ALYSON FERREIRA DA SILVA
ANÁLISE DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DE
ADAPTAÇÃO PARA IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE
APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS EM ÁREAS
URBANAS.
NATAL-RN
2019
CENTRO DE TECNOLOGIA
Alyson Ferreira da Silva
Análise de viabilidade técnica e econômica de adaptação para implantação do sistema de aproveitamento de águas pluviais em áreas urbanas.
Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade Artigo Científico, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientadora: Prof. Drª. Micheline Damião Dias Moreira
Coorientadora: Prof. Me. Amanda Bezerra de Sousa
Natal-RN 2019
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Silva, Alyson Ferreira da.
Análise de viabilidade técnica e econômica de adaptação para implantação do sistema de aproveitamento de águas pluviais em
áreas urbanas / Alyson Ferreira da Silva. - 2019. 23f.: il.
Artigo (Graduação)-Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Engenharia Civil, Natal, 2019. Orientadora: Dra. Micheline Damião Dias Moreira.
Coorientadora: Ma. Amanda Bezerra de Sousa.
1. Precipitações pluviométricas - Graduação. 2. Dimensionamento - Graduação. 3. Sistema de Reservatórios - Graduação. 4. Análise de Eficiência - Graduação. 5. Redução de consumo - Graduação. I. Moreira, Micheline Damião Dias. II. Sousa, Amanda Bezerra de. III. Título.
RN/UF/BCZM CDU 628.1.037
Alyson Ferreira da Silva
Análise de viabilidade técnica e econômica de adaptação para implantação do sistema de aproveitamento de águas pluviais em áreas urbanas.
Trabalho de conclusão de curso na modalidade Artigo Científico, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Aprovado em 29 de Novembro de 2019:
___________________________________________________
Prof(a). Dr(a). Micheline Damião Dias Moreira – UFRN – Orientador
___________________________________________________
Prof(a). Me. Amanda Bezerra De Sousa – Coorientador
___________________________________________________
Prof(a). Me Giovana Cristina Santos de Medeiros – UFRN – Examinadora interna
___________________________________________________
Eng (a). Me Diego Souza de Oliveira– Examinador externo
NATAL-RN 2019
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO... 6
2. REVISÃO LITERÁRIA... 7
3. MATERIAIS E MÉTODOS... 9
3.1. Caracterização da área de estudo... 9
3.2. Caracterização do consumo da edificação... 11
3.3. Dados pluviais de Natal... 12
3.4. Dimensionamento dos reservatórios... 12
3.5. Análise da eficiência das bacias de reservatórios... 15
3.6. Orçamento para implantação do sistema ... 16
3.7. Tempo de retorno (Payback)... 17
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 18
5. CONCLUSÃO... 21
RESUMO
O presente estudo tem por objetivo analisar tecnicamente e economicamente, o aproveitamento pluvial na sede do Serviço de Apoio às Micro e Pequenas Empresas do Rio Grande do Norte – SEBRAE/RN, localizado na cidade do Natal/RN. Diante disso, foi averiguado a possível utilização de águas das chuvas no prédio considerado antigo, a partir da série histórica de precipitações dos últimos 54 anos e também das faturas consumo de água do edifício através de situações predefinidas. A metodologia adotada foi de natureza básica com caráter exploratório e documental. Para tanto, verificou-se relatórios disponibilizados pela Companhia de Águas e Esgotos do RN – CAERN e pelo SEBRAE/RN. A partir de então, utilizou-se o modelo de Rippl para dimensionamento do que o estudo buscou implementar no prédio e compará-los ao espaço disponível de implementação, além de aferir a eficiência do que foi proposto pelo método de Supply After Spillage (YAS) com custos e períodos de retorno a partir de planilhas orçamentárias. Como resultado este estudo apontou que, fazer a implementação do projeto proposto poder atender a demanda predial com eficiência e dar um possível retorno financeiro num tempo previsto de pouco mais que 7 anos. Assim sendo, este pode ser considerado um projeto viável de economicidade financeira e um meio de preservar recursos hídricos, dada sua importância ao meio ambiente.
Palavras-chave: Precipitações pluviométricas; Dimensionamento; Sistema de Reservatórios; Análise de Eficiência; Redução de consumo.
ABSTRACT
The present study aims to analyze technically and economically, the rainwater utilization at the headquarters of the Support Service for Micro and Small Enterprises of Rio Grande do Norte - SEBRAE / RN, located in Natal / RN. Given this, it was investigated the possible use of rainwater in the building considered old, from the historical series of rainfall of the last 54 years and also the consumption bills of the building through predefined situations. The methodology adopted was basic in nature with exploratory and documentary character. For this, there were reports made available by the Water and Sewerage Company of RN - CAERN and by SEBRAE / RN. From then on, the Rippl model was used to design what the study sought to implement in the building and compare them to the available implementation space, as well as to measure the efficiency of what was proposed by the Sypplu After Spillage (YAS) method. With costs and payback periods from budget spreadsheets. As a result this study pointed out that, making the implementation of the proposed project can efficiently meet the building demand and give a possible financial return within a predicted time of little more than 7 years. Therefore, this can be considered a viable project of financial economy and a means of preserving water resources, given its importance to the environment.
Keywords: Rainfall; Sizing; Reservoir System; Efficiency Analysis; Consumption reduction.
