...61
Tabela 9 – Orçamento tubos e conexões (Loja 2)...61
Tabela 10 – Orçamento tubos e conexões (Loja 3)...62
Tabela 11 – Orçamentos do reservatório...62
Tabela 12 – Orçamentos do filtro...63
Tabela 13 – Orçamentos das calhas...63
Tabela 14 – Orçamentos demais componentes...63
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 PROBLEMA ... 14 1.2 JUSTIFICATIVAS ... 14 1.3 OBJETIVOS ... 14 1.3.1 Objetivo Geral ... 15 1.3.2 Objetivo Específico ... 15 1.4 HIPÓTESES ... 15 1.5 DELIMITAÇÕES ... 16 2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 17
2.1 ÁGUA NO PLANETA E NO BRASIL ... 17
2.2 CONSUMO DE ÁGUA NO BRASIL ... 18
2.2.1 Consumo agrícola ... 19
2.2.2 Uso Da Água Na Suinocultura ... 20
2.3 ESCASSEZ DE ÁGUA ... 21
2.4 REUSO DE ÁGUA PLUVIAL ... 21
2.5 SISTEMAS DE REUSO DE ÁGUA PLUVIAL ... 23
2.5.1 Área de captação ... 24 2.5.2 Calhas e condutores ... 24 2.5.3 By pass ... 25 2.5.4 Filtro de folhas ... 26 2.5.5 Sifão... 27 2.5.6 Freio d’água ... 28 2.5.7 Armazenamento ... 28 3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS... 30
3.1 LEVANTAMENTO DO LOCAL DE ESTUDO. ... 31
3.2 ÁREA DE CAPTAÇÃO ... 31
3.3 CARACTERIZAÇÃO DA LAVADORA ... 31
3.4 ÍNDICES PLUVIOMÉTRICOS ... 32
3.5 PERÍODO DE ARMAZENAMENTO DA ÁGUA ... 32
3.6 ESTIMATIVA DE DEMANDA E CONSUMO DA ÁGUA PARA FINS DE LIMPEZA ... 32
3.7 VOLUME DE ÁGUA DE CHUVA APROVEITÁVEL ... 33
3.8 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO ... 33
3.9 DESVIO DO ESCOAMENTO INICIAL ... 34
3.10 CÁLCULO DAS CALHAS E CONDUTORES ... 35
3.11 DEMAIS COMPONENTES DO SISTEMA ... 36
3.12 PROJETO EXECUTIVO ... 37
3.13 VIABILIDADE FINANCEIRA ... 37
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 38
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DE ESTUDO DE IMPLANTAÇÃO DO PROJETO ... 38
4.2 ÁREA DE CAPTAÇÃO ... 39
4.3 LAVADORA ZM 25/42 MONOFÁSICA 220V ... 40
4.4 ÍNDICES PLUVIOMÉTRICOS ... 41
4.5 CONSUMO DE ÁGUA PARA FINS DE LIMPEZA ... 43
4.6 VOLUME DE ÁGUA DE CHUVA APROVEITÁVEL ... 43
4.7 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO ... 44
4.7.1 Situação 1 (1 água) ... 44
4.7.2 Situação 2 (2 águas) ... 45
4.7.3 Situação 3 (3 águas) ... 45
4.7.4 Situação 4 (4 águas) ... 46
4.7.5 Situação 5 (área ajustada) ... 46
4.8 DESVIO DO ESCOAMENTO INICIAL ... 47
4.9 DIMENSIONAMENTO DAS CALHAS E CONDUTORES ... 48
4.10 DEMAIS COMPONENTES DO SISTEMA ... 50
4.11 PROJETO EXECUTIVO ... 50
4.12 VIABILIDADE DO SISTEMA ... 50
5 CONCLUSÕES ... 53
REFERÊNCIAS ... 54
APÊNDICES ... 58
APÊNDICE 1 – PLANTA DE IMPLANTAÇÃO ... 59
APÊNDICE 2 – PROJETO EXECUTIVO ... 60
APÊNDICE 3 – ORÇAMENTOS DOS TUBOS, CONEXÕES E RESERVATÓRIO. . 61
APÊNDICE 4 – ORÇAMENTO DO FILTRO, CALHAS E DEMAIS COMPONENTES. ... 63
APÊNDICE 5 – MÃO DE OBRA. ... 64 ANEXOS ... 65 ANEXO 1 – SIMULADOR DE TARIFAS. ... 65
1 INTRODUÇÃO
A busca pelo uso sustentável dos recursos naturais e a utilização de forma mais consciente são assuntos que estão em discussão pelo mundo todo. Existe uma imensa preocupação com o futuro bem próximo, sendo um bem vital, o uso da água é bastante preocupante, pois está cada vez mais escassa. Alguns fatores auxiliam na rápida redução da mesma, como a industrialização, a poluição e o crescimento populacional (RODRIGUES, 2010).
Para Zaika (2016) o agravamento da escassez da água se dá por fatores como desperdício, demanda excessiva e poluição. Com esse problema se agravando, inúmeras soluções estão sendo implantadas para a captação e reutilização de maneira sustentável e de baixo custo.
Murakami (2012) expressa a urgência com que devem ser implantadas soluções ecológicas, sendo necessário um planejamento desde o início do projeto, incorporando-as no cotidiano da atual sociedade.
A mudança de hábitos com relação ao uso racional da água para a população, necessita de conscientização, e também incentivo dos governos, mostrando a importância de se economizar esse bem e expondo o problema. (TOMAZ, 2005).
Uma das soluções mais utilizada é o sistema de reuso de água pluvial. Segundo Marinoski (2007), esse sistema consiste em captar a água da chuva geralmente em telhados, sendo conduzida através de calhas e condutores para o local de armazenamento, geralmente reservado em uma cisterna e desta, bombeada a um reservatório elevado para após, destiná-la ao consumo não potável.
A água pluvial tem diversos fins não potáveis, tais como: irrigação, bacias sanitárias, lavagem de veículos e calçadas, fins ornamentais como chafarizes e diversos outros, desde que não comprometam a saúde dos usuários (MAY, 2009).
A implantação e utilização de um sistema de captação de água pluvial pode gerar economia de até 30% de água potável tratada, acarretando numa diminuição do custo mensal e gerando diminuição da retirada da mesma do meio ambiente, tornando-se uma solução para a escassez iminente desse bem (TOMAZ, 2005).
1.1 PROBLEMA
O local proposto para a instalação atenderá a demanda de área de captação para que o sistema consiga suprir a necessidade do uso para limpeza?
1.2 JUSTIFICATIVAS
Devido notória escassez de água potável que o planeta está vivendo, cada vez mais estão sendo desenvolvidos métodos e soluções sustentáveis para a utilização e reutilização da água. Para fins mais nobres como dessedentação e alimentação de animais e humanos é utilizada a água limpa e potável, já para outros fins como limpeza, é possível a utilização de águas provenientes de captação pluviais, sendo uma maneira sustentável e eficaz para essas utilizações menos exigentes.
A justificativa para a elaboração deste trabalho é a verificação do volume de captação disponível, se o mesmo atende a demanda para a substituição da água potável por água de reuso pluvial.
1.3 OBJETIVOS
Fez-se necessário a determinação de um objetivo geral e alguns objetivos específicos para a realização desse trabalho.
1.3.1 Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo dimensionar um sistema de captação de água pluvial que atenda às necessidades de limpeza de uma pocilga.
