UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
PAULO RICARDO OLIVEIRA FERREIRA
PROPOSTA DE CAPTAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL PARA USO NÃO POTÁVEL EM PROPRIEDADE RURAL NO NORTE DE MATO
GROSSO
SINOP 2019/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
PAULO RICARDO OLIVEIRA FERREIRA
PROPOSTA DE CAPTAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL PARA USO NÃO POTÁVEL EM PROPRIEDADE RURAL NO NORTE DE MATO
GROSSO
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof.ª Orientadora: Paloma Dondo Tonello Pedro
SINOP 2019/2
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Método de Rippl ... 26
Tabela 2 – Vazão dos aparelhos sanitários. ... 30
Tabela 3 – Período de Retorno. ... 31
Tabela 4 – Valores para o coeficiente de rugosidade. ... 33
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1: Volume de chuva captada mensal...26
Equação 2: Vazão de Projeto...30
Equação 3: Dimensionamento das calhas por Manning-Strickler...31
Equação 4: Método Rippl: volume de água no reservatório...34
Equação 5: Método Rippl: volume de chuva aproveitável...34
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Distribuição de Precipitação no Brasil. ... 16
Figura 2 – Ciclo da água. ... 18
Figura 3 – Sistema de captação de água da chuva.. ... 20
Figura 4 – Elementos básicos de um sistema de captação de água da chuva ... 22
Figura 5 – Área de Coleta - Telhado.. ... 23
Figura 6 – Calha protegida com grelha. ... 23
Figura 7 – Filtro autolimpante.. ... 24
Figura 8 – Reservatórios com tambores. ... 25
Figura 9 - Etapas da metodologia. ... 28
Figura 10 – Local de pesquisa em relação à Sinop. ... 28
Figura 11 – Horta familiar.. ... 29
Figura 12 – Poço semiartesiano.. ... 29
Figura 13 – Representação dos parâmetros a serem considerados para o cálculo da área de contribuição em superfície inclinada. ... 32
LISTA DE ABREVIATURAS
NBR - Norma Brasileira
SNIRH - Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
PNAD - Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios
FAO - Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
SAF - Secretaria de Agricultura Familiar e Cooperativismo ONU - Organização das Nações Unidas
ANA - Agência Nacional de Água MMA - Ministério do Meio Ambiente
SEMA - Secretaria do Estado e Meio Ambiente
EMPAER - Empresa Mato-grossense de Pesquisa e Extensão Rural INCRA - Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Proposta de captação e armazenamento de água pluvial para uso não potável em propriedade rural no norte de Mato Grosso.
2. Tema: 30100003 - Engenharia Civil
3. Delimitação do Tema: 30104017 - Hidráulica 4. Proponente: Paulo Ricardo Oliveira Ferreira 5. Orientadora: Paloma Dondo Tonello Pedro
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado do Mato Grosso 7. Público Alvo: Pesquisadores, profissionais e estudantes da área de Engenharia, comunidade rural.
8. Localização: Universidade do Estado do Mato Grosso, Campus Universitário de Sinop. Avenida Francisco de Aquino Correia, 313, Aquarela das Artes, CEP: 78898-000
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... III LISTA DE EQUAÇÕES ... IV LISTA DE FIGURAS ... V LISTA DE ABREVIATURAS... VI DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... VII
1 INTRODUÇÃO ... 10 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 12 3 JUSTIFICATIVA ... 13 4 OBJETIVOS ... 14 4.1 OBJETIVO GERAL ... 14 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 14 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 15 5.1 AGRICULTURA FAMILIAR ... 15 5.2 DISPONIBILIDADE HÍDRICA ... 16
5.2.1 Recursos Hídricos no Brasil e no Mundo ... 16
5.2.2 Recursos Hídricos no Mato Grosso ... 17
5.3 O CICLO HIDROLÓGICO ... 17
5.4 USO E CONSERVAÇÃO DA ÁGUA ... 18
5.5 APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA ... 19
5.5.1 História da Captação de Águas Pluviais ... 19
5.5.2 Sistema de captação de Águas Pluviais ... 20
5.5.3 Técnicas de coleta de água de chuva para irrigação de jardins e limpeza de vasos sanitários ... 21
5.6 COMPONENTES BÁSICOS DE UM SISTEMA DE CAPTAÇÃO ... 22
5.6.1 Área de captação ... 22
5.6.2 Calhas e Condutores (horizontal e vertical) ... 23
5.6.4 Armazenamento ... 24
5.7 LEGISLAÇÃO E NORMAS ... 25
5.8 MÉTODO RIPPL ... 26
6 METODOLOGIA ... 28
6.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ... 28
6.2 LEVANTAMENTO DOS DADOS ... 30
6.2.1 Demanda de Água não potável da edificação ... 30
6.2.2 Levantamento da média mensal das precipitações ... 30
6.3 DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DO SISTEMA ... 31
6.3.1 Vazão de projeto ... 31
6.3.2 Área de contribuição ... 32
6.3.3 Calhas ... 32
6.3.4 Condutores verticais e horizontais ... 33
6.4 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO ... 34
6.4.1 Método de Rippl ... 34
6.5 ANÁLISE ECONÔMICA ... 35
7 CRONOGRAMA ... 36
1 INTRODUÇÃO
Por meio de toda história, nota-se que a água é de grande importância, tanto para o desenvolvimento biológico, cultural quanto econômico. Este recurso proporciona a manutenção da vida, sustenta a biodiversidade e a produção de alimentos (OLIVEIRA; SILVA; CARNEIRO, 2013).
