UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE SISTEMAS DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL EM RESIDÊNCIAS UNIFAMILIARES EM BLUMENAU
ANTHONY MIDORI FUGI
Florianópolis 2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
ANTHONY MIDORI FUGI
ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE SISTEMAS DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL EM RESIDÊNCIAS UNIFAMILIARES EM BLUMENAU
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Enedir Ghisi, Ph.D.
Florianópolis 2019
Anthony Midori Fugi
Análise de viabilidade econômica de sistemas de aproveitamento de água pluvial em residências unifamiliares em Blumenau.
Este Trabalho Conclusão de Curso foi defendido e julgado adequado como parte dos requisitos para obtenção do Título de
Engenheiro Civil
Florianópolis, 19 de novembro de 2019.
________________________ Profª. Lia Caetano Bastos, Drª.
Coordenadora do TCC
________________________ Prof. Enedir Ghisi, PhD
Orientador
Banca Examinadora:
________________________ Profª. Liseane Padilha Thives, Drª. Universidade Federal de Santa Catarina
________________________ Eng. Lucas Niehuns Antunes Mestrando do PPGEC/UFSC
Enedir
Ghisi:813750189
49
Assinado de forma digital por Enedir Ghisi:81375018949 DN: cn=Enedir Ghisi:81375018949, ou=UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina, o=ICPEdu
Agradecimentos
Quero agradecer primeiramente a Deus pela minha saúde, inteligência, família e amigos.
À Madre Paulina por ter atendido minhas preces.
Aos meus pais, Jorge e Lisete, todo apoio, amor, carinho, atenção, ensinamentos, virtudes e por sempre fazerem tudo para eu ser feliz.
Aos meus familiares e amigos que me incentivaram, apoiaram e acreditaram em mim.
À família que a UFSC me deu, amigos que fizeram toda a diferença na jornada até o fim do curso e que vou levar para vida inteira.
Aos meninos do PQB que foram os primeiros a me acolher quando não havia grupo em que eu me “encaixasse”.
À turma da 14.2 da Engenharia Civil pela amizade, união e companheirismo. À maior e melhor festa universitária, Betonada da Civil, por todo aprendizado, amizades e caipirinhas.
Aos meninos do Container Pantanal pela atenção, amizade, cervejas, cachacinhas.
Ao meu amigo Thomas, sua namorada Talita e a família de sua namorada pela dedicação e por disponibilizar sua casa para a realização deste trabalho.
A todos os professores que passaram pela minha vida estudantil pelos ensinamentos necessários para minha formação.
Ao professor Enedir Ghisi pela paciência, atenção e dedicação durante a orientação deste trabalho.
Resumo
A maior parte da superfície da Terra é coberta por água, porém apenas uma pequena parcela é potável. Desta parcela, grande parte está congelada ou de difícil acesso, tornando-a ainda mais valiosa. As cidades com seu crescimento desordenado, poluição, disposição inadequada de resíduos, falta de saneamento e uso irracional da água tornam o estudo de aproveitamento de água pluvial ainda mais importante. Assim, o objetivo deste trabalho é analisar a viabilidade econômica de sistemas de aproveitamento de água pluvial para fins não potáveis em residências unifamiliares no município de Blumenau. Para estimar os usos finais e consumo de água das residências do município foi escolhida uma casa para levantamento desses dados. Os dados foram obtidos a partir de anotações de frequência e tempo de uso de aparelhos hidrossanitários preenchidos pelos moradores da residência. A partir disto foram estimados o consumo diário per capita e a porcentagem de água utilizada para fins não potáveis. Para abranger residências de diferentes características de Blumenau foram adotados parâmetros quanto a área de captação, número de moradores, consumo diário de água per capita e demanda de água potável a ser substituída por água pluvial para diferentes cenários. Os volumes dos reservatórios superiores de água pluvial tiveram como base o consumo de água pluvial. O volume dos reservatórios inferiores, o potencial de economia de água potável e a análise econômica foram estimados com a utilização do programa computacional Netuno 4. Para os diferentes cenários, o potencial de economia de água potável variou entre 18,76% e 58,06%, com média de 37,90%. Para a residência em estudo a estimativa de economia de água potável foi de 50,32%. O sistema de aproveitamento de água pluvial se mostrou economicamente viável para 58,3% dos diferentes cenários e para a residência em estudo. O sistema de aproveitamento de água pluvial se mostrou viável para residências com alto consumo de água e inviável para baixos consumos. Para altos consumos de água pluvial e pequenas áreas de captação o potencial de economia de água potável foi limitado. Assim, a implantação de sistemas de aproveitamento de água pluvial para residências unifamiliares em Blumenau se mostrou economicamente viável na maioria dos casos. No entanto, é recomendado o estudo caso a caso a fim de avaliar a real situação.
Palavras-chave: Aproveitamento de água pluvial. Usos finais de água. Residências unifamiliares. Viabilidade econômica. Potencial de economia de água potável.
Lista de Figuras
Figura 1: Fluxograma do método do trabalho... 32
Figura 2: Localização do município de Blumenau - SC. ... 33
Figura 3: Localização do objeto de estudo. ... 34
Figura 4: Fachada do objeto de estudo. ... 34
Figura 5: Consumo de água potável estimado e medido da residência e a diferença em percentual dos valores obtidos durante o período de aplicação do questionário. ... 44
Figura 6: Precipitações anuais e média dos últimos 30 anos em Blumenau. ... 47
Figura 7: Precipitação mensal média com seus máximos e mínimos para o município de Blumenau nos últimos 30 anos. ... 48
Figura 8: Potencial de economia de água potável para cada volume de reservatório na residência em estudo. ... 51
Figura 9: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando dois moradores e demanda diária de água potável de 100,0 litros/pessoa.dia. ... 53
Figura 10: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando três moradores e demanda diária de água potável de 100,0 litros/pessoa.dia. ... 54
Figura 11: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando quatro moradores e demanda diária de água potável de 100,0 litros/pessoa.dia. ... 55
Figura 12: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando cinco moradores e demanda diária de água potável de 100,0 litros/pessoa.dia. ... 56
Figura 13: Frequência dos volumes de reservatório inferior para os diferentes cenários. ... 63
Figura 14: Valor presente líquido para os diferentes consumos de água. ... 72
Figura 15: Valor presente líquido para as diferentes áreas de captação. ... 73
Figura 16: Valor presente líquido para os diferentes números de moradores. ... 74
Figura 17: Valor presente líquido para as diferentes demandas de água pluvial. .... 74
Figura B.1: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando dois moradores e demanda diária de água potável de 150,0 litros/pessoa.dia. ... 87 Figura B.2: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando três moradores e demanda diária de água potável de 150,0 litros/pessoa.dia. ... 88 Figura B.3: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando quatro moradores e demanda diária de água potável de 150,0 litros/pessoa.dia. ... 89 Figura B.4: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando cinco moradores e demanda diária de água potável de 150,0 litros/pessoa.dia. ... 90 Figura B.5: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando dois moradores e demanda diária de água potável de 200,0 litros/pessoa.dia. ... 91 Figura B.6: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando três moradores e demanda diária de água potável de 200,0 litros/pessoa.dia. ... 92 Figura B.7: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando quatro moradores e demanda diária de água potável de 200,0 litros/pessoa.dia. ... 93 Figura B.8: Potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório inferior em Blumenau, considerando cinco moradores e demanda diária de água potável de 200,0 litros/pessoa.dia. ... 94