1.3.2 Objetivo Específico
De maneira específica para atingir o objetivo geral alguns objetivos específicos foram listados como:
Analisar a possibilidade de implantação de um projeto de reuso pluvial no local adotado;
Avaliar se as demandas de consumos do sistema serão atendidas pelo sistema projetado;
Aprofundamento do assunto para desenvolver um projeto que auxilie na execução do sistema de maneira clara e objetiva.
1.4 HIPÓTESES
A hipótese principal do trabalho é que a área de contribuição existente no local projetado seja suficiente para atender ao consumo de demanda de limpeza nas pocilgas;
A instalação do sistema de reuso é conveniente, devido ao grande consumo de água potável.
1.5 DELIMITAÇÕES
O trabalho foi delimitado em avaliar a situação, o consumo e dimensionar um sistema de captação e armazenamento de água pluvial para a utilização na limpeza de uma pocilga situada na zona rural do município de Medianeira utilizando apenas o Método Azevedo Neto.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Este capítulo abordará uma revisão na bibliografia que cerca esse assunto, gerando um panorama geral da situação e localização da água no planeta, os seus usos e o desperdício e apresentará maneiras de solucionar esse problema, evitando assim, que as próximas gerações convivam cada vez mais com a escassez de água.
2.1 ÁGUA NO PLANETA E NO BRASIL
Grande parte da superfície do planeta é coberta por água, porém a maior parte é água salgada, impossibilitando o consumo. Segundo a Agência Nacional de Águas (ANA, 2020), 97,5% do total das águas do planeta é de água salgada imprópria para o consumo e irrigação, dos 2,5% restantes que são de água doce, 69% encontram-se em geleiras, 30% em reservatórios subterrâneos e somente 1% são encontradas em rios e lagos. O gráfico 1 demonstra a disponibilidade de água doce no mundo, onde somente 0,3% está acessível em lagos e rios.
Gráfico 1- Volume total de água doce no mundo.
FONTE: TOMAZ,2005.
Tendo pequena porcentagem de 2,5% de água doce no planeta, o Brasil é detentor de uma boa porcentagem, estimativas apontam que 12% da água disponível está no território nacional. Porém não está distribuída de forma equilibrada, pois a
região norte possui cerca de 80% da água disponível, mas nela habita somente 5% da população brasileira e onde estão localizadas cerca de 45% da população, nas regiões litorâneas do Oceano Atlântico a disponibilidade é menor que 3% dos recursos hídricos (ANA, 2020).
Tomaz (2005), aponta que o Brasil detém 12% da produção hídrica na superfície de todo o mundo. A tabela 1 apresenta a disponibilidade hídrica dividida pelas regiões brasileiras, tendo a região norte a que apresenta maior percentual, com 68,5% e a região nordeste é a menos favorecida com apenas 3,3%.
Tabela 1- Disponibilidade hídrica no Brasil por regiões.
REGIÕES DO BRASIL VAZÃO
(KM³/ANO) PORCENTAGEM (%) NORTE 3845,5 68,5 NORDESTE 186,2 3,3 SUDESTE 334,2 6 SUL 365,4 6,5 CENTRO-OESTE 878,7 15,7 TOTAL 5610 100 FONTE: TOMAZ, 2005.
2.2 CONSUMO DE ÁGUA NO BRASIL
Por ser um país agrícola, o Brasil utiliza grande parte dos seus recursos hídricos para esse fim. Dados da Conjuntura dos recursos hídricos no Brasil 2019 (ANA, 2019) apontam que mais de 75% da água consumida foram para fins agrícolas. O infográfico 2 tem como base o ano de 2018, indica que 66,1% foi utilizado para irrigação, 11,6% para uso animal, 9,5 % nas indústrias, o abastecimento humano urbano corresponde a 9,1% e o rural 2,5% e outros usos como mineração e termelétricas somam 1,2%.
Infográfico 2- Total de água consumida no Brasil.
FONTE: Conjuntura dos recursos hídricos no Brasil 2019 (ANA, 2019).
2.2.1 Consumo agrícola
O maior consumo agrícola é a irrigação, como notado no gráfico 2, por existir regiões no Brasil onde o período de estiagem é prolongado, esse método é usado para suprir as necessidades hídricas e tornar possível o cultivo diversas culturas por meio do método de irrigação, as regiões central e nordeste do país são as que mais utilizam a água para este fim (ANA, 2019).
Na pecuária é difícil de mensurar a quantidade de água que é consumida por setor, Palhares (2005) publicou um folder (Figura 2 ) onde criou uma relação para se calcular a necessidade de consumo em uma propriedade, a mesma apresenta valores para humanos de 180 L/dia/pessoa, bovinos de corte onde um animal com até 250 kg necessita de 18 L/dia/cabeça, bovinos de leite onde uma vaca em lactação necessita de 62 L/dia/cabeça, aves de corte que necessitam de 0,16 L/dia/ave e na suinocultura necessitando de 20 L/dia/suíno para suínos com mais de 157 dias de idade. Esses valores são somente para dessendentação sem incluir a parte da limpeza das instalações.
Figura 1- Necessidade de consumo de água humanos, bovinos, aves e suínos por dia.
FONTE: PALHARES, 2005.
2.2.2 Uso Da Água Na Suinocultura
Na suinocultura o uso da água é imprescindível, tanto na questão de alimentação e dessedentação como também na parte de sanidade e conforto dos suínos. Souza et al. (2016) cita que diversos fatores podem influenciar nesses usos da água como a idade dos animais, estado sanitário da pocilga, fase da produção, peso dos suínos vivos, condições ambientais da pocilga, práticas de limpeza e os equipamentos empregados na pocilga.
Na parte da dessedentação existem tabelas que ajudam a mensurar a quantidade de litros que cada animal consome por dia, como apresentado por Palhares (2005) na tabela 2, no item anterior. Porém para mensurar a quantidade de água utilizada para limpeza das pocilgas é mais complexo, tendo em vista que existem
vários sistemas de pisos e com muitas variações, o mais comum é o piso compacto, sendo esse o que mais utiliza água para sua limpeza (SOUZA et al., 2016).
2.3 ESCASSEZ DE ÁGUA
Um grave problema que assola o mundo é a escassez de água, gerando até riscos para o futuro dos seres humanos, fatores como o desperdício, uso desordenado e o crescimento da necessidade e demanda são fatores que agravam a escassez de água (TOMAZ, 2005). Segundo dados da ANA (2020) somente 2,5% da água encontrada no planeta é doce, e desse total apenas 1% está localizada em rios e lagos, 99% é de difícil acesso pois estão em geleiras e reservatórios profundos. Além de ter um pequeno percentual de água acessível, tem uma divisão desigual, no Brasil cerca de 80% da água encontra-se na região Norte, enquanto o restante do Brasil que conta com 95% da população tem disponível apenas 20% (ANA, 2020).
Num aspecto global, o risco de escassez é gigante devido as mudanças climáticas, crescimento demográfico exponencial, contaminação das fontes e o desperdício, se não houverem mudanças drásticas em relação a gestão dos recursos hídricos, Peters (2006) cita que dentro dos próximos 20 anos, mais de 60% da população mundial estará vivendo em localidades com grande escassez de água.
A preocupação em relação a escassez da água é notória nos dias atuais, tendo em vista que dentro de 10 anos dois terços da população terão problemas em relação ao acesso de água. Tendo ciência desses dados, para minimizar as perdas e evitar o desperdício desse bem essencial para vida, várias práticas e soluções sustentáveis estão sendo aplicadas no que se refere ao reuso de água.