Porém, o desenvolvimento da humanidade como sociedade trouxe consigo impactos e degradações dos recursos naturais e principalmente dos recursos hídricos. Todo este panorama modificou o conceito de desenvolvimento, o conciliando com o princípio da sustentabilidade sob o aspecto da necessidade de garantir água às gerações atuais e futuras. A universalização do acesso a água sem causar a escassez é um desafio atual, sendo este recurso natural essencial aos seres vivos e indispensável no desenvolvimento das principais atividades humanas (GIACCHINI, 2010).
Para Oliveira, Silva e Carneiro (2013), a população vem sendo forçada a mudar seus hábitos em relação ao consumo de água, pois além de considerar a poluição dos recursos hídricos, há a necessidade de reduzir o consumo, ou seja, evitar desperdícios. As legislações vigentes trazem a possibilidade de utilizar a água com qualidade inferior para atividades que não exijam padrões para consumo humano, como o uso em irrigação e descargas sanitárias.
O Brasil é um país rico em recursos hídricos potáveis, porém há a escassez de água em determinadas regiões como no semiárido. No Centro-Oeste a escassez ocorre com menor frequência, mas as fontes de água encontram-se poluídas devido às ações humanas, como o uso excessivo de agrotóxico e principalmente pela falta de fiscalização.
Giacchini (2010) relata que o aproveitamento de águas pluviais é um processo milenar empregado nas civilizações como Astecas, Maias e Incas como a principal fonte de abastecimento de água. No Brasil, na região do semiárido o uso de água de chuva passou a incorporar programas de ação socioambiental e desenvolvimento. Na China já há 4.000 anos, foi registrada a captação da água de chuva para uso doméstico por meio de cisternas subterrâneas, sendo consideradas como um dos itens mais valiosos de uma residência (GNADLINGER, 2001).
Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE (2019), os dados da Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios - PNAD do ano de 2015 nos
apresenta que 84,72% da população brasileira vive em áreas urbanas, e os outros 15,28% vivem em áreas rurais. O Centro-Oeste é a região que tem 90% da sua população no convívio urbano.
A Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO), afirma que pouco mais de 90% das propriedades agrícolas no mundo são gerenciadas por famílias, que são responsáveis por 75% de todos os produtos da agricultura global e representa cerca de 80% dos alimentos do mundo inteiro. Isto nos mostra que as estratégias de desenvolvimento sustentável ambiental, social e econômico passam, obrigatoriamente, por este setor de produção. No Brasil, a agricultura familiar representa cerca de 84% das propriedades rurais (BLUEVISIONBRASKEM, 2018)
Nesse contexto, percebe-se a necessidade de propor um sistema de captação e armazenamento de água pluvial para fins não-potáveis em propriedades que vivem da agricultura familiar, sendo estas adeptas da agroecologia.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Para o projeto de pesquisa apresentado, formulou-se o questionamento a ser resolvido e discutido:
• O volume de água coletada dos telhados de uma residência na zona rural de Sinop é capaz de atender à demanda (total ou não) de consumo no uso não-potável da água como na utilização para descargas sanitárias, lavagem de maquinário, pisos e até mesmo irrigação?
• Esta metodologia sustentável trará benefícios à população rural e ao meio ambiente?
3 JUSTIFICATIVA
Diante da crescente demanda de água no planeta e partindo do pressuposto que a água é essencial para a manutenção da vida na Terra, há a necessidade de minimização no uso dos recursos hídricos superficiais/subterrâneos disponíveis, assim como a preservação destes para as futuras gerações.
Desta maneira, a captação de águas da chuva pode ser uma alternativa para abastecer a população de propriedades rurais no norte do Mato Grosso, mesmo que a água seja utilizada para fins menos nobres como descargas sanitárias, limpeza de área e irrigação.