Lista de Tabelas
Tabela 1: Consumo médio per capita de água por região. ... 15
Tabela 2: Usos de Água em residências nas cidades de Mansfield e Malvern. ... 16
Tabela 3: Usos finais de água em apartamentos na Espanha. ... 17
Tabela 4: Parâmetros testados na análise para diferentes cenários. ... 30
Tabela 5: Número de moradores por domicílio. ... 37
Tabela 6: Valores de coeficiente de runoff... 38
Tabela 7: Vazões médias dos aparelhos hidrossanitários utilizados da residência. . 45
Tabela 8: Usos finais de água potável da residência. ... 45
Tabela 9: Volumes de reservatórios superiores. ... 48
Tabela 10: Dados de entrada no Netuno para a residência em estudo. ... 51
Tabela 11: Resumo dos diferentes cenários simulados. ... 52
Tabela 12: Volume ideal do reservatório inferior e potenciais de economia de água potável para o consumo de água de 100 litros/pessoa.dia. ... 57
Tabela 13: Volume ideal do reservatório inferior e potenciais de economia de água potável para o consumo de água de 150 litros/pessoa.dia. ... 59
Tabela 14: Volume ideal do reservatório inferior e potenciais de economia de água potável para o consumo de água de 200 litros/pessoa.dia. ... 61
Tabela 15: Preço dos reservatórios em lojas de Blumenau. ... 64
Tabela 16: Custos iniciais para implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial para a residência em estudo. ... 65
Tabela 17: Análise econômica para os diferentes cenários com consumo de água de 100 litros/pessoa.dia. ... 66
Tabela 18: Análise econômica para os diferentes cenários com consumo de água de 150 litros/pessoa.dia. ... 68
Tabela 19: Análise econômica para os diferentes cenários com consumo de água de 200 litros/pessoa.dia. ... 70
Lista de Quadros
Quadro 1: Caracterização do objeto de estudo. ... 34 Quadro 2: Finalidade do consumo de água... 46
Sumário 1. Introdução... 12 1.1. Justificativa ... 12 1.2. Objetivos ... 13 1.2.1.Objetivo geral ... 13 1.2.2.Objetivos específicos ... 13 1.3. Estrutura do trabalho ... 14 2. Revisão bibliográfica ... 15
2.1. Consumo e usos finais de água ... 15
2.2. Aproveitamento de água pluvial ... 19
2.3. Dimensionamento de reservatórios ... 25
2.4. Viabilidade econômica em sistemas de aproveitamento de água pluvial ... 27
2.5. Considerações sobre a revisão bibliográfica ... 31
3. Método ... 32
3.1. Área de estudo ... 33
3.2. Objeto de estudo ... 33
3.3. Consumo e usos finais... 35
3.4. Programa computacional: Netuno 4 ... 36
3.4.1.Precipitação ... 36
3.4.2.Área de captação ... 37
3.4.3.Moradores por residência ... 37
3.4.4.Coeficiente de escoamento superficial ... 37
3.4.5.Dimensionamento do reservatório superior e inferior ... 38
3.4.6.Demanda total de água ... 39
3.4.7.Demanda de água pluvial ... 39
3.5. Análise econômica ... 39
3.5.1.Levantamento de custos ... 40
3.5.2.Economia financeira ... 41
3.5.3.Índices econômicos ... 41
4. Resultados ... 43
4.1. Consumo e usos finais... 43
4.2. Demanda de água pluvial ... 46
4.3. Precipitação ... 47
4.4. Reservatório superior... 48
4.5.1.Análise para a residência em estudo ... 50
4.5.2.Análise para os diferentes cenários ... 52
4.6. Análise econômica ... 63
4.6.1.Análise para residência em estudo ... 65
4.6.2.Análise para os diferentes cenários ... 65
5. Conclusões ... 77
5.1. Limitações ... 79
5.2. Recomendações para trabalhos futuros ... 79
Referências ... 80
Apêndices ... 86
12 1. Introdução
1.1. Justificativa
O planeta Terra contém cerca de 70% da sua superfície coberta por água, no entanto apenas 2,5% é água doce. Destes, aproximadamente 99% encontra-se congelada ou subterrânea, sendo menos de 1% encontrado em rios e lagos (GRASSI, 2001). A água sempre foi um recurso vital para a existência humana, por este motivo as primeiras civilizações se formaram próximas de fontes de água doce de fácil acesso, os rios.
Apesar da pequena parcela de água doce no mundo, o Brasil possui uma abundante disponibilidade hídrica. De toda água doce, 12% encontra-se em território brasileiro (ANA, 2019). Porém, problemas como falta de saneamento, crescimento populacional desordenado, disposição inadequada de resíduos e uso irracional da água são comuns no país, dificultando o desfrute dessa água.
Esses fatores tornam a conservação dos recursos hídricos cada vez mais necessária. Alternativas como o aproveitamento da água pluvial e água cinza para fins não potáveis, como descarga de bacias sanitárias, irrigação de plantas, lavação de carros e calçadas, contribuem com a redução do consumo de água potável (PETTERS, 2006).
O armazenamento e utilização da água pluvial além de trazer benefícios ambientais, também pode ser um investimento com objetivo de diminuir os gastos com água e contribuir com a drenagem urbana, pois a água da chuva é desviada para reservatórios para ser utilizada posteriormente. No entanto, Custódio (2017) pesquisou a influência do aproveitamento de água pluvial em edificações residenciais na drenagem urbana de Joinville e constatou que houve pouca redução da vazão de pico, apenas 7,22%.
O benefício econômico na utilização de sistemas de aproveitamento de água pluvial foi abordado em diversas pesquisas variando o local de estudo, a tipologia da edificação, o tipo de projeto, dentre outras características. Ghisi e Schondermark (2013) estimaram o potencial de economia de água potável e tempo de retorno de investimento econômico em residências unifamiliares para as cidades de Chapecó, Criciúma, Florianópolis, Joinville e Lages, todas localizadas no estado de Santa Catarina. Obtiveram resultado variável dependendo da demanda de água, porém, na
13 maioria dos casos verificou-se que a implantação do sistema é economicamente viável.
Blumenau é uma das cidades mais populosas de Santa Catarina. Ela tem como características ser banhada pelo Rio Itajaí Açu, precipitação média anual de 1540 mm (CLIMATE-DATA.ORG, 2019) e 80% dos seus domicílios são casas (IBGE, 2010). Esses fatores somados a urbanização e chuvas intensas em determinados períodos do ano tornam o município propenso a enchentes (ALERTABLU, 2019).
Assim, devido à questão ambiental da necessidade de economia de água potável e a questão urbanística de drenagem, é pertinente a análise de viabilidade econômica de um sistema de captação e aproveitamento de água pluvial em residências unifamiliares para o município de Blumenau.
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho é avaliar o potencial de economia de água potável e o tempo de retorno do investimento da implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial em residências unifamiliares no município de Blumenau.
1.2.2. Objetivos específicos
Os objetivos específicos deste trabalho são:
• Estimar o potencial de economia de água potável em residências unifamiliares no município de Blumenau, com variação do número de residentes, área de captação de água, consumo de água e demanda de água pluvial;
• Realizar análise econômica para diferentes cenários;
• Realizar estudo de caso em uma residência unifamiliar em Blumenau, através do levantamento do consumo de água dos aparelhos hidráulicos;
• Analisar e comparar os resultados com os dados obtidos a partir do estudo de caso.
14 1.3. Estrutura do trabalho
No primeiro capítulo encontram-se a introdução, justificativa, objetivos gerais e específicos, e a estrutura do trabalho.
No segundo capítulo é apresentada a revisão bibliográfica sobre o consumo e usos finais de água, aproveitamento de água pluvial, dimensionamento de reservatórios e viabilidade econômica em sistemas de uso de água pluvial.
No terceiro capítulo são apresentados a área de estudo, o objeto de estudo, o método utilizado para levantamento de dados de consumo e usos finais de água, e a obtenção de dados referentes à área de estudo. É mostrado também o método de dimensionamento dos reservatórios inferior e superior e como foi feita a análise econômica.