2.4 REUSO DE ÁGUA PLUVIAL
O reuso de água pluvial busca de forma sustentável a economia da água potável utilizando a água captada da chuva para fins menos exigentes, dentre eles a limpeza, utilização em descargas de vasos sanitários, jardinagem, entre outros.
Tomaz (2005) ressalta que a tecnologia do reuso está em ênfase e crescendo com finalidade de conservação da água. Souza e Amorim (2016) apontam os benefícios do sistema de aproveitamento da água pluvial, como a redução da utilização de água potável, diminuição das inundações urbanas e das galerias de águas pluviais.
O aproveitamento da água proveniente da chuva é um sistema utilizado desde a antiguidade, estudos apontam que existem reservatórios escavados na rocha datados de 3000 a.C., muitos povos antigos utilizavam a água da chuva como os mesopotâmicos, gregos, romanos, incas, astecas e maias (TOMAZ, 2005).
No Brasil, uma das primeiras utilizações de água pluvial é do século VXIII, em Santa Catarina, na ilha de Ratones, onde encontra-se a Fortaleza de Ratones. Na ilha não existiam fontes de água, com isso construíram uma cisterna que armazenava a água coletada dos telhados (PETERS, 2006). No nordeste brasileiro a coleta e armazenamento de água é muito utilizada, devido ao baixo regime de chuvas, se faz necessário o uso desse sistema para suprir as demandas potáveis (PETERS, 2006).
O sistema de reuso está se tornando comum em edificações que buscam um viés econômico, capaz de solucionar os problemas hídricos que já estão aparecendo e de maneira sustentável. Se projetado, junto com o projeto arquitetônico, torna-se altamente viável, pois por mais que se trate de um sistema simples, se for instalado em uma edificação já construída, necessita de adaptações que geram mais custos do que se projetada desde o início. Souza e Amorim (2016, p.3) descrevem o sistema como econômico, pois é composto de diversos materiais simples, as etapas do sistema foram enumeradas:
“1) Captar a água precipitada com descarte inicial;
2) Filtrar a água e tratar de acordo com padrões mínimos da NBR 15575 Água da chuva – Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis - Requisitos;
3) Armazenar água em reservatórios próprios para água da chuva; 4) Distribuir a água precipitada;
5) Drenar o excesso de água em caso de chuva intensa;
6) Completar a falta de água em caso de estiagem prolongada.” (SOUZA E AMORIM, 2016).
2.5 SISTEMAS DE REUSO DE ÁGUA PLUVIAL
Peters (2006) define os sistemas de reuso de água pluvial como “[...] aqueles que captam a água da superfície na qual esta escoa, encaminhando-a para um tratamento, quando necessário, para uma reservação e posterior uso.”
Segundo a ABNT NBR 15527:2007 (Água de chuva - Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis – Requisitos), pode ser definido com água pluvial ou de chuva aquela que é “[...]resultante de precipitações atmosféricas coletada em coberturas, telhados, onde não haja circulação de pessoas, veículos ou animais”.
A utilização desse sistema com águas pluviais requer alguns cuidados, Murakami (2012, p.34-35) lista alguns cuidados necessários:
“a) a água não pode ser usada como potável;
b) os reservatórios devem ser calculados de acordo com a demanda e o índice pluviométrico do local e devem estar preferencialmente interligados com a rede de abastecimento, para suprir períodos de longa estiagem;
c) o sistema de captação deverá ser projetado para melhor desempenho do sistema, com calhas de tamanho adequado, de fácil acesso e manutenção (limpeza de folhas), inclinação não muito acentuada para evitar o aceleramento do fluxo de água;
d) a superfície de captação não pode ser tóxica (cobre, amianto, chumbo);
e) o reservatório deverá ser protegido da luz.” (MURAKAMI, 2012). O sistema é constituído de vários componentes, para Tomaz (2005) o sistema tem a seguinte composição: área de captação, calhas e condutores, by pass, peneira e reservatório. Zaika (2016) cita que “[...] existem soluções prontas como calha, condutores, filtros, sifão e freio, ou sistemas mais simples que podem ser usados para o funcionamento do reuso da água da chuva.”
2.5.1 Área de captação
A área de captação é uma das principais partes que constituem o sistema de reuso, pois é a responsável pela captação da água da chuva que alimentará o sistema e a partir dela que é dimensionado a capacidade que pode ser aproveitada (PETERS, 2006). Para a ABNT NBR 15522:2007 área de captação é definida como “área, em metro quadrados, projetada na horizontal da superfície impermeável da cobertura onde a água é captada”.
Segundo Tomaz (2005), a captação na maioria das vezes acontece em telhados, esses podendo ser de diversos materiais e com inclinações variadas:
“Geralmente são os telhados das casas ou indústrias. Podem ser telhas cerâmicas, telhas de fibrocimento, telhas de zinco, telhas ferro galvanizado, telhas de concreto armado, telhas de plásticos, telhado plano revestido com asfalto, etc. O telhado pode estar inclinado, pouco inclinado ou plano.” (TOMAZ, 2005).
2.5.2 Calhas e condutores
As calhas e condutores tem a função de direcionar a água que é captada para o local de armazenamento (PETERS, 2006).
A ABNT NBR 10844:89 (Instalações prediais de águas pluviais) é a norma responsável pelo dimensionamento, bem como as características das calhas e condutores, bem como materiais que podem ser utilizados na confecção.
Grades e telas devem ser instaladas com a função de remoção dos detritos e também é possível instalar dispositivos de descarte da primeira água da chuva, sendo esse dispositivo automático (ABNT NBR 15527:07).
Tomaz (2005) cita que os materiais para a construção das calhas e condutores podem ser de PVC ou metálicos, já a ABNT NBR 10844:89 lista uma lista de maior de materiais, podendo ser as calhas de aço galvanizado, folhas-de-flandres, chapas de cobre, aço inoxidável, alumínio, fibrocimento, PVC rígido, fibra de vidro, concreto ou alvenaria; os condutores verticais podem ser construídos de ferro fundido,
fibrocimento, PVC rígido, aço galvanizado, cobre, folhas-de-flandres, chapas de cobre, aço inoxidável, alumínio ou fibra de vidro; os condutores horizontais, por sua vez, podem ser de ferro fundido, fibrocimento, PVC rígido, aço galvanizado, cerâmica vidrada, concreto, cobre ou alvenaria.
2.5.3 By pass
O by pass ou separador de fluxo é um dispositivo para o descarte da primeira chuva, essa considerada ácida e com grande número de partículas de sujeira acumuladas devido à estiagem. Devido a essa primeira chuva contaminada, existem sistemas separadores de fluxo, onde este armazena uma quantia da água e após é liberado o fluxo com o auxílio de uma boia para o local de armazenagem (MURAKAMI, 2012). A figura 1 demonstra um sistema separador de fluxo confeccionado em PVC e de baixo custo.
Figura 2- Separador de fluxo.
2.5.4 Filtro de folhas
O filtro de folhas tem a função de “separar a água de folhas e partículas maiores, evitando que elas cheguem ao local de armazenamento de água.” (MURAKAMI, 2012).
Existem filtros industrializados e também feitos com tubos de PVC, esse pode ser visto na figura 2:
Figura 3- Filtro de folhas.