A pesquisa faz-se necessária, pois além do levantamento de custo da implantação de um sistema coletor pluvial, será possível proporcionar uma fonte alternativa de água, minimizando a utilização dos recursos hídricos, reduzindo os impactos ambientais locais.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Propor um sistema de captação e armazenamento de água pluvial para fins não potáveis em propriedade rural no norte do Mato Grosso.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Estimar a média de consumo de água não-potável de uma família rural; • Realizar o dimensionamento do reservatório através do método de Rippl; • Propor um sistema de captação de água pluvial mais econômico e acessível; • Realizar um levantamento de custo do sistema completo.
• Sensibilizar a comunidade rural sobre a necessidade e benefícios do reaproveitamento da água pluvial.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 AGRICULTURA FAMILIAR
Globalmente, não há uma definição sobre a agricultura familiar. Em alguns países o conceito é bem amplo, referindo-se ao tamanho das propriedades, renda e níveis de produção, sendo que a condição básica é que a produção seja conduzida estritamente pela família (EMBRAPA, 2014).
No Brasil a partir da Lei nº 11.326/2006, foram definidos os critérios que faz uma propriedade de produção agrícola pertencer, ou não, à agricultura familiar. Segundo a legislação, para ser considerado agricultor familiar é preciso que a propriedade tenha no máximo quatro módulos fiscais (de acordo com cada município), seja utilizada predominantemente mão-de-obra da própria família e que a administração seja feita pelas mesmas.
A Secretaria de Agricultura Familiar e Cooperativismo - SAF (2016) relata que além dos pré-requisitos estabelecidos pela Lei º 11.326/2006, o agricultor familiar tem uma relação mais particular com a propriedade, pois é seu local de trabalho e moradia.
Segundo IBGE (2006), 84,4% dos estabelecimentos agropecuários no Brasil, pertenciam a grupos familiares; e em cidades com menos de 20 mil habitantes, a agricultura administrada por família representa cerca de 90% da base econômica.
Esta agricultura tem um faturamento anual de US$ 55,2 bilhões e se o Brasil tivesse apenas a produção familiar, ainda estaria na posição de número 8 no ranking do agronegócio mundial entre os maiores produtores de alimentos (SAF, 2018).
Sendo assim, a agricultura familiar possui um papel de grande importância para a economia nacional. Está intimamente ligada ao abastecimento e controle da inflação dos alimentos consumidos pelos brasileiros.
Diante deste contexto, propor alternativas sustentáveis para consumo de água em propriedade rural de pequeno porte se tornam viáveis, devido à elevada utilização do recurso hídrico para os diversos usos.
5.2 DISPONIBILIDADE HÍDRICA
5.2.1 Recursos Hídricos no Brasil e no Mundo
O território do Brasil possui cerca de 12% de toda a água doce do planeta. Com um total de 200 mil microbacias como a da Amazônia (a mais extensa do mundo). Grande potencial hídrico, capaz de prover 19 vezes o mínimo do volume de água estabelecido pela Organização das Nações Unidas - ONU que é de 1.700m³/s. A vazão média de água no Brasil é de 33,000 m³ por habitante por ano. Mesmo com essa abundância, a água brasileira não é inesgotável. Inclusive, o acesso à água entre as regiões é diferente, devido as características da geografia, as mudanças de vazão dos rios e variação do clima que afetam a distribuição (MMA, 2019).
Na Figura 1, temos os dados de precipitação média anual (mm de chuva) - Série 1977 a 2006 fornecidos pela Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos – SNIRH (2019).
Cardoso (2018) nos relata que a precipitação média anual brasileira é de 1,761 mm, com variações na faixa de 500 mm no semiárido do Nordeste, e 2,000 mm no domínio amazônico.
Figura 1 – Distribuição de Precipitação no Brasil. Fonte: SNIRH, 2019.
5.2.2 Recursos Hídricos no Mato Grosso
O Mato Grosso é um dos maiores estados do Brasil e possui grande volume de água doce. Entretanto, devido a sua dimensão geográfica e clima diferenciado, algumas regiões como no cerrado mato-grossense sofre com a escassez hídrica (MMA, 2012 apud ALVES et al., 2016).
O Governo do Mato Grosso (2016) nos relata que este estado, abriga três das doze bacias hidrográficas que existem no Brasil: Paraguai (abrange 19,6% da superfície estadual), Araguaia/Tocantins (corresponde 14,7% da superfície do estado) e Amazônica (ocupa 65,7% do território). A Secretaria do Estado e Meio Ambiente (SEMA) é responsável por garantir a gestão dos recursos hídricos estaduais
Segundo a SEMA (2016), mesmo Mato Grosso sendo um dos estados com mais abundância de água, a importância da política de prevenção, conscientização e preservação deve ser reforçada, evitando a escassez de água. Além disso, deve garantir o auxílio de políticas públicas efetivas e a parceria da sociedade civil e governo voltados para este bem vital para a humanidade (NAZÁRIO, 2016).