Alyson Ferreira da Silva, graduando em Engenharia Civil, UFRN
Amanda Bezerra de Sousa, Prof(a). Me., Departamento de Engenharia Civil da UFRN Micheline Damião Dias Moreira, Prof(a). Dr(a)., Departamento de Engenharia Civil da UFRN
1. INTRODUÇÃO
A água é um recurso essencial à vida e indispensável para o desenvolvimento de diversas atividades econômicas. A ocupação desordenada e insustentável em ambientes urbanos aliados às mudanças climáticas globais está associada a uma maior frequência dos eventos de enchentes e secas e afetam diretamente o consumo de água, provocando uma ameaça plena de escassez de água.
Segundo o Relatório Mundial das Nações Unidas sobre Desenvolvimento dos Recursos Hídricos (UNESCO, 2019), a demanda de água tem aumentado a uma taxa de 1% por ano, desde década de 1980 e deve continuar a uma taxa semelhante até 2050. Ainda relata que cerca de 4 bilhões de enfrentarem escassez severa de água durante pelo menos um mês do ano.
A crescente demanda por água de boa qualidade e a sua escassez na natureza requerem, cada vez mais, a necessidade de um planejamento sustentável com a otimização dos recursos aplicados, onde a captação em locais cada vez mais distantes elevam os custos do sistema de abastecimento.
A cobrança pelo uso da água é prevista pela Política Nacional de Recursos Hídricos, instituída pela lei nº 9.433/97, com um dos seus objetivos de dar ao usuário uma sugestão do real valor da água e incentivar a utilização de tecnologias limpas e poupadoras de recursos hídricos (Brasil, 1997).
No Brasil, o custo da água refere-se aos serviços de coleta, tratamento e distribuição, sendo que todos e quaisquer usuários que captem, lancem efluentes ou realizem usos não consuntivos diretamente em corpos de água necessitam cumprir com o valor estabelecido. A destinação indevida de água potável ao consumo humano para processos que não necessitam de uma boa qualidade influencia diretamente nas tarifas básicas praticadas pelas concessionárias, com reajustes frequentemente para compensar as crescentes despesas associadas à captação, transporte, tratamento e distribuição de água, muitas vezes em novos mananciais mais distantes.
Nesse contexto, porém sem muitos novos mananciais acessíveis de captação de água, o aproveitamento de chuva é uma alternativa atraente de fonte não convencional para cooperar para redução do uso de água potável para atividades não potáveis.
De acordo com a UNESCO (2016) esse aumento da demanda em locais onde existe escassez ou uma alta competição por recursos hídricos cria a necessidade de usar as chamadas “fontes não convencionais” de água, como os poços, nascentes de baixo rendimento, águas pluviais, escoamento urbano e reciclagem de águas residuais.
Considerando que os edifícios com grandes áreas de cobertura podem compor de uma superfície eficaz para captação de água pluvial e associada ao correto armazenamento, manuseio e utilização possam possibilitar uma significativa redução direta do consumo de água potável e consequentemente o custo das faturas pelas concessionárias.
Diante dos problemas quanto ao aumento da demanda, à escassez e a busca por fontes alternativas de recursos hídricos, o objetivo geral desse estudo é analisar tecnicamente e financeiramente o aproveitamento de água pluvial, em prédios em funcionamento com alta capacidade de captação, porém com pequenas áreas para implantação dos reservatórios de armazenamento, permitindo uma redução de consumo de água potável.
7
2. REVISÃO LITERÁRIA
A ocupação desenfreada do solo concebida por um excesso de impermeabilização, impactando diretamente os recursos hídricos, seja pela contaminação dos mananciais por poluentes orgânicos e químicos carreados durante as chuvas ou pela retenção de água na superfície do solo, convergindo para o agravamento das inundações. Todavia, o sistema de drenagem pluvial é o mais afetado pela urbanização, e requer de um complexo planejamento para que as suas diretrizes não provoque seu colapso com os demais sistemas de saneamento básico.
Segundo Camdessus et al. (2005), a política de água de chuva consiste primeiramente em prevenir e combater inundações e depois em utilizar a água separada ou estocada, toda vez que isso for possível. Proceder ao inverso constitui um assunto espantoso sociológico e técnico.
Tomaz (2005) relata como uma das medidas para prevenção de enchentes causadas por chuvas torrenciais em grandes cidades, onde a superfície tornou-se impermeável, impedindo a infiltração da água, é o sistema de aproveitamento de água de chuva para o consumo não potável.
O aproveitamento de águas pluviais é um conceito simples, que, ao invés de deixar escoar, a água da chuva captada por uma superfície impermeável é armazenada e utilizada como fonte alternativa de abastecimento (SANTANA; MEDEIROS, 2017).
No Brasil, o uso de água de chuva captada e armazenada em cisternas domésticas ocorre há séculos, mas a captação imediata de água de chuva no meio urbano, visando ao aproveitamento em usos diversos, ainda é insipiente (ANDRADE NETO, 2013).
Bezerra alerta quanto aos possíveis usos da água pluvial:
A água de chuva nos centros urbanos pode ser aproveitada em atividades que não necessitam água potável, como, por exemplo, na descarga de bacias sanitárias, na irrigação de jardins e na limpeza de pisos, equipamentos e carros. Outros usos também podem ser propostos, desde que atendam aos requisitos de qualidade e segurança sanitária, para os diversos fins e seus usuários. A necessidade do tratamento depende da qualidade da água de chuva armazenada e da finalidade a que se destina. A água de chuva também é aproveitada para fins potáveis em regiões onde se justifica essa necessidade. (BEZERRA et. al, 2010, p. 220)
A variabilidade sazonal do nível de pluviosidade gera oportunidades de armazenamento hídrico em paisagens para fornecer água tanto para os ecossistemas, quanto para as pessoas, durante os períodos mais secos (UNESCO, 2018). A cidade de Natal é caracterizada por apresentar um elevado nível de heterogeneidade temporal e espacial de seu regime pluviométrico, em virtude da ocorrência de meses com excesso de chuvas, em contraste com períodos mensais que apresentam grande escassez de precipitações. A estação das chuvas estende-se de fevereiro a agosto, com totais mensais médios acima de 110 mm. Enquanto os meses mais secos estendem-se de outubro a dezembro, com totais mensais médios abaixo de 40 mm.