FONTE: SEMPRE SUSTENTÁVEL, 2020.
Rodrigues (2010) recomenda para o bom funcionamento do filtro limpeza e inspeções frequentes, e faz um paralelo com a contaminação com detritos, exemplo de instalações com árvores ao entorno, sendo necessária uma limpeza mais frequente para garantir a qualidade e filtragem da água.
2.5.5 Sifão
O sifão é instalado junto ao extravasor, tendo como função evitar a entrada de animais no reservatório e evitar o mau cheiro (MURAKAMI, 2016). É possível ver na figura 3, dois modelos de sifões.
Figura 4- Sifão.
FONTE: ECO SUSTENTÁVEL, 2020.
O sifão também tem função de remoção de partículas leves que ficam em suspensão na água do reservatório, com a remoção dessas a entrada de oxigênio é permitida auxiliando na boa qualidade da água. Se não existisse esse dispositivo, em casos extremos, a camada de partículas poderia cobrir toda a superfície impedindo a entrada de oxigênio e acarretando em um processo anaeróbico no reservatório (RODRIGUES, 2010).
2.5.6 Freio d’água
É um dispositivo para diminuição da velocidade com que a água chega no reservatório, auxilia diminuindo a movimentação das partículas, melhorando a decantação da água e a turbidez (MURAKAMI, 2016).
Figura 5: Freio d’água.
FONTE: ECO SUSTENTÁVEL, 2020.
Esse dispositivo evita que a água que chega no reservatório atinja a camada inferior onde estão sedimentadas partículas finas de sujeira, impedindo com que essa camada seja misturada com a água armazenada, outra função é auxiliar a chegada de oxigênio na parte inferior do reservatório (RODRIGUES, 2010).
2.5.7 Armazenamento
Peters (2005) define o reservatório ou cisterna como componente final do sistema de reuso de água pluvial, este tem a função de reservar a água além de ser responsável pela qualidade dela.
O reservatório é instalado conforme a necessidade podendo estar apoiado, enterrado ou elevado. Pode ser construído com diversos materiais como concreto armado, alvenaria, alvenaria estrutural, plástico, poliéster, etc. (TOMAZ, 2005).
A ABNT NBR 15527:07 define que no projeto devem considerar um extravasor, dispositivo de esgotamento, cobertura, inspeção e ventilação de
segurança. O reservatório deve ser eficiente na proteção contra a incidência de luz solar, calor e animais que possam vir a adentrar no reservatório.
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Para que a análise da implantação do sistema ocorresse, fez-se necessário visitas ao local de estudo, medição das dimensões das pocilgas, além do dimensionamento e criação do projeto. Na figura 6, apresenta-se o Método de pesquisa utilizado para realização do trabalho.
O embasamento para o dimensionamento foi norteado pelas normas ABNT NBR 15527:07 e ABNT NBR 10844:89 que apresentam requisitos e as formas de dimensionamento.
Figura 6– Método de pesquisa.
3.1 LEVANTAMENTO DO LOCAL DE ESTUDO.
Para o desenvolvimento do trabalho, fez-se necessário reconhecimento do local, através de visitas, medições do local, identificação dos desníveis de terreno e obtenção de imagens de satélite no software Google Earth Pro®, tendo por finalidade avaliar o melhor local para locação dos reservatórios e otimização do sistema para dessa forma, torná-lo viável e proporcionar menor impacto no local, em se tratando de utilização do espaço.
3.2 ÁREA DE CAPTAÇÃO
A obtenção da área da captação se deu com as medições no local, após essas medições e desenvolvimento de um projeto de implantação, sendo obtidas as metragens quadradas da área de captação total, para a definição da necessidade da utilização da cobertura de uma ou das duas pocilgas.
A planta de implantação foi desenvolvida no software AutoCAD 2018® para melhor visualização da metragem das pocilgas e inclinação do telhado.
3.3 CARACTERIZAÇÃO DA LAVADORA
Foi necessário obter dados da lavadora, que, é a máquina utilizada na limpeza, e os dados de vazão da mesma foram necessários para a obtenção do volume de água que é utilizado na limpeza. Para isso, nas visitas foi verificado o modelo da lavadora, para obter-se os dados técnicos.
3.4 ÍNDICES PLUVIOMÉTRICOS
O volume de chuvas é fator fundamental para a instalação do sistema, sendo esse, um dado importante para o dimensionamento, e também, sendo fator decisivo para o potencial de captação. Esses dados foram levantados em sites de climatologia, para se obter um valor dos índices de um período maior de tempo, obtendo a média histórica de 30 anos de precipitações no município de Medianeira.
3.5 PERÍODO DE ARMAZENAMENTO DA ÁGUA
O período em que a água fica armazenada, impacta diretamente nas dimensões do reservatório, levando isso em consideração, optou-se por dimensionar para armazenar água pluvial por 30 dias, para assim, não comprometer o sistema em caso de ocorrência de uma estiagem.
3.6 ESTIMATIVA DE DEMANDA E CONSUMO DA ÁGUA PARA FINS DE LIMPEZA
A demanda é definida pela ABNT NBR 15527:07 como “consumo médio (mensal ou diário) a ser atendido para fins não potáveis”, com isso foram levados em conta os dados de vazão da Lavadora ZM 25/42, multiplicado pelo tempo de uso diário da mesma: esses dados do tempo de uso foram coletados nas visitas, obtendo um valor médio de 90 minutos de utilização diária para a limpeza das pocilgas. Para obtenção dos valores do consumo foi elaborada a Equação 1.
Onde:
𝐶𝑎= consumo de água diário, em Litros (L);
𝑄𝑙𝑎𝑣= vazão de água da lavadora, expressa em Litros por minuto (L/min); 𝑡𝑢𝑡𝑖𝑙= tempo de utilização da lavadora, expresso em minutos (min).
3.7 VOLUME DE ÁGUA DE CHUVA APROVEITÁVEL
O volume de água de chuva aproveitável segue o item 4.3.4 da norma ABNT NBR 15527:07, resultando no volume de água que pode ser aproveitada podendo ser anual, mensal ou diária, tendo como variáveis a precipitação, a área de coleta, o coeficiente de escoamento superficial e a eficiência do sistema de captação, a Equação 2 mostra as variáveis e seus respectivos valores.
𝑉
𝑎𝑝
= 𝑃𝑥𝐴𝑥𝐶𝑥𝑛
𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎çã𝑜
(2)Onde:
𝑉𝑎𝑝= volume anual, mensal ou diário de água aproveitável; 𝑃 = precipitação média anual, mensal ou diária;
𝐶 = coeficiente de escoamento superficial da cobertura, que, segundo Tomaz (2005), o ideal a ser adotado é de 0,95;
𝑛𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎çã𝑜 = eficiência do sistema de captação, adotado na prática 0,85 (TOMAZ,
2005).
3.8 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO
O dimensionamento do reservatório seguiu a norma ABNT NBR 15527:07 (Água de chuva - Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis – Requisitos) e, o método escolhido foi o Método Azevedo Neto. Para definição do volume de água do reservatório, são necessárias três variáveis: a
primeira é a precipitação média anual, a segunda é em função dos meses de estiagem da região e a terceira é a área de captação, para o cálculo foi utilizada a Equação 3.