5.3 O CICLO HIDROLÓGICO
O Ministério do Meio Ambiente (2005) relata que devido os raios solares, a água dos oceanos, rios, lagos, superfície dos solos e plantas evaporam. Desta evaporação formam as nuvens que em condições adequadas condensam-se e precipitam-se na forma de chuva, granizo ou neve. Parte da chuva infiltra-se no solo abastecendo aquíferos, que posteriormente alimentarão rios e lagos, outra escorre superficialmente para os corpos hídricos ou evaporam e vão para atmosfera formando novas nuvens.
Tal processo é considerado como ciclo hidrológico ou ciclo da água esquematizado na Figura 2.
Figura 2 – Ciclo da água. Fonte: DAE, 2014.
No planeta Terra, aproximadamente 70% da superfície é coberta por água, sendo que 97% é salgada e 3% é doce. Desta pequena quantidade de água doce, 68,9% estão congeladas, 29,9% estão no subsolo, 0,9% fazem a umidade do solo e apenas 0,3% estão na superfície nos rios e lagos (MMA, 2005).
Esta quantidade de água existente é limitada, porém acredita-se que é a mesma quantidade há três bilhões de anos, devido ao fato que o ciclo da água se sucede infinitamente (GIACCHINI, 2010).
O ciclo da água sofre várias interferências, tanto naturais, como o clima da região, ou antrópicas como os processos de urbanização. É possível observar as interferências das atividades humanas por meio dos usos múltiplos da água para o uso doméstico, irrigação, industrial, dentre outros. Estas alterações constituem em um subsistema denominado de “ciclo urbano da água”, que começa na extração de água de aquíferos e rios, é tratada e então distribuída à população. Para completar o ciclo há a captação das águas pluviais, que são recolhidas pelo sistema de drenagem e lançadas em rios e lagos (GIANCCHINI, 2010).
5.4 USO E CONSERVAÇÃO DA ÁGUA
Por meio dos estudos específicos, levantamentos diretos e cadastro de usuários, se conhece cada vez mais sobre o uso da água no Brasil. Em 2017, estima-se que foi retirado um total de 2.083 m³/s de água com o principal uso (em quantidade)
para a irrigação (52%), abastecimento das necessidades humanas (23,8%) e uso industrial (9,1%), representam juntas um cerca de 85% da toda água retirada. Os outros 15% é destinado para animais, termelétricas, suprimento rural e mineração (ANA, 2018). O Gráfico 1 expõe a representatividade dos diversos usos da água no Brasil.
Gráfico 1 – Uso da água no Brasil. Fonte: ANA, 2018.
Nas últimas duas décadas, estima-se que houve um aumento de aproximadamente 80% de retirada de água no Brasil, e a previsão é que haja um aumento de mais 24% até 2030 (ANA, 2018).
Werneck (2006) nos apresenta que a Conservação da Água pode ocorrer por meio de práticas, técnicas e tecnologias que otimizam a eficiência do uso da água, além de ser qualquer ação que reduza a quantidade de água extraída das fontes, reduza o consumo, desperdícios e perdas de água.
5.5 APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA
5.5.1 História da Captação de Águas Pluviais
A água proveniente das chuvas é uma forma antiga e simples de abastecimento. Diferentes civilizações ao longo do tempo, como Incas, Maias e Astecas captaram e armazenaram águas pluviais para utilizar em atividades diárias (SAUTCHÚK, 2004). 52% 24% 9% 15% 0% 20% 40% 60% 80% 100%
Irrigação Necessidades humanas Uso industrial Animais, termelétricas, suprimento rural e
mineração
%
Destino final da água
Giacchini (2010) relata que o aproveitamento de águas pluviais é um processo milenar empregado nas civilizações como Astecas, Maias e Incas como a principal fonte de abastecimento de água. No Brasil, a região do semiárido o uso de água de chuva passou a incorporar programas de ação socioambiental e desenvolvimento.
No Brasil o registro mais antigo de captação de água da chuva é na ilha de Fernando de Noronha em 1.943. Atualmente a ilha ainda utiliza tal aproveitamento (MAY, 2014).
No Mato Grosso, em 2010, um projeto piloto de instalação de cisternas para armazenamento de água da chuva, implantado pela Superintendência Regional do Incra em parceria com a Empresa Mato-grossense de Pesquisa e Extensão Rural (Empaer), buscou soluções sustentáveis para a escassez de água em assentamentos rurais no estado beneficiando cerca de 300 famílias numa área próxima à fronteira da Bolívia (INCRA, 2010).
5.5.2 Sistema de captação de Águas Pluviais
Waterfall (2002) nos relata que o sistema de captação de águas pluviais pode ser de forma mais simples, depende apenas de três elementos básicos: precipitação, condutores horizontais (calhas) e verticais (canos) e reservatório. Ou sistemas mais complexos que são utilizados em grandes empreendimentos, exigindo assim reservatórios maiores, assistência profissional e custos são mais elevados.