De acordo com Andrade Neto (2013) as cidades brasileiras de médio e grande porte, têm-se desprezado o potencial da água da atmosfera como manancial de água de boa qualidade, porém, há uma crescente tendência internacional de captar águas pluviais durante as precipitações, antes que sejam poluídas e contaminadas, e armazenar em tanques para diversos usos.
Santana e Medeiros (2017) relacionam a qualidade da água das chuvas a diversos fatores, dentre eles a localização geográfica a presença de vegetação, condições meteorológicas a estação do ano e a presença de carga poluidora. Ibid:
A qualidade das águas pluviais também se relaciona com a coleta e o armazenamento, logo os materiais de fabricação dos telhados, das calhas e dos reservatórios, afetarão diretamente os poluentes químicos presentes nas águas coletadas (Santana e Medeiros, 2017, p.14).
De modo a garantir a qualidade da água deve-se descartar os primeiros milímetros de cada chuva, garantir o fechamento hermético dos reservatórios, dispor de extravasores e ventilação e impossibilitar a entrada de insetos, conforme relata Andrade Neto, 2014. Ibid:
A segurança sanitária de sistemas de captação de água de chuva em cisternas depende da educação sanitária dos usuários e do manejo seguro, mas, também, de um projeto adequado, inspeção regular e manutenção do sistema (Andrade Neto, 2014, p.79).
A manutenção do sistema é necessária para manter a qualidade e deverá atender as recomendações da ABNT 15.527:2007, com o período mínimo indicado para cada dispositivo. Conforme avalia Santana e Medeiros sobre os riscos ambientais:
Água de chuva é relativamente limpa e livre de impurezas. [...], contudo águas pluviais é uma fonte alternativa de maior qualidade e pode ser utilizada para diversos fins. Os principais riscos ambientais envolvidos nos sistemas de aproveitamento de águas pluviais estão relacionados à falta de manutenção dos componentes que podem diminuir o tempo de vida útil dos mesmos ou promover o entupimento das tubulações e dos filtros. (Santana e Medeiros, 2017, p.42)
A eficiência e a confiabilidade dos sistemas de aproveitamento de água pluvial estão diretamente relacionadas com o dimensionamento dos reservatórios, sendo ajustadas as condições de implantação e ao equilíbrio do volume reservado e a demanda atendida. A NBR 15.527:2007 apresenta diversos métodos para o dimensionamento dos reservatórios de armazenamento. No entanto, para o presente estudo o método utilizado foi o Ripll, que consiste em armazenar o volume necessário para garantir a demanda durante o período mais critico com 100% de confiança. Assim afirma Giacchini:
O Método de Rippl fundamenta-se no princípio da regularização da vazão entre o período seco e o chuvoso. Sendo assim, a sua aplicação induz a resultados mais precisos para a situação em que a demanda é ligeiramente inferior ao volume captável. (Giacchini, 2016, p.4)
Segundo Bezerra et. al. (2010) A confiança é estabelecida pela relação entre o período em que o reservatório atende à demanda e o período total investigado, que são 12 meses para este estudo de caso.
Além do método de Ripll, uma metodologia por simulações de situações de bacias, definido como espaço máximo de possível, de modo a possibilitar a redução da demanda de água potável, sem depender de alta confiabilidade de fornecimento de água de chuva, porém potencializando o volume de retenção.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
A Figura 1 apresenta
primeira etapa, seguida dos dimensionamentos e aná eficiência dos sistemas propostos,
Figura 01 – Localização da sede do SEBRAE/RN.
Fonte: Autor
3.1. Caracterização da área de estudo
O edifício do estudo
e Pequenas Empresas do Rio Grande d
Nova, Natal/RN, nas coordenadas Latitude 255106,60 m e Longitude 9355672,20 m (UTM: Datum SIRGAS2000, zona 25M)
Figura 02 – Localização
Fonte: Google Maps, 2019. Análise Pluviométrica (EMPARN) Demanda Predial (CAERN) Área de Captação Direcionamento das calhas e Condutores Divisão de Bacias MATERIAIS E MÉTODOS
apresenta de forma simplificada a metodologia, com os dados de análise na guida dos dimensionamentos e análise de viabilidade Técnica, e por fim, a eficiência dos sistemas propostos, comparativos e apreciação financeira.
Localização da sede do SEBRAE/RN.
Caracterização da área de estudo
do estudo foi a sede principal do SEBRAE/RN (Serviço d
e Pequenas Empresas do Rio Grande do Norte), localizada na Av. Lima e Silva, 76, Lagoa nas coordenadas Latitude 255106,60 m e Longitude 9355672,20 m (UTM: Datum SIRGAS2000, zona 25M), conforme Figura 02.
Localização da sede do SEBRAE/RN.
, 2019. Eficiência Dimensionamento (Ripll) Análise Pluviométrica (EMPARN) Demanda Predial (CAERN) Área de Captação Dimensionamento por Espaço Máximo
Possível Direcionamento das calhas e Condutores Divisão de Bacias (Comparativo) Viabilidade Econômica Viabilidade Técnica (Implantação) SEBRAE 9
, com os dados de análise na lise de viabilidade Técnica, e por fim, a comparativos e apreciação financeira.