No capítulo quatro são apresentados os resultados dos cálculos de consumos, usos finais e demanda de água pluvial. Em seguida são apresentados os dados pluviométricos da área de estudo e os parâmetros adotados para os diferentes cenários. A estimativa do potencial de economia de água potável e a análise econômica são feitas para a residência em estudo e para os diferentes cenários.
No quinto capítulo são apresentadas as conclusões, limitações encontradas durante a elaboração deste trabalho e sugestões para trabalhos futuros.
15 2. Revisão bibliográfica
2.1. Consumo e usos finais de água
Segundo SNIS (2019), no diagnóstico de serviços de água e esgoto referente a 2017, o consumo médio per capita de água no Brasil foi 153,6 litros por habitante por dia. A Tabela 1 mostra os consumos médios per capita de água para cada região do Brasil.
Tabela 1: Consumo médio per capita de água por região. Região Consumo (l/hab.dia)
Norte 132,3 Nordeste 113,6 Sudeste 180,3 Sul 145,2 Centro-Oeste 146,1 Brasil 153,6 Fonte: SNIS (2019).
Com consumo médio per capita de água de 151,0 litros por habitante por dia, Santa Catarina está um pouco abaixo da média nacional, porém acima da média da região Sul onde localiza-se.
Thackray, Cocker e Archbald (1978) estudaram o consumo doméstico de água para as cidades de Malvern e Mansfeild na Inglaterra. Para o estudo foram analisadas duas casas, onde foram baseadas leituras diárias de hidrômetros e anotações feitas pelos moradores. Foram obtidos os percentuais de uso de água para cada aparelho hidrossanitário, apresentado na Tabela 2. Assim, foi observado que a bacia sanitária foi o aparelho com maior demanda de água.
16 Tabela 2: Usos de Água em residências nas cidades de Mansfield e Malvern.
Uso da água
Malvern Mansfield
(l/pessoa.dia) (%) (l/pessoa.dia) (%) Lavagem Carro (mangueira) <0,05 <0,05 0,1 0,1
Lavagem Carro (balde) 0,3 0,3 0,4 0,4
Rega de jardim 3,8 3,9 2,1 2,1
Irrigação de gramado 0,3 0,3 0,1 0,1
Banho de banheira 14,7 15,0 14,8 15,1
Banho de chuveiro 1,6 1,6 1,1 1,1
Descarga na bacia sanitária 30,0 30,7 33,0 33,6
Triturador de lixo 0,3 0,3 - -
Lavadora de roupa 7,5 7,7 9,7 9,9
Lavagem de roupa (tanque) 2,7 2,8 4,0 4,1
Lavadora de louça 0,3 0,3 0,3 0,3
Uso básico 36,3 37,1 32,6 33,2
Total 97,0 100,0 98,2 100,0
Fonte: Thackray, Cocker & Archibald (1978).
DeOreo, Heaney e Mayer (1996) registraram e analisaram o consumo de água de 16 casas na cidade de Boulder nos Estados Unidos. Durante três semanas de monitoramento, através de um aparelho instalado junto ao hidrômetro, foi possível identificar os usos de cada aparelho hidrossanitário. O aparelho com maior uso foi a bacia sanitária com 26%, seguido da máquina de lavar roupas com 24%, o chuveiro e as torneiras em geral utilizando 17%, vazamentos 11%, lava-pratos 3% e a banheira 2%.
No estudo de DeOreo e Mayer (1999) foi analisado o uso final de água para residências de 12 cidades dos Estados Unidos e Canadá. Através da utilização de um instrumento ligado ao hidrômetro que identifica os usos de cada aparelho hidrossanitário chegaram aos seguintes valores de usos finais de água: 26,7% bacia sanitária, 21,7% máquina de lavar roupas, 16,8% chuveiro, 15,7% torneiras em geral 13,7% vazamentos, 1,7% banheira, 1,4% máquina de lavar louças e 2,2% outros usos.
17 Na Espanha, Gascón et al. (2004) estudaram os usos finais de água em 64 apartamentos através de um equipamento que emitia pulsos. A partir das características desses pulsos, como tempo de utilização e vazão, era possível identificar qual aparelho hidrossanitário foi utilizado, assumindo que não teria uso de mais de um aparelho simultaneamente. Assim, foi possível verificar o percentual de usos finais para cada aparelho, apresentado na Tabela 3.
Tabela 3: Usos finais de água em apartamentos na Espanha. Aparelho utilizado (%) Chuveiros 19,9 Torneiras 38,6 Bacias sanitárias 22,2 Vazamentos 8,9 Lavadora de roupas 9,8 Lavadora de louças 0,6 Total 100 Fonte: Gascón (2004)
Em Florianópolis - SC, Proença (2007) analisou os usos finais de água em edifícios de escritórios. No estudo ele calculou as vazões dos aparelhos hidrossanitários e a partir de entrevistas com ocupantes de cada edifício estimou quanto da água potável poderia ser substituída por água não potável. Dos dez edifícios analisados, a média do consumo de água para fins não potáveis, como limpeza e bacia sanitária, foi de 72%, com variação entre 56% e 86%, indicando alto potencial de redução do consumo de água potável.
Na cidade de Palhoça, Ghisi e Oliveira (2007) mediram e compararam o consumo de água de duas residências. Através de leituras no hidrômetro e anotações feitas pelos moradores foi observado que o aparelho hidrossanitário com o maior consumo de água foi o chuveiro com percentual de 32,8% para residência A e 45,6% para a residência B, seguido da bacia sanitária com 30,4% para a residência A e 25,6% para a residência B.
No estudo de Barreto (2008) foram monitorados sete endereços da zona oeste de São Paulo com um perfil de consumo de água entre 15 e 20 m³/mês. Para o monitoramento do consumo foram instalados dois equipamentos: um hidrômetro
18 com gerador de pulsos na entrada de água das residências, e um hidrômetro com transmissão por infravermelho. A média do percentual do consumo total das sete residências para cada aparelho hidrossanitário foi: chuveiro com 13,9% seguido sucessivamente da torneira de pia, 12,0%; máquina de lavar, 10,9%; tanquinho, 9,2%; torneira de tanque com saída para máquina de lavar, 8,3%; caixa acoplada, 5,5%; torneira de tanque, 5,4%; e torneira de lavatório, com 4,2%. Outros usos perfazem 30,6%. Considerações foram feitas no estudo quanto algumas particularidades, visto que não foi possível monitorar a caixa acoplada em algumas residências, em outras não foi monitorado o tanque, dentre outras.
Coelho (2008) realizou um estudo de caso a fim de avaliar os usos finais da água para residências unifamiliares em Blumenau - SC. Ele levantou durante dois dias o consumo de água dos aparelhos hidrossanitários em seis residências e durante o período de 30 dias o consumo em uma residência base. Nas residências onde foram coletados dados durante os dois dias, o consumo médio de água não potável no seu texto foi de 30,6%, enquanto na residência base foi de 50,8%. Entre os dois levantamentos houve uma diferença de 38,2%, chegando à conclusão que os levantamentos de dois dias não caracterizam adequadamente os usos finais de água em uma residência. Observou também que os maiores usos finais de água foram todos aparelhos hidrossanitários que poderiam fazer utilização de água não potável tais como: mangueira de jardim com 31,4%, máquina de lavar roupa com 22,9% e bacia sanitária com 18,0% do uso.