𝑉 = 0,042𝑥𝑃𝑥𝐴𝑥𝑇
(3)Onde:
𝑉= volume de água aproveitável e o volume de água do reservatório, expresso em litros (L);
𝑃= precipitação média anual, expressa em milímetros (mm);
𝐴= área de coleta em projeção, expressa em metros quadrados (m²);
𝑇= número de meses com pouca chuva ou seca, obtido com a quantidade de meses que não atinge 80% da precipitação média mensal.
Foram criadas 5 situações para o dimensionamento, para optar pelo qual atende melhor a relação custo-benefício e que se enquadrem de forma mais conveniente na elaboração do projeto.
Essas situações foram baseadas nas águas do telhado, contendo 4 águas, sendo dimensionadas para 1 água, na primeira situação, e sucessivamente acrescidas as outras. Na quinta situação foi alterada a incógnita, utilizando o volume necessário para se obter a área.
3.9 DESVIO DO ESCOAMENTO INICIAL
Para o cálculo do desvio do escoamento inicial, foi utilizada a equação desenvolvida por Souza e Amorim (2016), onde se leva em consideração a área de captação e a precipitação inicial, demonstrado na Equação 4.
Onde:
𝑉𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑡𝑒= volume de descarte;
𝐴= área de captação;
𝑝𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙= estabelecido 2mm, segundo o item 4.2.5 da ABNT NBR 15527:07.
3.10 CÁLCULO DAS CALHAS E CONDUTORES
O cálculo das calhas e condutores foi norteado pela norma ABNT NBR 10844:89 (Instalações prediais de águas pluviais), para definição da vazão de projeto (Equação 5) foram utilizados o valor da intensidade pluviométrica referente a cidade vizinha São Miguel do Iguaçu, melhor exemplificado na Equação 6 multiplicado pela área de contribuição.
𝑄 =
𝐼𝑥𝐴
60
(5)Onde:
𝑄= vazão de projeto, expressa em litros por minuto (L/min);
𝐴= área de contribuição (essa refere-se a cobertura inclinada, em metros quadrados (m²);
𝐼= intensidade pluviométrica, em milímetros por hora (mm/h).
A intensidade pluviométrica utilizada foi a de São Miguel do Iguaçu, por ser a mais próxima a Medianeira, que não contém estação pluviométrica própria, e, para a obtenção desta variável, foi utilizada a Equação 6, sendo extraída do Manual de Projetos de Saneamento (SANEPAR, 2018), o tempo de recorrência e a duração da chuva(variáveis da equação) foram obtidos da ABNT NBR 10844:89.
𝐼 =
2886,69𝑥𝑇𝑟
0,124
Onde:
𝐼= intensidade máxima de chuva, expressa em milímetros por hora (mm/h); 𝑇𝑟= tempo de recorrência, em anos;
𝑡= duração da chuva, em minutos.
Após definida a vazão de projeto (𝑄), foi realizado o dimensionamento da calha, para isso foi utilizado o item 5.5 da ABNT NBR 10844:89, a Fórmula de Manning-Strickler é a utilizada para o dimensionamento expressa pela Equação 7.
𝑄 = 60000 𝑥
𝑆
𝑛
𝑥 𝑅ℎ
2
3
𝑥 𝑖
1
2
(7) Onde:𝑄= vazão de projeto, expresso em litros por minuto (L/min); 𝑆= área da seção molhada, expresso em metros quadrados (m²);
𝑛= coeficiente de rugosidade, adotado 0,011 devido as características do material; 𝑅ℎ= 𝑃
𝑆 área molhada/perímetro molhado, expresso em metros (m);
𝑖= declividade da calha, expresso em metro por metro (m/m).
Os condutores verticais e horizontais foram dimensionados usando o item 5.7 da ABNT NBR 10844:89, para os condutores verticais optou-se pela utilização do mesmo diâmetro dos condutores horizontais, utilizado a Tabela 4 na página 9 da norma.
3.11 DEMAIS COMPONENTES DO SISTEMA
A escolha dos demais componentes do sistema foi baseada na ABNT NBR 15527:07 e também, no item 2.5 na revisão bibliográfica. Foram abordados, além da área de captação, calhas, condutores e reservatório, os dispositivos que auxiliam na limpeza, filtragem e de melhoria da qualidade da água no reservatório.
3.12 PROJETO EXECUTIVO
O projeto foi elaborado no software AutoCAD 2018®: nele foram detalhadas todas as partes componentes do sistema com suas peculiaridades e formas de execução, uma planta de implantação para demostrar a locação do reservatório e notas sobre conexões, diâmetro dos tubos e filtros utilizados.
3.13 VIABILIDADE FINANCEIRA
Com o projeto elaborado, foram levantados os componentes e orçados para se obter o custo de implantação.
Também foram obtidos os dados do custo da água, utilizando o Simulador de Tarifas da Sanepar.
Após a obtenção do custo de implantação e a tarifa mensal de consumo para limpeza, utilizou-se a Equação 8, sendo essa o payback ou tempo de retorno do investimento (BONA, 2016), descrita abaixo.
𝑃𝐵 =
𝐼
𝐴
(8)Onde:
𝑃𝐵= payback, expresso em meses; 𝐼= implantação do empreendimento; 𝐴= custo evitado.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste capítulo serão apresentados todos os resultados e respectivas discussões no que se diz respeito ao dimensionamento e escolha dos componentes integrantes do sistema de reuso, com o intuito de apresentar um projeto de execução de maneira clara e objetiva.
Também será apresentada uma avaliação da viabilidade financeira do sistema, utilizando o payback para se obter o tempo de retorno do investimento.
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DE ESTUDO DE IMPLANTAÇÃO DO PROJETO
O trabalho foi desenvolvido em uma pocilga de suínos na zona rural da cidade de Medianeira, Paraná, Brasil, nas coordenadas geográficas 25°13’ 28.30” latitude sul e 54°01’ 54.80” longitude oeste, numa altitude de 417 metros. No local há duas pocilgas com capacidade para 500 suínos cada, tendo grande área de captação disponível. Na figura 7 extraída do software Google Earth Pro é possível ver as instalações completas da pocilga de suínos.
Figura 7– Instalações da pocilga de suínos.
FONTE: GOOGLE EARTH PRO, 2020.
As pocilgas foram construídas com estrutura pré-fabricada de concreto armado e fechamentos com alvenaria de vedação, a cobertura é composta por estrutura metálica e telhas de fibrocimento de 6mm. As dimensões de ambas são de 54 metros de comprimento por 12 metros de largura, possuem um pé direito de 3,5 metros, inclinação do telhado de 20 % e beiral de 0,7 metros em todos os lados.
4.2 ÁREA DE CAPTAÇÃO
Foi necessário o levantamento da área de captação ou área de cobertura, para saber a capacidade de água de chuva que o sistema seria capaz de captar, para utilização no cálculo de volume total do reservatório.
A área de captação utilizada foi a cobertura das duas pocilgas, demonstrada na Figura 8.
Figura 8– Área de captação.
FONTE: AUTOR, 2020.
A Tabela 2 apresenta os resultados, sendo dividas por águas. Por haver 2 pocilgas a maior área de captação possível é a das 4 águas da cobertura.
Tabela 2– Metragem da área de captação.