Serviço de Apoio as Micros na Av. Lima e Silva, 76, Lagoa nas coordenadas Latitude 255106,60 m e Longitude 9355672,20 m (UTM:
Eficiência (YAS) Discussão (Comparativo) Viabilidade Econômica (Payback)
O prédio foi construído em 1962 e ao longo dos anos passou por diversas reformas. Em 2014 foi reestruturada internamente com avanço de um mezanino metálico, aumentando sua capacidade de atendimento para uma média de 915 pessoas, diariamente.
Atualmente, a sede abrange 7.578,92m² de área construída, em três pisos (níveis), sendo 3.674,99m² de cobertura, em um terreno de 4.564,54m². Na área não edificada, correspondente a 19,48% do terreno, o piso é impermeabilizado com concreto betuminoso, destinado às vias para circulação interna de veículos, exceto uma pequena área permeável nas fachadas externas do prédio. Na Figura 03 (abaixo) uma Vista panorâmica do edifício e estudo.
Figura 03 – Vista panorâmica da sede do SEBRAE/RN.
Fonte: Acervo interno do SEBRAE/RN, 2019.
A lei complementar nº. 124, de 30 de junho de 2011, na qual dispõe sobre o Plano Diretor de Drenagem e Manejo de Águas Pluviais do Município do Natal, considera os empreendimentos com área do lote acima de 3.000,00 m² como impactantes do sistema de drenagem municipal. Portanto, a sede do edifício em análise deve possuir todas as instalações exigidas pelas leis municipais referentes à drenagem pluvial. Segundo o mesmo plano diretor, tem-se que:
Art. 14 – As águas pluviais que incidem em cada lote deverão ser armazenadas e ou infiltradas no próprio lote, de forma natural ou forçada, conforme os parâmetros expostos no Manual de Drenagem do PDDMA. (Natal, 2011).
Atualmente, o prédio não dispõe de um sistema de drenagem pluvial eficiente capaz de atender ao plano diretor. A maior parcela da precipitação que incide no terreno é direcionada naturalmente a via pública. Um menor volume pluviométrico é combatido por dois pequenos poços absorventes, facilmente transbordados em chuvas com maiores intensidades, que também escoa para via pública.
11
Um projeto de drenagem pluvial foi desenvolvido e aprovado nos órgãos competentes ao qual reter um volume de poços absorventes é superior ao existente em 17 vezes. A implantação desse sistema acarreta em uma enorme intervenção construtiva, em áreas já edificadas, com alto custo.
Uma solução para reduzir a quantidade de águas pluviais para infiltração direta no solo e consequentemente amenizar os custos com a redução dos poços absorventes é o armazenamento das precipitações para o aproveitamento em outros fins, ao qual não requer uma ótima qualidade.
3.2.Caracterização do consumo da edificação
O uso da água potável do edifício em estudo é, em quase toda sua totalidade, para fins não potáveis. Nos diversos modos de utilização as descargas sanitárias e lavatórios simbolizam o uso interno nos 16 banheiros, sendo que somente dois são destinados a banhos. Em torno de 30% do uso da água potável é designada a manutenção de jardins e lavagem de pisos. A utilização da água da concessionária para preparos de alimentos é mínima, e não existe ingestão direta. A distribuição predial é realizada por duas decidas independentes, a partir do reservatório superior, cada uma responsável por metade do edifício.
Na última reforma predial ocorrida em 2014, quase todos os dispositivos hidráulicos foram substituídos por aparelhos com menor consumo hídrico, proporcionando uma compensação ao crescimento mobiliário. O edifício possui um sistema de captação das águas provenientes de mais de 50% dos equipamentos de ar-condicionado, direcionado para a manutenção dos jardins, sendo responsável por uma redução de aproximadamente 3%, do consumo direto da concessionária, observados desde novembro de 2018.
A alimentação predial da concessionária é única e direta através de tubulação de PVC de 32 mm, ao reservatório inferior com volume de armazenamento de 31,60m³. Deste, 15,00m³ de água são destinados à reserva técnica de incêndio. O reservatório superior tem capacidade máxima para 15m³, abastecido por bombeamento a partir do inferior.
De acordo com acompanhamento das faturas mensais da concessionária (CAERN) no período de 2015 até 2018, foi possível desenvolver o perfil de consumo mensal médio do edifício, conforme o gráfico da Figura 04, em que se observa a demanda durante o ano.
Figura 04 – Demanda Mensal do consumo da sede do SEBRAE/RN.
Fonte: Autor, extraído das faturas da concessionaria.
137,8 140,5 140,3 153,0 165,8 177,0 151,3 200,0 156,0 147,8 153,8 136,3 0 50 100 150 200 250 C O N S U M O ( m ³)
DEMANDA MENSAL (m³)
3.3.Dados pluviométricos de
O perfil de precipitações série histórica de 1964 até 2018 Rio Grande do Norte – EMPARN A304; Código OMM 81839
Na figura 05 observa
médias pluviométricas, enquanto entre os meses de Setembro a Janeiro o registros de precipitação
respectivamente.
Figura 05 – Precipitaç 1964 até 2018.
Fonte: Autor, a partir dos dados pluviométrico da EMPARN.
3.4. Dimensionamento dos reservatórios
O conjunto de reservató
elemento do sistema a ser dimensionado.
plano de construção deverá refletir decisões acerca da sua melhor localização, da sua capacidade e da seleção do material.
A localização dos reservatórios destinação. Portanto, todos os reservató
gravidade, posicionado em cotas superiores ao reservató
alimentação ao reservatório superior e ao sistema de bombeamento de irrigação O volume dos reservatórios
volume de chuva aproveitável com a demanda (1), (1.1) e (2).