Meincheim (2015) levantou os usos finais de água em uma residencial localizada no município de São José. Durante 92 dias foi monitorado o consumo e usos finais com uso de instrumentos ligados aos aparelhos hidrossanitários. As porcentagens dos usos finais foram: 55% bacias sanitárias, 13% chuveiros, 12% máquina de lavar roupa, 6% torneira do tanque, 4% para torneira externa e torneira da cozinha e 2% para lavatórios, torneira da garagem e torneira da pia.
Para caracterizar o consumo de água e estimar os usos finais em residências de interesse social localizadas na região da Grande Florianópolis foram analisadas 48 habitações. As habitações foram classificadas em três grupos conforme a renda total da família, faixa de renda 1 com renda total da família até R$ 1.866,00, faixa de renda 2 com renda total da família de R$ 1.866,00 até R$ 3.110,00 e faixa de renda 3 com renda total da família acima de R$ 3.110,00. A caracterização dos usos finais e consumo de água foram feitos com uso de Smartmeters. Observou-se no estudo que houve grande dispersão de consumo de água per capita em habitações
19 enquadradas na mesma faixa de renda. O consumo de água para fins não potáveis (bacias sanitárias, tanque, torneira externa e lavadora de roupas) foi em média 42% a 45% do consumo total de água nas habitações. Notou-se também que quanto maior o tempo de permanência dos moradores nas habitações, maior era o consumo de água. Constatou-se que as habitações na faixa de renda 1 consumiram em média 152 L/hab.dia enquanto, habitações na faixa de renda 2, 111 L/hab.dia. As habitações na faixa de renda 3 consumiram em média 113 L/hab.dia (GHISI et al., 2015).
Pode-se observar a partir dos estudos apresentados que, na maioria dos casos, os usos finais de água em aparelhos hidrossanitários com capacidade de utilizar água pluvial em substituição de água potável são muito significativos. Diante disto, cabe a análise de viabilidade de implantação de um sistema de aproveitamento de água pluvial.
2.2. Aproveitamento de água pluvial
O aproveitamento de água pluvial é um tema abordado em diversas pesquisas acadêmicas. Esses trabalhos baseiam-se principalmente no potencial de economia de água potável. Segundo Santos et al. (2008), a água pluvial coletada inicialmente pelos telhados, com descarte da primeira água, passando através de calhas, condutores verticais e horizontais e armazenada em reservatório deve ser usada somente para uso não potável.
Villarreal e Dixon (2005) estudaram o aproveitamento de água pluvial para fins não potáveis em um condomínio residencial localizado em Ringsdansen na Suécia. O condomínio, que possuía dois blocos com prédios de dois a oito andares, estava passando por reforma e seria remodelado passando a ter 1100 apartamentos e uma área de telhado de 27600 m². Assumindo que toda a área de telhado das edificações seria usada para captação de água pluvial e utilizada apenas para a descarga da bacia sanitária e um tanque de armazenamento de água pluvial de 40m³ o potencial de economia de água potável seria superior a 60%. Se a água do sistema de aproveitamento de água pluvial fosse utilizada apenas para lavar roupa, adotando o tanque de armazenamento de água pluvial de 40 m³, o potencial de economia seria de 40% da demanda de água potável. Utilizando a água pluvial para descargas e lavagem de roupas, haveria economia de água potável de 30%.
20 Concluindo que a utilização do sistema de aproveitamento de água pluvial seria uma boa alternativa para a economia de água potável.
No cenário brasileiro, Ghisi (2006) realizou um estudo mostrando o potencial de economia de água potável no setor residencial em diferentes regiões. Para tal análise estimou a área de cobertura por pessoa e com os dados de precipitação das regiões calculou o volume específico de água por pessoa por ano. Comparando o volume de chuva captado por pessoa por ano com a demanda de água anual per capita chegou ao resultado do potencial de economia de água potável que variou de 48% para a região sudeste a 100% para a região norte. Assim, assumindo que a demanda de água pluvial para uso não potável é 50% da demanda de água potável, nas regiões que superassem esse valor a água deveria passar por tratamento adequado para fins potáveis e a qualidade da água pluvial deve ser avaliada a fim de evitar problemas de saúde em áreas poluídas.
Ghisi, Montibeller e Schmidt (2006) analisaram o potencial de economia de água potável pela utilização de água pluvial em 62 cidades no estado de Santa Catarina. Para tal estudo foram necessários os dados de precipitação, demanda de água potável, população, número de habitações em cada cidade e estimada a área de cobertura por habitante. Os municípios em estudo correspondiam a 33% da área e 41% da população do estado. O estudo indicou consumo de 118 litros por habitante por dia e precipitação média de 1700 mm por ano. A média do potencial de economia de água foi de 69%, variando de 34% a 92% dependendo da demanda de água potável.
Marinoski (2007) estudou o aproveitamento de água pluvial para o Centro de Tecnologia em Automação e Informática do SENAI/SC localizado em Florianópolis - SC. Realizou o levantamento de dados da população que ocupa o prédio e verificou, por meio de entrevistas, a frequência e tempo médio de utilização dos aparelhos, bem como quais são as principais atividades que consomem água. A partir disso estimou os usos finais de água, o consumo médio diário e o consumo per capita. Após isso, verificou a demanda de água potável usada em fins não potáveis, que poderia ser substituída por água pluvial e com auxílio do programa computacional Netuno determinou os volumes dos reservatórios de água pluvial. A partir dessas etapas o potencial de economia de água potável resultou em 45,8%.
A fim de estimar o potencial de economia de água potável na região sudeste do Brasil, Ghisi, Bressan e Martini (2007) realizaram pesquisas em 195 cidades dos estados de Minas Gerais, Espírito Santo, Rio de Janeiro e São Paulo. Os resultados
21 da pesquisa indicaram consumo de água potável variando de 90 a 300 litros por habitante por dia e precipitação média anual variando de 500 a 3400 mm. Alcançaram potencial médio de economia de água potável de 41%, variando de 12% a 79%. Assim, a água pluvial poderia ser usada para fins não potáveis e potáveis, tendo que se fazer tratamento adequado para o uso potável. Foi observado que quanto menor a demanda de água potável e maior a precipitação, maior o potencial de economia de água pela utilização da água pluvial.
Na cidade de Abeokuta, Nigéria, estudou-se o potencial de aproveitamento de água pluvial em residências. A área de estudo possui precipitação média anual de 1150 mm, em média cinco moradores por residência e área de cobertura média por residência de 80 m². No estudo foram criados dois cenários, o primeiro com utilização de água pluvial somente para para descarga da bacia sanitária e o segundo para lavação roupas somadas a descarga da bacia sanitária. Para o primeiro cenário o consumo de água diário foi de 60 L e para o segundo cenário foi de 150 L. Assim, calculou-se o gasto mensal de água de 1,8 m³ para o primeiro cenário e 2,4 m³ para o segundo cenário. A partir das análises observou-se que para o primeiro cenário nos meses de novembro, dezembro e janeiro o volume de água da chuva coletado não seria suficiente para suprir o consumo, seria necessário um reservatório de 5,51 m³ para suprir a demanda de água nos períodos secos com o acúmulo de água excedente dos meses anteriores. O volume de água pluvial para o segundo cenário não foi suficiente nos meses de novembro, dezembro, janeiro e fevereiro, assim foi dimensionado um reservatório de 9,72 m² para suprir a demanda desse período (ALADENOLA; ADEBOYE, 2009).
O estudo realizado em 40 cidades da Amazônia estimou o potencial de economia de água potável pela utilização de sistema de aproveitamento de água pluvial. A partir de dados de precipitação e estimativas dos valores médios de moradores por residência e área de telhado, calculou-se o potencial de economia de água potável que variou entre 21 e 100%, tendo média de 76% para as 40 cidades. Observou-se também, devido a região amazônica possuir estações chuvosa e seca bem definidas, um potencial de economia de água potável alcançando 100% na estação chuvosa, no entanto, na estação seca um aproveitamento bastante baixo (LIMA et al., 2011).