ÁGUAS DAS POCILGAS METRAGEM QUADRADA
INCLINADA 1 ÁGUA (1/2 POCILGA) 378,53 m² 2 ÁGUAS (1 POCILGA) 757,06 m² 3 ÁGUAS (1 1/2 POCILGA) 1135,59 m² 4 ÁGUAS (2 POCILGAS) 1514,12 m² FONTE: AUTOR, 2020. 4.3 LAVADORA ZM 25/42 MONOFÁSICA 220V
A lavadora que é utilizada na limpeza da pocilga é a ZM 25/42 da marca ZM Bombas como pode ser visto na Figura 9, ela é uma “lavadora profissional de alta vazão e média pressão” (ZM BOMBAS, 2020) suas especificações técnicas estão na Tabela 3.
Figura 9– Lavadora ZM 25/42.
FONTE: ZM BOMBAS, 2020.
Tabela 3– Especificações Técnicas Lavadora ZM 25/42.
TENSÃO 220 V
FREQUÊNCIA 60 Hz
VAZÃO DE ÁGUA NECESSÁRIA 28 L/min
PRESSÃO NOMINAL DE TRABALHO 420 psi
PRESSÃO MÁXIMA PERMISSÍVEL 462 psi
VAZÃO DE ÁGUA 25 L/min
COMPRIMENTO 49,5 cm LARGURA 43,6 cm AUTURA 104 cm PESO 42,5 kg POTÊNCIA - MOTOR 2 cv N° DE PISTÕES 3 FONTE: ZM BOMBAS, 2020. 4.4 ÍNDICES PLUVIOMÉTRICOS
Os índices pluviométricos são de suma importância na realização do dimensionamento do sistema pois é a fonte de alimentação do mesmo. Foram utilizados os índices pluviométricos do Climatempo expressos na Tabela 4, esses dados foram obtidos de uma observação de 30 anos, sendo possível identificar as épocas mais secas e mais chuvosas do local (CLIMATEMPO, 2020).
Tabela 4– Precipitação anual mensal e média no Município de Medianeira. MÊS PRECIPITAÇÃO (mm) JANEIRO 173 FEVEREIRO 159 MARÇO 129 ABRIL 158 MAIO 196 JUNHO 141 JULHO 102 AGOSTO 102 SETEMBRO 142 OUTUBRO 221 NOVEMBRO 180 DEZEMBRO 163 PRECIPITAÇÃO ANUAL 1866 MÉDIA MENSAL 155,5 FONTE: CLIMATEMPO, 2020.
Segundo os dados obtidos, a somatório de precipitação anual é de 1866 mm, sendo outubro o mês mais chuvoso e julho e agosto o período mais seco. Bona (2014) em seu trabalho, obteve a precipitação anual de 1668 mm anuais na cidade de Carazinho, Rio Grande do Sul, tendo as médias mensais variando de 117,8 mm no mês de novembro, o menos chuvoso e de 167,1 mm no mês de outubro, o mais chuvoso.
Gontijo (2016), em seu levantamento de dados, no Município de Bambuí, Minas Gerais, informou que em decorrência do clima ser bem definido, com estiagens no período seco (inverno), obteve a precipitação anual de 1369 mm, tendo como mês de maior volume dezembro, atingindo 276 mm e um período em que os volumes não alcançaram a marca de 50 mm mensais, sendo esse de maio até setembro.
Em relação aos dois trabalhos, a precipitação anual de Medianeira é superior, justificando a potencialidade do sistema, no que se diz respeito ao volume de chuvas que podem ser captados durante o ano.
4.5 CONSUMO DE ÁGUA PARA FINS DE LIMPEZA
O consumo foi obtido utilizando a vazão da lavadora que é de 25 L/min, multiplicada pelo tempo de operação que é de 90 minutos diários, chegando a um consumo de 2250 L. Na Tabela 5 foram determinados o consumo diário, semanal, mensal e anual.
Tabela 5– Consumo de água.
PERÍODO CONSUMO (L) 1 DIA 2250 1 SEMANA 15750 1 MÊS 67500 1 ANO 821250 FONTE: AUTOR, 2020.
O consumo, como notado na Tabela 5 é alto, a necessidade mensal se aproxima de 70 m³ e mais de 820m³ anuais, sendo gastos para um fim que não é tão nobre uma volume absurdo de água potável, sendo necessária uma solução imediata, esta apresentada nos itens abaixo.
4.6 VOLUME DE ÁGUA DE CHUVA APROVEITÁVEL
Antes de se dimensionar o reservatório, foi necessário observar qual o volume de água que pode ser aproveitado, para isso foi utilizado a Equação 2 do item 3.7.
𝑉𝑎𝑝 = 155,5 𝑥 1514,12 𝑥 0,95 𝑥 0,85 𝑽𝒂𝒑 = 𝟏𝟗𝟎𝟏𝟐𝟐, 𝟑 𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔
Foi utilizado na equação o valor de 155,5 mm que é a precipitação média mensal, a maior área possível de captação que é de 1514,12 m² e os coeficientes de escoamento superficial e de eficiência do sistema apresentados pelas referências bibliográficas para ter o real valor do volume de água possível de captar. Levando em
consideração que o volume necessário para 30 dias de limpeza das pocilgas é 67,5 m³, e com o cálculo do volume aproveitável chegando a 190m³ o sistema pode ser dimensionado pois apresenta excedente de captação, podendo captar 280% do volume necessário.
4.7 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO
O processo de dimensionamento do reservatório é um dos principais, através do qual serão verificados a qual a área de captação e qual o volume de água captado pelo sistema.
A equação utilizada foi a descrita no item 3.8, sendo o Método Azevedo Neto o utilizado, segundo Garcia et al. (2018), esse método resulta altos valores de reservação, tendo em vista que o mesmo considera todo o período de estiagem no cálculo do volume de armazenamento necessário. O método tem como variáveis o volume de precipitação anual, a área de captação e os meses de pouca chuva no ano. As 5 situações propostas estão nos itens abaixo.
4.7.1 Situação 1 (1 água)
A primeira situação proposta é a de utilização da área de 1 água das 4 disponíveis, foi utilizada a Equação 3, para se obter o volume de água do reservatório.
𝑉 = 0,042𝑥1866𝑥378,53𝑥2 𝑽 = 𝟓𝟗𝟑𝟑𝟐, 𝟑 𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔
As variáveis utilizadas foram a precipitação média anual que é de 1866 mm, a área de 1 água que é de 378,53 m² e o período de pouca chuva sendo 2 meses. O resultado obtido não foi satisfatório, se obteve 59,3 m³ de água captada não suprindo a necessidade de 67,5m³ que é utilizado para limpeza das pocilgas.
4.7.2 Situação 2 (2 águas)
A segunda situação proposta é a de utilização da área de 2 águas, ou seja, uma pocilga, para isso foi utilizada a Equação 3.
𝑉 = 0,042𝑥1866𝑥757,06𝑥2 𝑽 = 𝟏𝟏𝟖𝟔𝟔𝟒, 𝟔 𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔
Nota-se que com a utilização de duas águas e metragem quadrada de 757,06m² o volume obtido é de 118m³, correspondente a 174% do volume necessário que é de 67,5m³, essa situação se enquadra no que é proposto, porém seria preciso destinar para outro fim além da limpeza das pocilgas esse excedente captado, para não acabar ficando superdimensionado e elevando o custo de uma futura instalação do sistema de reuso.
4.7.3 Situação 3 (3 águas)
A terceira situação proposta é a de utilização da área de 3 águas, ou seja, uma pocilga e meia, para isso foi utilizada a Equação 3.