Dados pluviométricos de Natal
perfil de precipitações anual para a cidade de Natal/RN foi desenvolvido até 2018 disponibilizado pela Empresa de Pesquisa Agrop EMPARN - a partir da Estação Climatológica da UFRN ( A304; Código OMM 81839).
bserva-se que o período entre os meses de Março e
s, enquanto entre os meses de Setembro a Janeiro o
precipitação, sendo as possíveis estações chuvosas e de estiagem,
Precipitações médias mensais para o município de Natal
Fonte: Autor, a partir dos dados pluviométrico da EMPARN.
Dimensionamento dos reservatórios
O conjunto de reservatórios para armazenamento de água da chuva é o principal elemento do sistema a ser dimensionado. De forma a maximizar a eficiência do sistema, o seu plano de construção deverá refletir decisões acerca da sua melhor localização, da sua
do material.
localização dos reservatórios é extremamente importante para definição da odos os reservatórios foram considerados com
em cotas superiores ao reservatório inferior e a casa de bombas da alimentação ao reservatório superior e ao sistema de bombeamento de irrigação
reservatórios foram definidos pelo método de Rippl, que correlaciona o vel com a demanda no período mensal, de ac
S t D t Qt
desenvolvido a partir da disponibilizado pela Empresa de Pesquisa Agropecuária do Estação Climatológica da UFRN (Estação
Natal-e Julho tNatal-em as maiorNatal-es s, enquanto entre os meses de Setembro a Janeiro os de menores , sendo as possíveis estações chuvosas e de estiagem,
Natal/RN – Período de
rios para armazenamento de água da chuva é o principal e forma a maximizar a eficiência do sistema, o seu plano de construção deverá refletir decisões acerca da sua melhor localização, da sua
ente importante para definição da o uso do volume por e a casa de bombas da alimentação ao reservatório superior e ao sistema de bombeamento de irrigação.
todo de Rippl, que correlaciona o , de acordo com as Equações
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Qt C x Pt x A p (Equação 1.1)
V ∑ S , somente para valores de St > 0 (Equação 2)
No qual:
St é o volume de água no reservatório no tempo t;
Dté a demanda ou consumo no tempo t;
Qt é o volume de chuva aproveitável no tempo t;
C é o coeficiente de escoamento superficial. Ap é a área de captação em m²;
Pt Precipitação média aproveitada no tempo t
V é o volume do reservatório a ser dimensionado
Para as precipitações médias aproveitáveis mensais foram descartadas, na série histórica, todas as medições diárias até 2 mm, garantindo o volume mínimo recomendado para limpeza do sistema para precipitações superiores, garantindo a captação de água limpa. (ABNT, 2007)
A determinação da área total de captação é uma etapa importante no desenvolvimento de um projeto para aproveitamento de água de chuva, pois irá influenciar no volume total coletado (BEZER, 2010). A superfície de recolhimento considerada para aproveitamento da água da chuva foi a cobertura do prédio, composto por duas partes: a maior em telhas metálicas, tipo Galvalume, e o anexo em telhas de fibrocimento. Para esses tipos de superfícies de recolhimento, o coeficiente de escoamento de Runoff (C) é de 0,90.
As calhas pluviais existentes direcionam toda a água captada no telhado para os condutores verticais (tubos de quedas) posicionados nas laterais dos prédios (principal e anexo), dispositivos analisados e com o dimensionamento de acordo com a NBR 10884 - Instalações prediais de águas pluviais.
Em primeira análise o reservatório foi dimensionado com volume suficiente para atender a demanda anual do prédio. Como tem taxa de ocupação máxima, com poucas áreas disponíveis para instalação de reservatórios volumosos, locais com a possibilidade de implantação de módulos de reservatórios foram mensurados, sendo esse novo dimensionamento citado como espaço máximo disponível, caracterizados pela divisão de três bacias estratégicas, conforme Figura 6 e 7. As características das bacias são relacionadas abaixo:
a) Bacia A: Com superfície de coleta de 1.604,27m², direciona todas as águas para os condutores verticais do lado esquerdo do prédio, desviadas para uma área de circulação interna de serviços com capacidade para 11 tanques Acqualimp ® de 2,80m³ cada;
b) Bacia B: Recebe a contribuição de 1.126,29m² de cobertura, através de cinco condutores da parte principal do prédio, e uma pequena parcela do prédio anexo. Os volumes são mensurados de modo a permanecerem em uma área coberta com disposição para 02 tanques FORTELEV ® de 20m³ cada;
c) Bacia C: Com aproximadamente 25% (944,44m²) da cobertura em seu domínio, é a única em situação escavada, de modo a criar um novo espaço ao prédio. O volume para armazenamento será dispostos das áreas não incluídas nas bacias anteriores, com pequena parcela do prédio principal e quase todo prédio anexo. Com espaço determinado pela delimitações normativas (fundações, sumidouros e fossa) e altura de rebaixamento não superior a 2,50m, o dimensionamento máximo será de 40m³ em quatro dispositivos, com 10m³ cada;
Figura 06 – Distribuição das bacias estratégicas na área de captação (cobertura) da sede do SEBRAE/RN.
Fonte: Autor.
Para cada bacia foi proposto a implementação de um sistema de reservatório de primeira lavagem (First-Flush) de modo a destinar as impurezas depositadas no telhado, na primeira chuva, após um longo período de estiagem, ao qual contém poeiras, folhas, dejetos de animais e outros detritos. O dimensionamento para First-Flush previu o descarte de 2 mm de chuva da área da bacia, com tubulação desviada antes dos reservatórios de armazenamento para reuso. A destinação prevista para a água do reservatório de limpeza foi a instalação predial de esgoto sanitário, visto que a alta concentrações de impurezas e seu descarte no sistema de drenagem pluvial e/ou uso nas bombas de irrigação poderia acarretar prejuízos ao funcionamento.