Para avaliar o desempenho de sistemas de aproveitamento de água pluvial na Europa, Palla et al. (2012) estudaram residências em 46 cidades em cinco diferentes zonas climáticas: tropical, árido, temperado, frio e polar. Para o estudo foram
22 analisados vários cenários em função dos dados de precipitação e capacidade de armazenamento de água pluvial. Para os climas frios e úmidos foram obtidos melhores desempenhos dos sistemas de aproveitamento de água pluvial pelo fato das precipitações serem distribuídas uniformemente ao longo do ano. Os resultados obtidos para as regiões mediterrâneas e temperadas quentes foram os piores devido à má distribuição das chuvas ao longo do ano.
Souza e Ghisi (2012) analisaram a economia de água potável pela utilização de água pluvial em casas localizadas em treze cidades ao redor do mundo. Para a realização do estudo tiveram que obter dados históricos de precipitação das cidades dos últimos 30 anos. Foram consideradas áreas de captação pluvial de 100, 200 e 400 metros quadrados, números de residentes de duas ou quatro pessoas, as demandas de água potável utilizada nas simulações foram de 50, 100, 150, 200 e 250 litros por habitante por dia e de água pluvial de 40, 50 e 60% da demanda de água potável. A capacidade ideal dos reservatórios foi obtida a partir de simulações utilizando o programa Netuno, que estimou o potencial de economia de água potável para cada caso. Assim, concluíram que cidades com alta precipitação anual, porém com períodos de seca bem definidos, não possuem alto potencial de economia de água e acabam requisitando grandes tanques para armazenar água pluvial. Observaram também que cada sistema de aproveitamento de água pluvial deve ser estudado e dimensionado para cada caso, pois a capacidade do tanque não pode ser replicada devido aos parâmetros serem diferentes para cada residência.
Steffen et al. (2013) realizaram uma análise do desempenho da captação de água pluvial em 23 cidades nos Estados Unidos, representando sete regiões do país. O estudo tinha como objetivo analisar o potencial de economia de água potável e a redução do escoamento de água pluvial por meio da utilização dos sistemas de captação de água pluvial em residências. Para isso, foram utilizados dados de precipitação pluviométrica dos municípios, demanda de água potável da população e diferentes tamanhos de tanque de armazenamento de água pluvial. Assim, foi observado que em regiões com precipitação média anual superior a 762 mm obtiveram potencial de economia de água potável por meio da utilização de sistema de aproveitamento de água pluvial de 90%. Para regiões com precipitação média inferior a 762 mm por ano, o potencial de economia variou entre 20 e 50%.
A fim de avaliar o potencial de uso de água pluvial para usos não potáveis em três cidades no Irã em diferentes regiões climáticas (úmido, mediterrâneo e árido), Mehrabadia, Saghafiana e Fashib (2013) utilizaram dados pluviométricos de 53 anos
23 e diferentes áreas de captação de água pluvial, variando de 60 a 240 m², e o consumo de água para determinar os volumes ideais dos tanques de armazenamento de água pluvial. O potencial de economia de água variou de 38,7% a 98,6% para o clima úmido, entre 11,5% e 58,3% para o clima mediterrâneo e entre 6,9% e 31,6% para o clima árido.
A partir da demanda de água potável, área de telhado, dados de precipitação e informações obtidas por sensores instalados nos aparelhos hidrossanitários de uma residência do município de São José – SC, Meinchein (2015) calculou o percentual de economia de água potável a ser substituído por água pluvial para fins não potáveis. O reservatório foi dimensionado a partir do software Netuno com base nos usos finais de água. Assim, calculou o potencial de economia de água pluvial para dois cenários. No primeiro a água pluvial seria utilizada na máquina de lavar, torneira externa, torneira de garagem e torneira do tanque o que resultou em um potencial de 21,76%. No segundo cenário a água foi utilizada para os mesmos aparelhos do primeiro somado à bacia sanitária, o que resultou em um potencial de 38,64%.
Para a avaliação do potencial de economia de água potável pela utilização de água pluvial em casas no sul do Brasil, Lopes, Rupp e Ghisi (2016) analisaram 60 cidades em diferentes regiões do estado de Santa Catarina. Utilizando o programa computacional Netuno 3.0 para as simulações, entraram com os dados de precipitação de cada município, com cenários para área de telhado das residências de 50, 100 e 200 metros quadrados, consumo de água potável de 100, 150 e 200 litros per capita por dia, variando de dois a quatro residentes e a demanda de água pluvial de 40, 50 e 60% da demanda de água potável. Foram realizadas 2700 simulações e obtida a capacidade ideal do tanque de armazenamento de água pluvial para cada caso. O resultado foi economia de água potável de 75 a 461 litros por dia por casa. Assim obtiveram uma série de conclusões, sendo elas, quanto maior a área do telhado e precipitação do local, maior o potencial de economia de água potável e capacidade do tanque de armazenamento de água pluvial. Para pequenas áreas de cobertura, a relação entre o aumento da demanda diária de água e a capacidade ideal do tanque de armazenamento de água pluvial não é linear. Cidades com grandes precipitações necessitam de menor tanque de armazenamento de água pluvial e têm alto potencial de economia de água potável. Cidades com grande variação de precipitação ao longo do ano necessitam de
24 capacidade maior do tanque de armazenamento de água pluvial, enquanto nas cidades com distribuição uniforme das chuvas necessitam de menor capacidade.
A fim de avaliar o potencial de economia de água potável por meio do aproveitamento de água pluvial em um condomínio residencial multifamiliar localizado em Florianópolis, Dalsenter (2016) estimou o volume dos reservatórios com a utilização do programa Netuno 4, a partir dos dados de precipitação do local de estudo, áreas de captação de água pluvial, demanda de água potável e percentual desta demanda que poderia ser substituído por água pluvial. Para definição da demanda de água pluvial foram entregues questionários aos moradores, onde foram obtidas as frequências e tempos de uso de cada aparelho hidrossanitário. Assim, a média do percentual de substituição de usos potáveis obtidos foi de 24,2%, entre blocos do condomínio analisado.
No estado de Pernambuco, região semiárida do nordeste brasileiro com uma das menores precipitações do país, estudou-se em 71 cidades o potencial de aproveitamento de água pluvial. A área de estudo possui média de 2,8 moradores por habitação, a demanda de água potável variou entre 19,8 e 145,9 litros por habitante por dia e área de captação média de água pluvial por residência de 81,28 m². A partir dessas características juntamente com os dados de precipitação encontrou um potencial de economia de água potável médio de 69%. (SANTOS; FARIAS, 2017).
Um estudo foi realizado na cidade de Joinville com o objetivo de avaliar o potencial de economia de água potável pela utilização de sistemas de aproveitamento de água pluvial no setor residencial. Foram considerados diferentes áreas de cobertura e tipologias de construções residenciais, resultando em 33.720 diferentes cenários. O potencial de economia de água potável foi de 18,5% quando utilizado água pluvial apenas para a bacia sanitária e de 40,8% quando utilizada para a bacia sanitária e máquina de lavar. Os resultados indicaram a necessidade de determinação do reservatório de água pluvial para estimar a demanda de água pluvial. Para edificações multifamiliares a demanda de água de água pluvial deve ser analisada cuidadosamente devido às pequenas áreas de captação (CUSTÓDIO; GHISI, 2019).
25 2.3. Dimensionamento de reservatórios
Como pode ser observado na seção 2.2, o potencial de economia de água potável por meio da utilização de sistemas de aproveitamento de água pluvial é diretamente influenciado pela capacidade de armazenamento do reservatório de água pluvial. A NBR15527 (ABNT, 2007) traz seis opções de métodos para o dimensionamento de reservatórios de água pluvial, podendo também adotar outro método de dimensionamento desde que devidamente justificado.