Figura 3 – Sistema de captação de água da chuva. Fonte: ECOVILA CLAREANDO, 2019.
A precipitação local, área de captação e a demanda do edifício são fatores de grande importância na captação de água da chuva. Cilento (2009) considera a superfície de captação e o reservatório de armazenamento como principais estruturas. É indiscutível que os fatores citados são de grande relevância para o dimensionamento do sistema de captação de águas pluviais, pois para se conhecer o volume do reservatório é necessário o conhecimento acerca do consumo e da área de captação.
Favretto (2016) diz que independentemente do tipo de sistema que será empregado, as condições do meio local como o clima, fatores econômicos e espaciais, como a posição de outros edifícios, precisam ser analisados a fim de propor um sistema viável. A interligação das estruturas é feita por meio das calhas e canos, grades, filtros e caixa de armazenamento. O sistema pode trabalhar por gravidade ou bombeamento.
O tratamento que será dado para a água captada dos telhados vai depender de qual a sua finalidade. Para o uso não potável, não é necessário longos processos de purificação, ou seja, um tratamento simples, como sedimentação natural, filtração ou cloração pode ser suficiente (MAY & PRADO, 2004).
Mesmo se a região for escassa ou com abundância de água, ela deve ser utilizada com cautela, sempre buscando obtê-la por meios alternativos como a captação pluvial. Tucci (2007, apud Favretto, 2016) considera as águas pluviais como fonte de abastecimento não potável e que minimiza os problemas ambientais causados pela escassez.
5.5.3 Técnicas de coleta de água de chuva para irrigação de jardins e limpeza de vasos sanitários
A água coletada da chuva não abastece a rega das plantas em todas as estações do ano, devido o período de seca. A água poderá ser armazenada e utilizada em períodos entre chuvas, e assim obter o máximo de aproveitamento do sistema de coleta. Este sistema conta com reservatório de acumulação e sistema de distribuição. A distribuição para rega de plantas e jardins pode ser feito por meio de mangueiras de jardim, gotejamento e ainda sprinklers (MAY, 2004).
Figura 4 – Elementos básicos de um sistema de captação de água da chuva. Fonte: Waterfall (2002) apud May (2004).
May (2004) nos relata também que a água da chuva traz benefícios para a limpeza de vasos sanitários. Aproximadamente 35% do consumo de água numa residência destina-se a esse fim. O princípio do funcionamento deste sistema é o mesmo utilizado na irrigação de jardins. O processo de instalação deste sistema é importante para termos êxito com o mesmo.
A água da chuva não pode ser misturada com a água potável, portanto são necessários dois sistemas separados. O sistema de armazenamento de água coletada dos telhados para a limpeza de vasos sanitários pode ficar enterrado ou apoiado no nível do solo, mas é preciso que seja recalcada para os pontos que será utilizada. Ou pode estar apoiada na laje da residência, para tanto é preciso verificar a disponibilidade de espaço e verificar a sobrecarga na estrutura (MAY, 2004).
5.6 COMPONENTES BÁSICOS DE UM SISTEMA DE CAPTAÇÃO
5.6.1 Área de captação
Cohim, Garcia e Kiperstok (2008), dizem que o tamanho da superfície de captação está intimamente relacionado com o potencial de aproveitamento de água de chuva, e que o material desta superfície influenciará na qualidade e nas perdas por evaporação e absorção.
Recomenda-se que a superfície de coleta de água seja lavada ao menos duas vezes ao ano, e que seja podada as árvores próximas ao local para diminuir a quantidade de folhas, galhos e dificultar o acesso de gatos, roedores ou pássaros (BERTOLO, 2006).
O volume precipitado sobre o telhado não será o mesmo captado, devido ao tipo de material que o constitui, tendo em vista a evaporação e absorção. Diante disso,
autores como Tomaz (2007) adota um coeficiente de escoamento superficial (C) como 0,80, ou seja, haverá perda de 20% da água precipitada em telhas cerâmicas.
Ainda de acordo com a NBR 10.844/1989, área de contribuição é a superfície que intercepta a água da chuva e a conduz a determinado ponto da instalação.
Figura 5 – Área de Coleta - Telhado. Fonte: Waterfall (2002) apud May (2004).
5.6.2 Calhas e Condutores (horizontal e vertical)
Machado (2013, apud Karlinski, 2015) relata que materiais indesejados como sedimentos, folhas e detritos podem acompanhar a água de chuva no telhado e causar obstruções nos condutores e prejudicar o funcionamento do sistema. Para que isto não ocorra, é aconselhado instalar grelhas e inspecionar em períodos os condutores horizontais e verticais.
Figura 6 – Calha protegida com grelha. Fonte: Ernesto Muller (200?)