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O sistema de auto limpeza possui funcionamento simplificado e precisa estar com reservatório vazio no início das chuvas para receber as primeiras precipitações. A água é desviada para First-Flush até atingir a posição limite, provocando o fecho automático da válvula de flutuador. Após o fechamento automático, o volume será regido para o reservatório de armazenamento principal. Finalizada a pluviosidade diária, o reservatório de auto limpeza precisa ser esvaziado para retornar às condições iniciais.
O sistema para aproveitamento de águas pluviais será interligado por gravidade ao sistema de reuso de água de ar condicionado existente, com destinação a irrigação dos jardins, pelo sistema de irrigação atual. Diversos pontos de utilização, por torneiras simples, serão possicionadas nos perimetros do prédio para limpeza de pisos, fachadas, equipamentos e utilitários de uso geral, todos por gravidade, aproveitando o diferencial planialtimétrico existente.
Figura 07 – Distribuição dos reservatórios de acordo com as bacias estratégicas, no piso térreo.
Fonte: Autor.
As áreas para os reservatórios de armazenamento, definidas pelas bacia, tem espaços suficiente ou possibilidades de direcionamento para que o volume excedente sejam injetadas no sistema de drenagem pluvial, a ser dimensionado após as definições dos reservatórios pluviais.
A análise desse volume excedente destinado ao sistema de drenagem é estudo adjunto, de forma a viabilizar a implantação do reuso pluvial, visto ter um redimensionamento do projeto atual de drenagem, não incluso nessa análise.
3.5. Análise da eficiência das bacias de reservatórios.
Para análise da eficiência três situações diversas foram instituídas: A primeira (I) com todas as bacias isoladas e independentes; Na segunda situação (II), as bacias B e C serão associadas (Bacia BC) direcionando o volume a ser guardado aos reservatórios sobre o solo,
pertencente a Bacia B; Na última e terceira situação (III) a associação das bacia B e C permanece, porém o destino das águas considerado foi o reservatório enterrado (Bacia CB).
A análise das situações propostas, com os arranjos das bacias, quanto a sua eficiência (confiabilidade) foi realizada pelo modelo de balanço hídrico YAS (Supply After Spillage), que considera a demanda atendida após o extravasamento do reservatório.
O modelo segue as Equações 2, 2.1 e 3:
≤ 1+ ou ≤ 1+ (Equação 2) ≤ ou ≤ + ( Equação 2.1) ∑!"# $ % & ∑!"#$ '& ( 100 (Equação 3) No qual:
Yt é o volume de água que atendeu a demanda no tempo t (m³); 1 é o volume de chuva armazenado no tempo t-1 (m³); é o volume de chuva captada e armazenado (m³);
Dt é a demanda ou consumo no tempo t (m³);
Vt é o volume de chuva armazenado no tempo t;
é a eficiência do da situação no tempo T analisado; * é o tempo total analisado;
3.6. Orçamento para implantação do sistema
O levantamento de custo para implantação das bacias sugeridas foram desenvolvidas a partir de bancos de dados públicos, sendo priorizado o uso da tabela SINAPI (Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil), com data de referência em Agosto de 2019, e o banco de preços de serviços de engenharia da CAERN, publicada em maio de 2019.
Na ausência de serviços nos bancos de dados acima, os mesmos foram complementados com as tabelas de custo para serviços e materiais de construção da SEINFRA (Secretaria de Infraestrutura do Ceará) e ORSE (Orçamento de Obras de Sergipe). De acordo com o estudo sobre taxas referenciais de BDI de obras públicas e de equipamentos e materiais relevantes, do Tribunal de Contas da União (TCU), para as obras relacionadas à construção de redes de abastecimento de água, coleta de esgoto e construções correlatas, deve ser adotada a inclusão de taxa de Benefícios e Despesas Indiretas (BDI) de 24,18%.
Os quantitativos dos serviços foram definidos por pré-projeto, considerando as traçadas para atender as situações simuladas, além do beneficiamento das áreas definidas para receber os reservatórios. Os serviços foram separados em quatro módulos: Serviços preliminares, com o reforço do piso e/ou escavação, os reservatórios de armazenamento e descartes, as tubulações pluviais, incluindo os filtros, e as tubulações de água fria.
Todos os serviços foram sintetizados em planilha de Excel considerando os valores sem desoneração, conforme modelo da Figura 8.
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Figura 08 – Planilha orçamentária para levantamento dos custos de implantação.
Fonte: Autor.
3.7. Tempo de retorno ( Payback)
O cálculo para período de retorno do investimento ou Payback foi realizado utilizando a relação do valor do investimento para cada situação proposta, com a respectiva redução financeira, conforme os valores aplicados por faixa de consumo. O período de payback é encontrado quando o valor economizado é igualado ao valor investido, conforme ilustração da Figura 09.
Figura 09 – Análise da PAYBACK.
Fonte: Autor. -R$ 20.000,00 R$ -R$ 20.000,00 R$ 40.000,00 R$ 60.000,00 R$ 80.000,00 R$ 100.000,00 R$ 120.000,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Anos após implantação PAYBACK
Desconto do Investimento Economia Acumulada Ivenstimento Inicial PAYBACK
A Figura 10 exemplifica a redução de consumo a partir da demanda atendida em volume (Economia gerada) e, assim, distribuída nas faixas tarifadas resultando o valor total reduzido mensalmente e anualmente.
Figura 10 – Análise da redução de consumo por faixa de consumo e seus respectivos valores.