A fim de comparar métodos de dimensionamento de reservatórios, Amorim e Pereira (2008) aplicaram em um estudo de caso na Universidade Federal de São Carlos os métodos de dimensionamento do reservatório de Rippl, método de consideração de períodos consecutivos sem chuvas, o método de análise de simulação de um reservatório com capacidade suposta e os métodos práticos (brasileiro, alemão, inglês e australiano). Concluiu-se que, apesar de existirem grandes dispersões entre os volumes de reservatório de armazenamento de água pluvial entre os métodos analisados, deve-se escolher o mais adequado de acordo com os interesses finais de implantação de um sistema de aproveitamento de água pluvial e em função da região de implantação.
Rocha (2009) coletou dados de consumo de água potável e água pluvial de uma residência situada em Florianópolis em quatro períodos do ano a fim de validar o algoritmo do programa computacional Netuno para avaliar o potencial de economia de água potável e o dimensionamento de reservatórios para aproveitamento de água pluvial em edificações. Os potenciais de economia de água potável obtidos pelo programa Netuno foram idênticos aos dados coletados em campo, mostrando a adequação do programa para esta finalidade. Para o dimensionamento de reservatórios o estudo propôs uma modificação do algoritmo, onde a principal diferença em relação à versão original era a consideração do consumo de água pluvial antes da chuva.
Ghisi (2010) estudou os fatores que influenciam no dimensionamento de reservatórios de água pluvial. Para tal estudo, foram obtidos dados pluviométricos das cidades de Itaquaquecetuba, Espírito Santo do Pinhal e Santos, no estado de São Paulo. Os parâmetros analisados foram: área de cobertura, consumo de água per capita, percentual de água potável a ser substituída por água pluvial e número de residentes. Os resultados foram obtidos a partir de simulações computacionais pela utilização do programa Netuno. Assim, foi observado que todos os parâmetros
26 influenciam o tamanho do tanque de armazenamento de água pluvial. A demanda de água potável tem pouca influência no dimensionamento do reservatório, no entanto, o potencial de economia de água potável influencia bastante no seu dimensionamento em cidades com alta precipitação ou com área de cobertura superior a 200 m². Concluiu-se que o tanque de armazenamento de água pluvial deve ser dimensionado para cada caso.
Rupp, Munarim e Ghisi (2011) dimensionaram reservatórios de água pluvial para três cidades do Brasil, Santos, Palhoça e Santana do Ipanema. O estudo comparou os resultados obtidos pelos métodos de dimensionamento da norma brasileira NBR15527 com o programa computacional Netuno. Foram analisados seis métodos de dimensionamento e simulações feitas no programa Netuno sem e com reservatório superior a partir de dados de entrada de: demanda diária de água potável, número de moradores, demanda de água pluvial e área de captação. Concluíram que os métodos apresentados na norma são insuficientes e inadequados nos quesitos: aplicabilidade do método aos casos avaliados, dimensionamento do reservatório e cálculo do potencial de economia de água potável. Em todos os métodos o volume do reservatório foi superdimensionado ou subdimensionado, exceto os resultados gerados a partir do programa Netuno.
Matos et al. (2014) dimensionaram o reservatório de um shopping center em Braga, Portugal. A área de projeto da construção possuía 159.971 m², com uma área de cobertura de 36.870 m². O número de ocupantes do shopping center, entre empregados e visitantes, foi de 34.511 pessoas por dia. Para o dimensionamento de tanque foi utilizado o método de Rippl e foram considerados 13 cenários de usos não potáveis de água. A partir das análises concluíram que o método de Rippl é preciso para o dimensionamento de reservatórios de água pluvial, no entanto é sempre necessária a avaliação do projetista. Observaram também que o potencial de economia água potável para a edificação é muito significante devido a grande área de cobertura e a alta precipitação no município de Braga.
A fim de dimensionar o reservatório de armazenamento de água pluvial para o Instituto de Recursos Naturais da Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI, Leite e Santos (2015) utilizaram três dos métodos presentes na NBR15527. Os resultados do dimensionamento do reservatório foram de 190,0 m³ para o método de Rippl, 25,0 m³ para o método da simulação e 29,3 m³ para o método prático alemão. Como não foi analisada a questão econômica e diante dos métodos estudados, percebeu-se que não há um ideal para dimensionamento de repercebeu-servatórios de água pluvial.
27 Lopes e Miranda (2016) compararam o método da simulação, o método prático inglês e o programa Netuno 4.0 para dimensionamento de reservatório de água pluvial. Foram calculados reservatórios para as cidades de Belo Horizonte, Recife e Rio Branco. Os resultados mostram grande dispersão entre os métodos de dimensionamento. O método da simulação resultou nas maiores capacidades de reservatório, o método prático inglês obteve os menores volumes para reservatório e não aparentou ser adequado para as variações de precipitação dos municípios em estudo. O dimensionamento pelo sistema computacional Netuno proporciona ao usuário a escolha da capacidade em função do potencial de economia de água pluvial, obtendo como resultados da capacidade do reservatório valores entre os dois outros métodos. Assim, concluíram que há variabilidade significativa entre os métodos e que cabe ao projetista decidir o método frente as particularidades de cada caso.
Araújo e Cohim (2017) estudaram a interferência da precipitação no dimensionamento de reservatórios de água pluvial. Para esse estudo foi calculado o GCP - grau de concentração de precipitações anuais - para sete cidades da Bahia. Quanto maior o GCP, as precipitações são mais mal distribuídas para aquela localidade. Assim, concluíram que para regiões com maior GCP têm necessidade um maior reservatório de água pluvial.
Portanto, há diversas maneiras de dimensionar de reservatórios. Como consta na NBR15527 (ABNT, 2019), o dimensionamento do reservatório deve ser feito partir dos dados dispostos, as características da área de estudo e com base em critérios técnicos, econômicos e ambientais, porém não traz opções de métodos de dimensionamento deixando a decisão a cargo do projetista.
2.4. Viabilidade econômica em sistemas de aproveitamento de água pluvial
Na cidade de João Pessoa, Pernambuco, Dias et al. (2007) analisaram a viabilidade econômica de sistemas de aproveitamento de água pluvial para fins não potáveis em residências. Para o estudo foram determinados consumos e usos finais para diferentes padrões de moradias, padrão popular, padrão médio e padrão alto. O reservatório inferior foi calculado a partir do método de Rippl. Para a análise econômica foram utilizados os indicadores: Valor Presente Líquido (VPL) e relação Benefício/Custo (B/C) para uma vida útil do sistema de 20 anos e tempo de retorno de capital (TRC). No estudo foram criados cenários com diferentes valores de tarifa,
28 com uma previsão do aumento do valor pago pela água. Para o cenário de tarifa vigente não foi economicamente viável a implantação, operação e manutenção do sistema de aproveitamento de água pluvial para os padrões de moradia popular e médio, as economias obtidas foram suficientes apenas para o alto padrão. Para os cenários futuros de tarifas o aproveitamento de água pluvial foi economicamente viável para todos os padrões de residência.
Marinoski e Ghisi (2011) estudaram a viabilidade econômica de um sistema de aproveitamento de água pluvial em uma casa de baixo custo localizada em Florianópolis. Foram analisados reservatórios de três tipos materiais: plástico reforçado com fibra de vidro e polietileno de alta densidade e concreto armado. A partir de análise econômica foi verificada a viabilidade apenas no caso de reservatório de concreto armado, com demanda de água pluvial de 30% e 40% da demanda de água potável. Para os demais reservatórios o tempo de retorno de investimento ultrapassou 20 anos.