A NBR 10.844 defini calha como um canal que recolhe a água de coberturas, terraços e similares e a conduz a determinado ponto.
Os condutores verticais e horizontais são geralmente tubulação de PVC que conduzem a água da calha até o reservatório.
5.6.3 Dispositivos de primeira lavagem
Além das proteções na calha contra detritos indesejados, um filtro autolimpante pode auxiliar a reter sólidos grosseiros. Estes filtros podem ser feitos no local ou comprados. Tem como função remover sólidos (galhos, folhas, fezes secas de animais, etc.) (FEAM, 2016).
Os filtros autolimpantes podem ser instalados nas tubulações verticais e evita que matéria sólida entre no reservatório.
Figura 7 – Filtro autolimpante. Fonte Sempre Sustentável (2014). 5.6.4 Armazenamento
Bertolo (2006) entende que a forma para maximizar a eficiência do sistema é locando o reservatório o mais perto possível tanto do abastecimento como dos pontos de consumo. Além disso, este autor recomenda que o material seja durável, estanque em relação ao exterior, liso e que pegue a menor quantidade possível de luz solar. Bem como levar em conta o volume que este reservatório deve suportar.
O reservatório é o investimento com maior significância no sistema de captação de águas pluviais. Portanto, formas alternativas podem ser viáveis economicamente.
Figura 8 – Reservatórios com tambores. Fonte: CCWATER (200?).
5.7 LEGISLAÇÃO E NORMAS
A NBR 15527 publicada no ano de 2007 pela Associação Brasileira De Normas Técnicas (ABNT) nos fornece os requisitos para aproveitarmos as águas da chuva em coberturas urbanas paras fins não potáveis. Em que o uso da água pode ser usado para utilização em bacias sanitárias, irrigação, lavagem de veículos dentre outros.
Esta norma nos apresenta em seu anexo, diferentes métodos para o dimensionamento do reservatório de armazenamento de água da chuva, dentre eles: Método de Rippl, Método Azevedo Neto, Método de Simulação, Método Prático Alemão, Inglês e Australiano. A escolha do método fica a serviço do projetista, mesmo que não esteja na norma desde que atenda os critérios técnicos, ambientais e econômicos.
No Brasil ainda não há lei específica para o aproveitamento de águas pluviais. Há alguns Projetos de Lei (PL) com o nº 7.818 de 2014, que está em trâmite na Câmara dos Deputados, que propõe estabelecer a Política Nacional de captação, armazenamento e aproveitamento de águas da chuva e seu objetivo é promover e conservar o uso racional da água com incentivos econômicos para a captação, visando o fomento do uso das águas pluviais (FAVRETTO, 2016).
O município de Porto Alegra no Rio Grande do Sul, foi pioneiro na criação de Lei relacionada com o tema. A Lei nº 10.506 de 2008, criou o “Programa de Conservação, Uso Racional e Reaproveitamento das Águas” objetivado conservar, reduzir desperdícios e utilizar a captação pluvial como fonte alternativa de água além de promover a conscientização dos usuários sobre a importância da mesma para a vida (FAVRETTO, 2016).
5.8 MÉTODO RIPPL
O método Rippl é utilizado para determinação do volume máximo do reservatório, que considera a demanda mensal constante e séries históricas de precipitação.
O diferencial deste método é garantir o abastecimento constante de água tanto no período chuvoso quanto na época de seca.
A Tabela 1 expõe todas as variáveis a serem analisadas nesta metodologia.
Tabela 1 - Método de Rippl
Fonte: Tomaz (2003) apud Weierbacher (2008).
Weierbacher (2008) nos explica cada coluna da Tabela 1, assim temos: Coluna 1: Período de tempo (janeiro a dezembro);
Coluna 2: Média mensal da região (mm);
Coluna 3: Demanda mensal constante da residência (m³); Coluna 4: Área do telhado (m²);
Coluna 5: O volume de água captada mensalmente por meio da Equação 1:
Em que:
V é o volume de chuva captada mensal (m³); Cm é a precipitação média mensal (mm); Ac é a área de captação do telhado (m²); 0,8 é o coeficiente de Runoff;
1000 é para transformar o volume em m³.
Coluna 6: indica a diferença do volume de demanda (Coluna 3) e os volumes de chuvas mensais (Coluna 5). Se o valor for negativo, há excesso de água captada e se for positivo indica que a demanda é maior que o volume de água captado.
Coluna 7: Considera apenas os valores positivos da Coluna 6. Consideramos inicialmente que o reservatório está cheio.
Coluna 8: Usaremos letras para definir o comportamento do reservatório mensalmente:
E = água escoando pelo extravasor; D= nível de água baixo;
S= nível de água subindo.