Fonte: Autor.
Nos valores das taxas para as faixas de consumo foram consideradas reajuste de 4,36% ao ano, conforme o estudo tarifário da CAERN.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Inicialmente com o método de Rippl, o dimensionado do reservatório para atender todo o consumo anual gerou um volume de 253,09 m³, sendo os meses de outubro, novembro e dezembro os mais expressivos para elevar o resultado, conforme a Tabela 1.
Tabela 01 – Dimensionamento do volume dos reservatórios para atendimento máximo, pelo método de Rippl.
Mês Precipitação (mm)¹ Demanda mensal ² (m³) Área de Captação (m²) Chuva Mensal (m³) Diferença de Demanda e Chuva (m³) Vol. à acumular - uso anual (m³) Situação ³ JANEIRO 57,14 127,75 3674,99 188,99 -61,24 0,00 S FEVEREIRO 84,67 130,50 280,05 -149,55 0,00 S MARÇO 172,49 130,25 570,49 -440,24 0,00 E ABRIL 202,61 143,00 670,13 -527,13 0,00 E MAIO 197,08 155,75 651,84 -496,09 0,00 E JUNHO 269,45 167,00 891,19 -724,19 0,00 E JULHO 220,95 141,25 730,81 -589,56 0,00 E AGOSTO 94,95 190,00 314,06 -124,06 0,00 D SETEMBRO 44,07 146,00 145,76 0,24 0,24 D OUTUBRO 12,43 137,75 41,10 96,65 96,88 D NOVEMBRO 13,25 143,75 43,83 99,92 196,80 D DEZEMBRO 21,15 126,25 69,96 56,29 253,09 D
¹Os dados de precipitação apresentados representam o comportamento da chuva ao longo do ano. As médias são valores calculados a partir de uma série de dados de 56 anos observados, com o descarte de 2 mm para auto limpeza do sistema.
²A demanda mensal foi calculada com A MÉDIA ARITMÉTICA dos consumos, subtraído o consumo mínimo, de acordo com o histórico do consumo da concessionária (CAERN).
³(E) = água extravasando, (D) = reduzindo o nível no reservatório de água da chuva, (S) = aumentando o nível de água no reservatório.
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Considerando o início de operação do ciclo (janeiro) estará vazio, observa-se que o volume definido eleva o nível nos dois primeiros meses do ano, extravasando a partir de março até julho e, por sua vez de agosto a dezembro, esvaziando para atender o período mais crítico com os menores índices pluviométricos.
Diante da impossibilidade de instalação, pelo espaço físico, os custos não foram levantados para esse tipo de dimensionamento. No entanto, a eficiência encontrada foi de 83,5%.
Com a divisão da área de cobertura em três bacias (A, B e C), definidas de acordo com a destinação das águas, foram dimensionados os módulos de reservatórios de acordo com o espaço máximo possível. Os volumes predefinidos para as bacias A, B e C são respectivamente, 38m³ (11 x 2,80m³), 40m³ (2x20m³) e 40m³ (4x10m³), sendo somente a bacia C, enterrada.
Todos os resultados importantes quanto à análise estão representados na Tabela 2. Em sua totalidade, o novo sistema corresponde a 46,62% do volume requerido pelo método de Rippl, com capacidade de atender a 66,93% da demanda anual do prédio. De acordo com as situações propostas, quanto as possibilidade de arranjos das bacias, verifica-se que a demanda atendida anualmente sofre redução em aproximadamente 9,8% nas situações II e III, porém com volumes de reservatórios na casa de 30% do requerido pelo método de Rippl.
A mesma redução ocorre na eficiência (confiabilidade), mas, em todas as situações, os sistemas são inferiores quando comparadas às recomendações literárias (90%). Entretanto, apesar dos elevados os custos para implantação das situações propostas, o tempo de retorno de investimento é satisfatório, variando entre 7 e 12 anos.
Tabela 02 – Análise de eficiência da situações simuladas.
DEMANDA PARA TODO ANO
Situação Bacia Volume implantado (m³) Demanda atendida (%) Eficiência (%) Investimento (R$) Tempo de retorno (anos) I A 118,00 66,93% 81,54% R$ 154.868,44 11,3 B C II A 78,00 57,12% 73,18% R$ 78.082,04 7,2 BC III A 78,00 57,12% 73,18% R$ 122.600,85 10,5 CB Fonte: Autor.
Analisando a facilidade da implantação, considerando a funcionalidade do uso do prédio, a Bacia A tem uma menor influência construtiva, provocando um menor transtorno quanto sua implantação. Já as bacias B e C, tem particularidades além da viabilidade financeira, o impacto ao estacionamento que pode inviabilizar as intervenções estruturantes. Essa Bacia (A) é responsável por atender a mais de 25% da demanda anual, com confiabilidade de 76,61%, e apresentou um Payback de 8 anos.
Apesar de não atender a toda a demanda da sede, as bacias dimensionadas pelo espaço máximo possível tem a eficiência próximo ao recomendado pela literatura de 90% em todas as situações ( Ver na Tabela 02). Quando considera pleitear todo volume exigido pelo prédio, ou seja, 100% da demanda, essa eficiência é bem inferior, chegando a 59,43% para situação I e 40,31% para as situações II e III.
Barbosa Júnior (2019) apresenta a viabilidade técnica e financeira da implantação de um sistema com um reservatório de 600m³ para atender um quarto da demanda de um prédio comercial na mesma região com 48,61% de eficiência e tempo de retorno de 2 anos e 3 meses. Esse sistema é comparado em demanda, ao que representa a Bacia A no conjunto em estudo.