Morales-Pinzón et al. (2012) verificaram a viabilidade financeira de um sistema de aproveitamento de água pluvial na Espanha. Dezesseis cidades foram escolhidas a fim de abranger a maioria dos climas presentes no país e foram estudados diversos tipos de residências, dentre eles: casas geminadas, apartamentos, grupos de casas geminadas e grupos de apartamentos. Para o reservatório de água pluvial foram avaliados possíveis materiais, como, plástico reforçado com fibra de vidro, metal, concreto e polipropileno, e seu dimensionamento foi através do método Monte Carlo. A partir das análises econômicas observaram que os sistemas de aproveitamento de água pluvial possuíram tempo de retorno de investimento menor em grupos de casa e grupos de apartamentos, concluindo que sistemas em escala de vizinhanças são estratégias economicamente mais favoráveis. Observou-se também que o material do reservatório economicamente mais vantajoso foi o plástico revestido com fibra de vidro.
No estudo de Ghisi e Shondermark (2013) observou-se que na maioria dos casos o período de retorno variou entre 1,5 e 10 anos, verificando a viabilidade econômica da implantação de sistema aproveitamento de água pluvial. Para os casos que foi inviável a implantação do sistema, observou-se que o principal fator foi a taxa mínima mensal de consumo de água que era superior ao consumo nas residências.
29 Berwanger e Ghisi (2014) analisaram a viabilidade econômica para implantação de sistemas de aproveitamento de água pluvial na cidade de Itapiranga. Variando as características das residências, a demanda de água potável, a demanda de água pluvial e número de moradores foram gerados 144 cenários. Com a utilização do programa Netuno foi simulado um volume de reservatório de água pluvial para cada caso. Com base na análise econômica foi verificado como viável a implantação desse sistema em apenas 45 casos. Observando que a viabilidade econômica é influenciada pela área de captação e pelo consumo de água por residência.
Meincheim (2015) em seu estudo analisou a viabilidade econômica de um sistema de aproveitamento de água pluvial. O cálculo foi feito pelo software Netuno, que tem como resultados o Valor Presente Líquido (VPL), tempo de retorno de investimento e taxa interna de retorno. Assim, para o cenário que utilizou água pluvial para máquina de lavar, torneira do tanque, torneira da garagem e torneira externa foi encontrado VPL de R$15.557,25, período de retorno de 16 meses e taxa interna de retorno de 7,04% ao mês. Para o segundo cenário obteve um VPL de R$25.641,77, um período de retorno de investimento de 11 meses e uma taxa interna de retorno de 10,98% ao mês. Assim, pode-se afirmar que a implantação foi economicamente viável para ambos os cenários.
Matos et al. (2015) analisaram a viabilidade econômica de um sistema de aproveitamento de água pluvial em um shopping em Braga, Portugal. O estudo foi baseado em três cenários do estudo de Matos et al. (2014) no qual foi dimensionado o reservatório de água pluvial. Dos cenários escolhidos, o primeiro considerou o uso da água pluvial para limpeza do estacionamento, no segundo cenário a água pluvial seria utilizada para 50% das descargas de bacias sanitárias e para irrigação do jardim, e o terceiro cenário seria para descargas das bacias sanitárias e 5% da irrigação do jardim. Após a análise econômica chegaram à conclusão que o sistema é viável economicamente, com tempo de retorno de investimento variando de 2 a 6 anos.
Na Itália, Liuzzo et al. (2016) analisaram a viabilidade econômica de um sistema de aproveitamento de água pluvial em uma residência unifamiliar na cidade de Sicília. A área de captação de água pluvial considerada no estudo foi de 180 m², sendo 100 m² do telhado e 80 m² coletados do pátio. Para as simulações a utilização da água pluvial seria apenas para a descarga de bacia sanitária e irrigação do jardim, assim caracterizando 27 cenários. Com base na análise econômica, a
30 utilização do sistema mostrou-se viável para apenas cinco cenários, com tempo de retorno entre 15 e 19 anos; para os demais cenários o tempo de retorno chegou a 55 anos.
Para analisar a viabilidade econômica de um sistema de aproveitamento de água pluvial para fins não potáveis em uma edificação em Florianópolis, Ghisi, Thives e Paes (2018) estimaram a demanda de água potável a partir da legislação do município, o número de usuários a partir da área da edificação e o consumo per capita de água a partir da finalidade da edificação. Para as simulações foi adotada demanda de água pluvial de 50, 60, 70 e 80% da demanda de água potável e área de captação de 526 m². Assim, foi calculado o volume do reservatório de água pluvial através do programa computacional Netuno 4 e verificada a viabilidade econômica. A partir da análise econômica foi observado que em todos os cenários foi considerado viável o sistema de aproveitamento de água pluvial, com período de retorno máximo de 166 meses.
Em Imbituba, Freitas (2018) analisou a viabilidade econômica da implantação de um sistema de aproveitamento de água pluvial para residências unifamiliares. Foram levantados dados dos consumos de água de uma residência em estudo para verificar os consumos e usos finais de água e adotados parâmetros para análise em diferentes cenários. A Tabela 4 mostra os parâmetros considerados para os cenários. Assim, verificou-se a viabilidade da implantação do sistema para 57,4% dos cenários e para a residência estudada foi verificado tempo de retorno de 178 meses.
Tabela 4: Parâmetros testados na análise para diferentes cenários. Parâmetros testados
Área de captação (m²) 70 ; 100 ; 130 ; 160
Demanda total de água (litros/pessoa.dia) 100,2 ; 125,2 ; 150,2
Número de moradores 3 ; 4 ; 5
Demanda de água pluvial (%) 32,1 ; 42,1 ; 52,1 Reservatório inferior (litros)* 500 a 15000
Reservatório superior (litros) 310
* Considerando intervalos de 500 litros.
31 A partir desses estudos pode-se observar que a análise de viabilidade econômica deve ser feita caso a caso, pois depende de vários fatores como: demanda de água, precipitação da área de estudo, tarifa de água, custo para a construção do reservatório, área de captação de água pluvial, dentre outros.
2.5. Considerações sobre a revisão bibliográfica
O uso da água para fins não potáveis tem grande representatividade no consumo total de água de uma edificação. Assim, o uso de água pluvial para a diminuição do consumo de água potável é utilizado em diversos países e para diferentes tipos de edificações. No entanto, não se pode generalizar afirmando que o sistema é indicado para todo tipo de construção.
Um dos fatores que tem influência no potencial de economia de água potável pela utilização de sistema de aproveitamento de água pluvial é o reservatório de água pluvial. Este depende de características pluviométricas do local em estudo, consumo de água da edificação, demanda de água pluvial e área de captação de água da chuva. A partir disso é possível fazer um estudo de viabilidade econômica levando em consideração o preço pago pela água, custo dos insumos para a construção do sistema, inflação, entre outros elementos que influenciam o mercado.
Portanto, cada sistema de aproveitamento de água pluvial deve ser analisado caso a caso, para que se obtenha economia de água potável com melhor custo benefício.
32 3. Método
Neste capítulo está descrito o método para a realização deste trabalho. Inicialmente serão apresentados a área e o objeto em estudo e suas características. Após isso, será detalhado o levantamento de consumo e usos finais de água em uma residência unifamiliar de Blumenau, a fim de estimar a porcentagem de água potável que pode ser substituída por água pluvial. O programa computacional Netuno 4 é apresentado juntamente com as informações necessárias para seu funcionamento: dados de precipitação, área de cobertura, número de moradores por residência e coeficiente de escoamento superficial. Por fim, é descrito o cálculo do dimensionamento dos reservatórios de água pluvial, a análise de potencial de economia de água e a análise econômica. A Figura 1 apresenta o fluxograma do método do trabalho.