Com todas as colunas preenchidas, o volume máximo do reservatório será dado com a análise da Coluna 7. O maior valor (de pico) é o volume do reservatório necessário. Se a Coluna 6 nos apresentar apenas valores negativos, será definido o valor máximo do reservatório como o valor da demanda constante.
6 METODOLOGIA
A metodologia deste trabalho será de acordo com as etapas descritas na Figura 9.
Figura 9 - Etapas da metodologia. Fonte: Acervo Particular (2019).
6.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A área de estudo será em uma residência rural localizada no assentamento “Doze de Outubro” a 60 km de Sinop-MT, cuja coordenadas geográficas correspondem a 11°23'1.20" S e 55°23'34.37" O.
Figura 10 – Local de pesquisa em relação à Sinop. Fonte: Google Earth (2019).
Este local foi escolhido, considerando a situação dos assentamentos rurais, e o fato de serem responsáveis pela produção de alimentos em pequena escala para consumo próprio e venda em feiras regionais.
Figura 11 – Horta familiar. Fonte: Acervo Particular (2019).
O abastecimento de água da propriedade se dá por meio de um poço semi artesiano, que pode ser verificado na Figura 12.
Figura 12 – Poço semiartesiano. Fonte: Acervo Particular (2019).
Além de ser utilizado para todos os usos domésticos, esta água também é utilizada na irrigação.
6.2 LEVANTAMENTO DOS DADOS
6.2.1 Demanda de Água não potável da edificação
A Norma Brasileira NBR 15527 (ABNT, 2007) específica que o projetista de um sistema para aproveitamento de água da chuva deve definir a demanda de água a ser captada além da população que irá utilizá-la.
Para determinar o consumo médio de água não potável no local, será utilizado as vazões (litros/s) apresentadas na Norma Técnica Brasileira - NBR 5626/98, Instalações Prediais de Água Fria.
Tabela 2 – Vazão dos aparelhos sanitários.
Aparelho Sanitário Vazão de Projeto (L/s) Bacia sanitária com caixa de descarga 0,15
Bacia sanitária com válvula de descarga 1,70
Torneira Tanque 0,25
Torneira de jardim ou lavagem em geral 0,20 Fonte: Adaptado da NBR 5626/98 (1998).
Além disso, será feito uma entrevista junto à família da propriedade rural, que é composta por seis pessoas, quatro adultos e duas crianças, a fim de se conhecer sobre o uso da água, e permitir a realização de uma estimativa do volume para captação de água de chuva. A entrevista será feita objetivando responder as seguintes perguntas:
• com qual frequência e duração é feito a rega da horta durante o verão, período que mais necessita de água;
• quais principais equipamentos que utilizam água não potável; • qual o tempo médio de utilização destes equipamentos.
6.2.2 Levantamento da média mensal das precipitações
Os dados de precipitação serão obtidos a partir do Portal Agritempo: sistema de monitoramento agrometeorológico (2019), que é uma ferramenta da EMBRAPA e oferece acesso ao banco de dados que contém as informações do histórico de chuvas.
A média pluviométrica será obtida analisando os dados da Estação Meteorológica “Sinop (automática) / INMET” do período de janeiro de 2010 até outubro de 2019.
6.3 DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DO SISTEMA
Para o dimensionamento do sistema de captação de água da chuva, precisa-se determinar os componentes hidráulicos como a área de contribuição, calhas, condutores verticais e horizontais, dispositivos de primeira lavagem e reservatório.
6.3.1 Vazão de projeto
A vazão de projeto será calculada conforme determina a ABNT NBR 10.844 (1989), que pode ser calculada por meio da Equação 2, na qual a duração da precipitação é fixada em 5 minutos.
𝑄 = 𝑖 × 𝐴 60
Equação 2 Em que:
Q é a vazão máxima (L/min);
i é o Índice de precipitação pluviométrica (mm/h); A é a área de contribuição (m²).
A NBR 10.844 apresenta que os períodos de retorno devem seguir as características da área que será drenada, de acordo com a Tabela 3.
Tabela 3 – Período de Retorno. Período de retorno (T)
em anos Tipo de área
1 Pavimentadas, empoçamentos são tolerados 5 Coberturas e/ou terraços
25 Para coberturas e áreas onde empoçamento ou extravasamento não possa ser tolerado
Fonte: ABNT NBR 10844 (1989).
Em construções com até 100 m² (exceto casos especiais), pode-se adotar i = 150 mm/h.
6.3.2 Área de contribuição
O cálculo da área de contribuição, deve levar em conta a inclinação da cobertura e as paredes que interceptam água de chuva que também será drenada pela cobertura. A Figura 13 apresenta como deve ser feito o cálculo da área de contribuição.
Figura 13 – Representação dos parâmetros a serem considerados para o cálculo da área de contribuição em superfície inclinada.
Fonte: ABNT NBR 10844 (1989).