O mais inquietante é a discrepância nos períodos de retornos quando comparados as simulações dos reservatórios. Enquanto Barbosa Júnior (2019) propôs modelos com Payback inferiores a 5 anos, esse estudo teve um menor tempo de retorno de 7 anos e 3 meses. Contudo a adoção de um único reservatório favorece um menor investimento para implantação, porém Santana e Medeiros (2017) recomenda reservatórios com volumes menores, ponderando a garantia de melhor qualidade da água estocada.
Barbosa Júnior (2019) ainda provoca a possibilidade de remanejamento hídrico, com os reservatórios de alimentação de outras fontes potáveis, desde que realizado o tratamento adequado.
O aproveitamento de água de chuva para áreas urbanas é recomendada exclusivamente para o uso não potáveis, inviabilizando a ligação cruzada com o sistema de abastecimento de outras fontes potáveis. Para destinar o volume armazenado das precipitações caracterizado como qualidade duvidosa deve ser criado uma instalação predial independente que, em muitos casos para prédios antigos, inviabiliza a implantação pelos altos custos das intervenções construtivas.
A NBR 15527:2007 recomenda que esses reservatórios (água potável e chuva) sejam separados, evitando essa ligação cruzada. Entretanto, Melo (2007) avaliou amostra dos 10mm iniciais de chuvas em três pontos em Natal/RN e concluíram que o primeiro milímetro é suficiente para limpar as partículas e micróbios. Andrade Neto (2013) relata que a qualidade da água da chuva pode atender aos padrões de potabilidade, desde que tenha a manipulação adequada com as devidas barreiras sanitárias, incluindo o descarte do primeiro milímetro.
Como o sistema proposto tem descarte de 2mm nas precipitações e admitindo a condição de potabilidade dessa nova fonte, surge uma nova simulação com a possibilidade do remanejamento hídrico, a inclusão do reservatório inferior (capacidade de 31,60m³) na Bacia A, com os resultados apresentado na Tabela 03. Todos os parâmetros apresentam melhorias significativas, principalmente a Bacia A (isoladamente) com confiabilidade de 83,66% passa a responder por um terço da demanda anual do prédio.
Tabela 03 – Análise de eficiência da situações simuladas com remanejamento hídrico.
DEMANDA PARA TODO ANO
SITUAÇÃO BACIA VOLUME IMPLANTADO (m³) DEMANDA ATENDIDA (%) EFICIÊNCIA (%) INVESTIMENTO (R$) TEMPO DE RETORNO (Anos) I A 149,60 74,68% 83,66% R$ 154.868,44 10,68 B C II A 109,60 64,86% 80,69% R$ 78.082,04 6,60 BC III A 109,60 64,86% 80,69% R$ 122.600,85 9,66 CB Fonte: Autor.
Decorrente do diagnóstico das situações propostas pode-se concluir que a situação II é a mais viável economicamente, visto atender mais da metade da demanda do prédio em estudo, com um período de retorno do investimento considerado baixo, embora inferior quando comparados ao estudo de Barbosa Júnior (2019). No entanto, ponderando a dificuldade de disponibilidade de área para implantação, o estudo proporciona um alto percentual de atendimento da demanda com eficiência aceitável. Portanto, a implantação das situações propostas são viáveis economicamente, abrangida significativamente caso comprovada a qualidade das águas captadas.
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5. CONCLUSÃO
O sistema de aproveitamento de águas pluviais para áreas urbanas pode ser considerado viável por proporcionar um percentual satisfatório de atendimento a demanda predial com confiabilidade aceitável, com uma economia nas faturas.
Deste modo, incluído como um projeto de economicidade para o prédio, surge como uma possível solução para um melhor direcionamento das águas das chuvas.
Ao decorrer do estudo, buscou-se averiguar a viabilidade do sistema, como se daria sua instalação, seu funcionamento e seu retorno financeiro. Constatou-se que a instalação é relativamente simples, viável no que tange a estrutura predial e de investimento financeiro médio. Quanto ao seu funcionamento, poderia ser iniciado a partir da captação das águas pluviais. O retorno do capital aplicado se daria num médio prazo, a considerar a economia mensal e retorno do investimento inicial em aproximadamente sete anos.
Ao ponderar-se as dificuldades da área para a implementação, o estudo aponta que além da possível utilização não potável no prédio, tanto a manutenção de jardins quanto a lavagens e utilização nos banheiros, as águas pluviais podem ser vistas como recursos hídricos potáveis. Assim, existente a possibilidade de condição da potabilidade, desde que a manipulação seja adequada e com as devidas barreiras sanitárias, incluído o descarte de milímetros como sugerido por Andrade Neto em seu estudo sobre aproveitamento imediato da água de chuva, o período de retorno será minimizado com ampliação do sistema pelo remanejamento hídrico.
É importante ressaltar que as águas precipitadas são normalmente infiltradas ou acumuladas em locais propícios à patologias nas edificações ou a enchentes em áreas externas, em função da pequena parcela permeável do terreno. Assim, levantar com este estudo de como poderia ocorrer um melhor direcionamento das águas pluviais se faz importante, pois a retenção de forma apropriada para fins consumistas é coerente e ecologicamente correto, pela redução direta do consumo de água captadas, tratadas e distribuídas a custo maiores em outras fontes de recursos. Buscou-se ainda propiciar uma possível discussão que propenda discernir sobre a potabilidade da água pluvial através de análises qualitativas.
Outras análises dirigidas na relação direta da coleta de água da chuva com a possível redução das áreas para absorção no solo estabelecidas pelo plano diretor de drenagem e servirão de comparativos para com o que é indicado no projeto deste estudo.
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