O programa computacional Netuno 4 foi utilizado para estimar o potencial de economia de água potável e fazer a análise econômica do sistema de aproveitamento de água pluvial na residência escolhida e em diferentes cenários, ambos no município de Blumenau – SC. Os cenários foram criados a partir de informações obtidas a partir da revisão bibliográfica, bem como a partir dos dados levantados sobre a residência estudada a fim de abranger residências com diferentes características do município de Blumenau.
33 3.1. Área de estudo
A área de estudo é o município de Blumenau, a terceira cidade mais populosa do estado de Santa Catarina, localizada na região metropolitana do Vale do Itajaí e a 130 km da capital Florianópolis. A cidade possui área territorial de 519.837 m² e população estimada em 2019 de 357.199 habitantes (IBGE, 2019). Banhado pelo rio Itajaí-Açu, o município possui grande histórico de enchentes (ALERTABLU, 2019). A Figura 2 mostra sua localização em Santa Catarina.
Figura 2: Localização do município de Blumenau - SC.
Fonte: Wikipédia (2019).
3.2. Objeto de estudo
O objeto em estudo é uma residência unifamiliar de três andares localizada na Rua Weingarten, bairro Ponta Aguda, cuja localização e fachada são mostradas nas Figuras 3 e 4. A casa possui quatro moradores e área de cobertura de 165 m². Os cômodos e pontos de água disponíveis na residência podem ser observados no Quadro 1. Como a residência em estudo é uma casa de alto padrão, para representar melhor as residências do município de Blumenau foram simulados diferentes cenários de usos finais de água.
34 Figura 3: Localização do objeto de estudo. Figura 4: Fachada do objeto de estudo.
Fonte: Google (2019).
Quadro 1: Caracterização do objeto de estudo.
Composição do objeto de estudo
Sala de estar Sala de jantar Cozinha Área de serviço Cinco suítes Dependência de empregada Sete banheiros Lavabo Sacada Varanda Garagem
Pontos de água utilizados
Uma bacia sanitária com caixa acoplada Uma máquina de lavar roupa
Uma máquina de lavar louça Uma pia
Um filtro de água Um tanque
Duas torneiras externas Três chuveiros
Quatro bacias sanitárias com válvula de descarga
35 3.3. Consumo e usos finais
Para calcular o consumo e os usos finais do objeto de estudo foram elaborados questionários (Apêndice A) e entregues aos moradores da residência. Os questionários eram referentes a cada ponto de água disponível e foram fixados pelos moradores próximos de cada ponto para a anotação da frequência e tempo de utilização dos aparelhos hidrossanitários. Foi registrado também o valor marcado no hidrômetro todo final de dia. O período de anotação foi do dia 25 a 31 de agosto de 2019, totalizando sete dias.
Nos questionários foi anotado o dia de utilização do aparelho hidrossanitário e o tempo de utilização para as pias, lavatórios, tanque, torneiras, filtro de água, bacias sanitárias com caixa acoplada e chuveiros. Para a máquina de lavar roupa foi anotado o nível de água da lavagem e para bacias sanitárias com caixa acoplada apenas o número de descargas por dia.
As vazões de cada aparelho hidrossanitário foram medidas com um copo medidor de 500 ml e um cronômetro. Assim, foi registrado o tempo para a água atingir o volume conhecido. Para padronização da abertura dos registros, foram abertos conforme a utilização dos aparelhos, com o acompanhamento de um dos moradores da residência. Para a bacia sanitária com caixa acoplada foi calculado o volume da caixa acoplada medindo suas dimensões e considerando que a cada descarga ocorre o esvaziamento completo da caixa. O volume de água para cada lavagem da máquina de lavar foi aferido no site da marca fabricante. No caso da bacia sanitária com válvula de descarga, devido à dificuldade de calcular a vazão do aparelho, adotou-se o valor de 1,7 litros/s conforme recomendado pela NBR5626 (ABNT, 1998).
A vazão pode ser expressa por meio da Equação 1.
𝑄 =𝑉
𝑡 (1)
Onde: 𝑄 é a vazão (litros/segundo); 𝑉 é o volume do recipiente (litros);
36 Por meio dos dados de tempo de utilização, frequência e vazão de cada aparelho hidrossanitário foi possível calcular o consumo e os usos finais de água. O cálculo dos usos finais foi calculado pela soma do volume de água utilizado de cada aparelho hidrossanitário. O consumo foi estimado por meio do somatório dos volumes utilizados por todos os pontos de água.
3.4. Programa computacional: Netuno 4
O programa computacional Netuno 4 é capaz de realizar simulações de sistemas de aproveitamento de água pluvial (GHISI; CORDOVA, 2014). Neste estudo o programa foi utilizado para o dimensionamento do reservatório de água pluvial, potencial de economia de água potável e análise econômica do objeto de estudo e de outros diferentes cenários.
Para as simulações são necessários dados referentes à área de estudo e ao objeto de estudo. No caso de simulação de cenários algumas predeterminações são fundamentais. Os dados para realização das simulações serão expostos nas seguintes subseções.
3.4.1. Precipitação
Os dados pluviométricos do município de Blumenau foram providenciados pela Agência Nacional de Águas (ANA, 2019). Informações de três estações pluviométricas foram fornecidas, então foi escolhida a mais próxima da localidade do objeto de estudo. A estação de nome BLUMENAU (PCD), código 2649007, localizada junto à Ponte Governador Adolfo Konder no bairro Ponta Aguda.
Para a leitura dos dados no programa Netuno 4 foi necessária formatação dos dados. As informações são processadas no formato .csv (separado por vírgulas) em planilhas com dados em forma de vetor-coluna, ou seja, um valor de precipitação por linha.
Adotou-se como descarte inicial 2 mm da precipitação inicial, conforme recomendado pela NBR15527 (ABNT, 2019). Esse volume de água é somente suficiente para a limpeza da superfície de cobertura, devido a fezes de pássaros, folhas, poeira e poluição que ficam depositados sobre a superfície do telhado. Portanto, os dados de precipitação inferiores a 2 mm foram desprezados pelo programa.
37 3.4.2. Área de captação
Aproximadamente 38% das residências unifamiliares brasileiras possuem área de cobertura entre 51 e 75 m², aproximadamente 26% possui entre 76 e 100 m², 10% possui entre 101 e 150 m² e 3% possui área entre 151 e 200 m² (GHISI; GOSCH; LAMBERTS, 2007). A área de captação da residência em estudo é de aproximadamente 165 m². Para os diferentes cenários foram adotadas áreas de cobertura de 60, 100, 140 e 180 m² a fim de abranger diferentes tamanhos de residências do município de Blumenau.
3.4.3. Moradores por residência
O número de moradores por residência possui grande influência no consumo de água. Para adequar a realidade de Blumenau foi pesquisada a quantidade de moradores por domicílio, apresentada na Tabela 5. Para os cenários criados serão adotados 2, 3, 4 e 5 moradores por residência, representando 84,3% dos domicílios de Blumenau.
Tabela 5: Número de moradores por domicílio.
Moradores por domicílio Número de domicílios Percentual
1 12.087 12,0% 2 26.966 26,7% 3 28.094 27,8% 4 20.819 20,6% 5 8.313 8,2% 6 ou mais 4.808 4,7% Total 101.087 100,0%
Fonte: CENSO 2010 (IBGE, 2019).
3.4.4. Coeficiente de escoamento superficial
O coeficiente de escoamento superficial deve ser considerado devido a perdas que ocorrem na coleta de água pluvial. As perdas são causadas por evaporação, absorção do material e limpeza do sistema de aproveitamento de água pluvial. O coeficiente, conhecido também como coeficiente de runoff, varia de zero a