6.3.3 Calhas
A NBR 10.884 apresenta algumas recomendações sobre o uso das calhas: • Calhas de beiral ou platibanda, quando possível, devem ser fixadas
centralmente sob a extremidade da cobertura e o mais próximo desta; • Inclinação uniforme com valor de 0,5%;
• Quando a saída de água não estiver na extremidade a vazão de projeto deve ser aquela que corresponde à maior das áreas de contribuição; • O dimensionamento das calhas deve ser feito por meio da fórmula de
Manning-Strickler (Equação 3), ou outra equivalente; 𝑄 = 𝐾 × 𝑆 𝑛× 𝑅ℎ 2 3 × 𝑖 1 2 Equação 3 Em que:
Q = vazão de projeto (L/min) S= área da seção molhada (m²)
n = coeficiente de rugosidade (Tabela 4) Rh = raio hidráulico (m)
i = declividade da calha (m/m) K = 60.000
Tabela 4 – Valores para o coeficiente de rugosidade.
Material n
Plástico, fibrocimento, aço, metais não-ferrosos 0,011 Ferro fundido, concreto alisado, alvenaria revestida 0,012
Cerâmica, concreto não-alisado 0,013
Alvenaria de tijolos não revestido 0,015
Fonte: ABNT NBR 10844 (1989).
6.3.4 Condutores verticais e horizontais
As recomendações que a NBR 10.884 sobre tubulações na vertical que recolhem e conduzem as águas pluviais são:
• Sempre que possível, projetar em uma única prumada;
• Quando houver desvios, utilizar curvas de 90° de raio longo ou curvas de 45° com peças de inspeção;
• Pode ser instalado tanto no interno quanto no externo do edifício; • Diâmetro mínimo de 75 mm;
O dimensionamento dos condutores será feito com base na Tabela 5.
Tabela 5 – Área para condutores verticais de seção circular. Diâmetro (mm) Vazão (L/s) Área de Cobertura (m²)
50 0,57 17 75 1,76 53 100 3,78 114 125 7,00 212 150 11,53 348 200 25,18 760
Fonte: Adaptado de BOTELHO & RIBEIRO Jr. (1998).
Para tubulação na horizontal que conduz as águas até a parte inferior do edifício temos que:
• Condutores horizontais devem sempre que possível apresentar declividade de 0,5%;
• O dimensionamento deve ser feito com lâmina de altura igual a 2/3 do diâmetro interno (D) do tubo, a Figura 14 nos apresenta as vazões para tubos de vários materiais e inclinações;
• Tubulação aparente deve ser prevista peças de inspeções sempre que houver conexões com outra tubulação, mudança de declividade, mudança de direção e ainda a cada trecho retilíneo de 20m;
• Tubulação enterrada, deve ser previsto caixas de areia sempre que houver conexões com outra tubulação, mudança de declividade, mudança de direção e ainda a cada trecho retilíneo de 20m.
Para o dimensionamento, será necessário a utilização da Figura 14.
Figura 14 - Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazão em (L/min).
Fonte: ABNT NBR 10844 (1989).
6.4 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO
O dimensionamento do reservatório dar-se-á através do Método Rippl, seguindo os critérios da a ABNT NBR 15527:2007.
6.4.1 Método de Rippl
𝑆(𝑡) = 𝐷(𝑡) − 𝑄(𝑡) Equação 4 𝑄(𝑡) = 𝐶 × 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑐ℎ𝑢𝑣𝑎 (𝑖) × á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎çã𝑜 Equação 5 𝑉 = ∑ 𝑆(𝑡) , 𝑠𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑆(𝑡) > 0 Equação 6
Em que:
S(t) = volume de água no reservatório no tempo t; Q(t) = volume de chuva aproveitável no tempo t; D(t) = a demanda ou consumo no tempo t; V = Volume do reservatório;
C = coeficiente de escoamento superficial.
6.5 ANÁLISE ECONÔMICA
Por fim, pensando na elaboração de um projeto de fácil instalação, simplicidade nos componentes e custos menores, a escolha do reservatória será feita de acordo com o volume estimado de captação de água da chuva nos meses que antecedem a seca e do consumo diário da residência, além do seu custo.
Um outro fator que é relevante na escolha do reservatório é o local de instalação. Para tanto, será verificado locais mais viáveis, sem que haja necessidade de bombeamento para abastecimento aos diversos usos não potáveis.
Para a análise econômica será realizado um levantamento de preços em três comércios na cidade de Sinop, considerando os modelos de calhas, tubulações e reservatórios, para um melhor custo-benefício.
7 CRONOGRAMA
ATIVIDADES
2020
JAN FEV MAR ABRIL AGO JUN JUL
Encontros com o orientador Elaboração do projeto Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados complementares Redação da monografia Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca
8 REFERÊNCIAS
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