𝑉 = 0,042𝑥1866𝑥1135,59𝑥2 𝑽 = 𝟏𝟕𝟕𝟗𝟗𝟔, 𝟗 𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔
Com a utilização de três águas o volume captado excede muito o volume necessário para a utilização na limpeza, esse volume de 177,9m³ é 263% maior do que o proposto, ficando fora de cogitação, outro ponto que desfavorece essa Situação é o desnível do terreno, sendo necessário a instalação de reservatório na cota inferior para posteriormente ser bombeado para o reservatório na cota mais alta, tornando o sistema muito complexo e com um valor de instalação exorbitante, sendo descartado a utilização de 3 águas.
4.7.4 Situação 4 (4 águas)
A quarta situação proposta é a de utilização da área de 4 águas, ou seja, toda a área de captação possível, para isso foi utilizada a Equação 3.
𝑉 = 0,042𝑥1866𝑥1514,12𝑥2 𝑽 = 𝟐𝟑𝟕𝟑𝟐𝟗, 𝟐 𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔
Essa situação é interessante para comprovar a abundância de água possível de ser captada pelo sistema, sendo possível a captação de 237m³, isso representa 350% do volume necessário para suprir o proposto para a limpeza das pocilgas. A captação das 4 águas foi descartada pelo fato de ser um grande volume de água, gerando um custo desnecessário e tornando algo fora do esperado.
4.7.5 Situação 5 (área ajustada)
A quinta situação proposta, foi a de utilizar a área como incógnita, fixando o volume do reservatório sendo esse o volume necessário para a limpeza das pocilgas por 30 dias. Foi utilizada a Equação 3.
67500 = 0,042𝑥1866𝑥𝐴𝑥2
𝐴 = 67500
0,042𝑥1866𝑥2 𝑨 = 𝟒𝟑𝟎, 𝟔𝟒 𝒎²
Essa situação é a que mais se enquadra para a execução do sistema de reuso, tornando o mesmo eficiente e com o melhor custo-benefício entre as 5 situações, May (2009) indica o dimensionamento do sistema de acordo com a demanda necessária, para não tornar a implantação inviável, tendo em vista que o
reservatório é o componente mais dispendioso do sistema. Verzola (2017), apresenta os itens de maior valor do sistema, citando como o principal o reservatório.
Utilizando essa situação, foi possível a instalação na pocilga com cota mais elevada viabilizando a instalação de um sistema funcional e sem a utilização de bombas, tornando esse, eficiente em relação ao fim proposto que é a utilização para a limpeza das pocilgas e ainda, sem a utilização de qualquer forma de energia, pois será possível a instalação de todo o sistema funcionando somente por gravidade.
Optou-se por dimensionar o sistema com calhas em duas águas com 32 metros de comprimento suprindo assim a área necessária e tornando o sistema igual em ambas as águas, para auxiliar no dimensionamento dos outros componentes do sistema como calhas e condutores.
4.8 DESVIO DO ESCOAMENTO INICIAL
O desvio do escoamento inicial foi calculado seguindo a Equação 4, esse desvio tem como objetivo reter a primeira precipitação, evitando que a mesma seja direcionada ao reservatório, sendo direcionada para fora do sistema.
𝑉𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑡𝑒 = 430,64𝑥2 𝑽𝒅𝒆𝒔𝒄𝒂𝒓𝒕𝒆 = 𝟖𝟔𝟏, 𝟐𝟖 𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔
Os valores utilizados são da área de captação, essa de 430,64 mm multiplicado pelos 2 mm de precipitação inicial, seguindo o item 4.2.5 da ABNT NBR 15527:07 resultando um volume de 861,28 litros de água que devem ser retidos no sistema para que não sejam direcionados para o reservatório.
4.9 DIMENSIONAMENTO DAS CALHAS E CONDUTORES
Para o cálculo da vazão de projeto das calhas, foi necessário a utilização da Equação 6 para a obtenção da intensidade pluviométrica, essa Equação foi extraída do Manual de Projetos de Saneamento (SANEPAR, 2018), sendo a mesma equivalente a intensidade pluviométrica de São Miguel do Iguaçu, cidade vizinha a Medianeira, por não conter uma Equação direcionada para Medianeira.
𝐼 =2886,69𝑥25
0,124
(5 + 26)0,927
𝑰 = 𝟏𝟕𝟖, 𝟑𝟒 𝒎𝒎/𝒉
Na obtenção do resultado foram utilizados os valores de 25 anos para o período de retorno, sendo intolerável o empoçamento ou extravasamento, seguindo o item 5.1.2 da ABNT NBR 10844:89 e a duração da precipitação de 5 minutos como fixada no item 5.1.3 da ABNT NBR 10844:89, o valor resultante foi de uma intensidade pluviométrica de 178,34 mm/h (milímetros por hora).
A área de contribuição é a outra incógnita para se obter a vazão de projeto, esta foi calculada seguindo a Figura 2 – Indicações para cálculos da área de contribuição na página 5 da ABNT NBR 10844:89. Como a área de contribuição é uma superfície inclinada foi utilizado a fórmula (b).
𝐴 = (6,7 +1,34 2 ) 𝑥32 𝑨 = 𝟐𝟑𝟓, 𝟖𝟒𝒎²
Foram utilizados para se conseguir a área os valores do telhado da pocilga, no qual o mesmo conta com 6,7 metros para a dimensão (a), 1,34 metros de altura de cumeeira (h) e 32 metros de dimensão (b) essa calculada no item 4.4.5, tendo como área de contribuição 235,84 m² por água.
Após obter os resultados da intensidade pluviométrica e área de contribuição, foi utilizada a Equação 5, essa resultando na vazão de projeto.
𝑄 = 178,34𝑥235,8 60 𝑸 = 𝟕𝟎𝟎, 𝟖𝟕 𝑳
𝒎𝒊𝒏
Tendo a vazão de projeto que é de 700,87 L/min, foi utilizada a Fórmula de Manning-Strickler para saber as dimensões da calha, a Equação 7 foi utilizada para o dimensionamento e os resultados estão apresentados na Tabela 8.
Tabela 6 – Vazões de projeto utilizando a Fórmula de Manning-Strickler BASE (M) ALTURA (M) ÁREA TOTAL (M²) ALTURA MOLHADA (M) ÁREA MOLHADA (M²) PERÍMETRO MOLHADO (M) RAIO HIDRÁU-LICO VAZÃO DE PROJETO (L/MIN) 0,1 0,05 0,005 0,0666 0,00333 0,18333 0,01818 125,72 0,14 0,07 0,0098 0,09333 0,006533 0,25666 0,0255 308,37 0,18 0,09 0,0162 0,12 0,0108 0,33 0,0327 537,98 0,20 0,1 0,02 0,13333 0,01333 0,3666 0,0364 798,26 *Os valores do coeficiente de rugosidade adotado foi de 0,011 e a inclinação de 1% FONTE: AUTOR, 2020.
Como apresentado na tabela, foram calculadas várias dimensões para a calha, e a que mais se enquadrou foi a calha de seção retangular tendo dimensões de 0,2m x 0,1m.
Com essa seção, a vazão de projeto atingiu os 798,26 L/min, sendo superior a vazão de projeto calculada que é de 700,87 L/min, optando pela utilização da mesma, a inclinação usada foi de 1%, atendendo a ABNT NBR 10844:89 que fixa a inclinação mínima de 0,5% no item 5.5.2.
Em cada calha foi considerado duas decidas com condutores verticais de 150 mm. Atendendo a Norma ABNT NBR 10844:89, onde no item 5.6.3, exige que o diâmetro interno mínimo do condutor seja de 70 mm.
Para dimensionar os condutores horizontais, foi utilizada a Tabela 4 – Capacidade de condutores horizontais de seção circular da norma ABNT NBR 10844:89. Foi optado pela utilização de condutores verticais com 150 mm de diâmetro interno e inclinação de 1%, com essa configuração o condutor horizontal suporta uma vazão de projeto de até 847 L/min, atendendo a vazão de projeto.
4.10 DEMAIS COMPONENTES DO SISTEMA
Os componentes do sistema que não necessitam de dimensionamento, como freio de água, sifão ladrão e conexões necessárias serão detalhadas no projeto.
O filtro utilizado foi o Vortex WFF 150, pois tem um grande poder de retenção de impurezas, como galhos, folhas e musgos, retendo partículas de até 0,28mm e perca de apenas 10% da água coletada (AQUASTOCK, 2020).
4.11 PROJETO EXECUTIVO
Após o dimensionamento de todos os componentes do sistema, foi elaborado o projeto executivo contendo todos os detalhes de plantas baixas, implantação, detalhes construtivos e demais componentes necessários para a execução do projeto.
4.12 VIABILIDADE DO SISTEMA
A viabilidade do sistema depende de duas variáveis, o custo de investimento e o valor que será economizado devido a implantação do sistema.
Visando obter o valor da economia de água potável, foi utilizado o Simulador de Tarifas da Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR), onde resultou em R$ 585,15 reais mensais, o custo dos 67,5m³ de água potável que são utilizados para a limpeza das pocilgas. O Anexo 1, apresenta o simulador com os valores da tarifa.
Os componentes para a elaboração do orçamento foram baseados no projeto executivo apresentado no Apêndice 2.
Foram orçados os reservatórios e conexões, em 3 lojas de materiais de construção do município de Medianeira, apresentados no Apêndice 2, porém os valores dos reservatórios estavam super faturados, por esse motivo foi optado por utilizar o valor obtido da empresa Leroy Merlim.
O filtro utilizado foi o Vortex WFF 150, o valor do mesmo foi obtido em consulta a uma empresa especializada. Esse valor está disponível no Apêndice 4.
O valor dos componentes específicos com sifão ladrão e freio d’água, foram obtidos no site Casa da Cisterna, e apresentados no Apêndice 4.
Para o orçamento das calhas, foi entrado em contato com 3 empresas do município de Medianeira, porém somente uma forneceu um orçamento, este apresentado no Apêndice 4.
Por fim, para a execução do sistema, foi entrado em contato com uma empresa de instalação hidráulicas, onde foi passado o orçamento disponível no Apêndice 5.
Após a obtenção de todos os orçamentos necessários, foi possível chegar ao valor final de implantação do sistema, a tabela abaixo apresenta o valor de cada item e o valor total do custo de implantação.
Tabela 7 – Valor da Implantação do Sistema (novembro de 2020).
MATERIAL/SERVIÇO VALOR (R$)
MATERIAIS HIDROSSANITÁRIOS (TUBOS E CONEXÕES)
3166,08
RESERVATÓRIO 31633,00
FILTRO WFF 150 7980,00
SIFÃO LADRÃO E FREIO D'ÁGUA 1591,66
CALHAS (MATERIAL E INSTALAÇÃO) 6080,00
MÃO DE OBRA HIDRÁULICA 3000,00
VALOR TOTAL 53450,74
FONTE: AUTOR, 2020.
Com os valores do custo da água potável e do custo de implantação do sistema, foi utilizada a Equação 8, onde esse define o tempo de retorno do investimento ou
payback.
𝑃𝐵 =53450,74 585,15
𝑷𝑩 = 𝟗𝟐 𝒎𝒆𝒔𝒆𝒔 = 𝟕 𝒂𝒏𝒐𝒔 𝒆 𝟖 𝒎𝒆𝒔𝒆𝒔
O valor do investimento teria seu retorno em 7 anos e 8 meses, Bona (2014) alcançou um payback de 6 anos e 9 meses, com um valor de investimento de R$ 11200 reais, Gontijo (2016) obteve o payback do investimento em menos de 1 ano,
por contar com grande receita do local de estudo, o orçamento do mesmo, foi de R$ 8250 reais aproximadamente.
Levado em consideração a complexidade dos sistemas, os dois trabalhos apresentaram tempo menor de retorno por se tratar de sistemas mais simples, Bona (2014), conta com apenas 12000 litros de capacidade de reservação e Gontijo (2016) com 5000 litros, esses volumes são, respectivamente, 5 e 13 vezes menores do que o sistema adotado.
Por se tratar de um investimento alto, o período de retorno do investimento é maior, mas, se for levado em consideração que a vida útil das caixas de polietileno é entorno de 30 anos (SAFRA IRRIGAÇÃO, 2020), o sistema funcionará cerca de 22 anos sem a necessidade de substituição das caixas, essas representando quase 60% do valor de implantação.
Gontijo (2016), em seu trabalho cita que nos meses de pouca chuva o sistema, será preciso ser alimentado com água potável, por não haver reservação prevista para períodos de escassez, Bona (2014), apresenta o volume de reservação de 16 dias, necessitando após esse período, de alimentação de água potável. O sistema proposto nesse trabalho, por sua vez, prevê períodos de estiagem de 30 dias, e tendo como base histórica os índices pluviométricos com volumes maiores de 100 mm, mesmo em períodos de pouca chuva, praticamente anula a necessidade de alimentação de água potável no sistema.
5 CONCLUSÕES
Com base no trabalho fica evidente a problemática da escassez de água no planeta de uma forma geral. Em se tratando de um bem que não diminui a quantidade, porém a qualidade, é nítida a preocupação para manter o volume doce e potável para usos mais nobres e exigentes, como alimentação e dessedentação de humanos e animais, criando alternativas como a utilização da água pluvial, com a implantação de sistemas que captam e a armazenam para utilizá-la em bacias sanitárias, irrigação de jardins e limpeza em geral, esses usos menos exigentes em que é aceitável a utilização da água pluvial e não potável.
A avaliação da implantação do sistema justifica-se, mostrando que com o sistema em uso, é possível economizar ao longo de um ano, mais de 800000L de água potável, esse valor, se dividido pelo consumo diário humano que é de 180L por pessoa, supre a necessidade de uma família de 5 pessoas por mais de dois anos.
Deixa nítido também a questão da grande capacidade de captação dessa água, com o dimensionamento ficou evidente que poderia suprir essa demanda mais de 3 vezes, ou destinando para outros fins com grandes volumes e mesmo assim sendo suficiente.
O sistema adotado, com vistas a sustentabilidade, é considerado muito viável, pois irá substituir a água potável por água de reuso, a mesma após a limpeza das pocilgas, é misturada com os dejetos e urina dos animais, sendo impossível a utilização dela para qualquer outro fim, se não o adubo líquido.
Por fim, o sistema também irá auxiliar na questão de escoamento superficial retendo a água pluvial e evitando que a mesma escoe de maneira desordenada e acarrete em assoreamento de rios e erosões de solo.
Outros trabalhos podem ser realizados, a fim de contribuir na ampliação do conhecimento acerca do reuso de água pluvial, como dimensionamento do sistema utilizando outros métodos citados na ABNT NBR 15527:07 e estudos de viabilidade com outras formas de captação e armazenamento da água pluvial.
