BARBARA MÜLLER COLASIO
ESTUDO DE UMA PROPOSTA DE UTILIZAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS NAS PISCINAS DO COMPLEXO AQUÁTICO DA UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA
CATARINA (UNISUL), PALHOÇA/SC
Palhoça 2015
BARBARA MÜLLER COLASIO
ESTUDO DE UMA PROPOSTA DE UTILIZAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS NAS PISCINAS DO COMPLEXO AQUÁTICO DA UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA
CATARINA (UNISUL), PALHOÇA/SC
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária, da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheira Ambiental e Sanitarista.
Orientadora: Prof. Silene Rebelo, Msc.
Palhoça 2015
Dedico este trabalho à minha mãe Loreni e à minha tia Araci que, com muito carinho e apoio, não mediram esforços para que eu completasse mais esta etapa da minha vida.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço à Deus por me proporcionar forças para poder superar as dificuldades e conseguir esta conquista.
À minha amada mãe, Loreni, por todo o incentivo ao estudo, pela sua paciência, seu carinho, sua dedicação, por todos os conselhos, por me apoiar nos momentos difíceis, por me dar os puxões de orelha quando era necessário (ou não né mãe, pois você não se conformava quando eu tirava alguma nota na média), e por compartilhar comigo todas as alegrias conquistadas no caminho.
À minha também amada tia, Araci, por também sempre me incentivar e auxiliar nos estudo, pelo seu carinho, sua dedicação, seus conselhos, sempre sendo a minha segunda mãe.
À toda minha família, que sempre me apoiou e sempre me incentivou nessa trajetória.
Ao meu namorado, Murilo, por ser meu parceiro em todos os momentos, tanto nos estudos quanto no lazer, e por me amar e me fazer sentir amada.
Aos meus amigos, que também sempre me apoiaram e tiveram paciência comigo e com minhas alterações de humor, dependendo da pressão momentânea.
À minha orientadora e professora, Msc. Silene Rebelo, pelo apoio e incentivo neste trabalho.
À professora Dr.ª Rachel Faverzani Magnago, por todas as oportunidades de estágio, monitorias e projetos que me proporcionou.
Aos colaboradores do Complexo Aquático da Unisul, que auxiliaram na realização deste trabalho.
À todo o corpo docente do curso de Engenharia Ambiental e Sanitária da Unisul, e colegas de classe, pelos ensinamentos e apoio durante o curso.
À todos que, de alguma maneira, participaram e contribuíram para o meu crescimento profissional, seja por realização de estágio ou por simples conversas.
“Se queremos progredir, não devemos repetir a história, mas fazer uma história nova.” (Mahatma Gandhi).
RESUMO
A água é um recurso essencial para a manutenção da sobrevivência dos seres vivos, porém sua má distribuição pela Terra causa o contraste entre a abundância em algumas regiões e a escassez em outras. Sendo a água potável um recurso finito, seu uso deve ser de maneira consciente. A utilização racional da água é considerada como um pilar da economia e da sustentabilidade. O aproveitamento da água da chuva como alternativa para alguns dos usos múltiplos da água, como abastecimento humano tanto para fins secundários como primários, vem tomando espaço na sociedade, existindo em alguns lugares programas de incentivo a essa prática. O Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Universidade do Sul de Santa Catarina (Unisul) possui três piscinas em sua estrutura, sendo uma olímpica, uma de saltos ornamentais e uma de fins terapêuticos. O reabastecimento dessas piscinas é responsável pelo maior consumo de água do Complexo. Por isto, o presente trabalho propôs a realização de um estudo de uma proposta de aproveitamento de águas pluviais no reabastecimento das piscinas pertencentes ao Complexo Aquático da Unisul. Verificou-se que o índice pluviométrico do município é equivalente a 120 mm/h e que a precipitação média anual da área de estudo é de 1.883,13 mm. A área de cobertura do Complexo apresenta um total de 5.498,45 m². A partir destes dados chegou-se aos potenciais médios de captação mensais para a área de cobertura. Como a demanda de água pluvial total calculada para o reabastecimento das piscinas é equivalente a 728,80 m³, verificou-se que tal demanda é atendida em seis meses e não é atendida nos meses de abril, maio, junho, julho, agosto e outubro. A vazão de projeto, calculada é de 10.990 L/min, a qual é suportada pela calha e condutores existentes. O volume de reservação do sistema é de 850 m³ e o volume de descarte é de 11 m³. Em seguida analisou-se a qualidade da água da chuva coletada no Complexo, a qual apresentou a presença de coliformes fecais e totais. Depois, determinou-se o funcionamento do sistema de aproveitamento da água da chuva, o qual apresentou a necessidade de investimentos de produtos como de área, mão de obra e análises. Esses investimentos encareceriam o funcionamento do estabelecimento. Porém, a alternativa de captação torna-se importante em casos de futuros déficits, uma vez que possui a disponibilidade de grande área de captação. Por fim, foram apresentadas algumas recomendações para estudos futuros objetivando-se o alcance da viabilidade do aproveitamento de água da chuva no Complexo Aquático da Unisul.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Percentual de água doce e salgada no planeta Terra ... 21
Figura 2 - Ciclo hidrológico ... 23
Figura 3 – Representação das regiões áridas e semi-áridas do mundo ... 24
Figura 4 - Pedra Moabita ... 25
Figura 5 – Sistema de aproveitamento de água da chuva por fluxo total ... 27
Figura 6 - Sistema de aproveitamento de água da chuva com derivação ... 28
Figura 7 - Sistema de aproveitamento de água da chuva com volume adicional de retenção .. 28
Figura 8 - Sistema de aproveitamento de água da chuva com infiltração no solo ... 29
Figura 9 - Calha coletora em posição intermediária da cobertura ... 30
Figura 10 – Exemplos de variantes dos reservatórios elevados que permitem o escoamento por gravidade ... 30
Figura 11 - Representação do reservatório inferior com captação através de escoamento por gravidade ... 31
Figura 12 – Representação da superfície inclinada para captação da água da chuva ... 32
Figura 13 - Ábacos apresentados pela NBR 10844 (ABNT, 1989b) para determinação do diâmetro dos condutores verticais de um sistema de coleta de água da chuva ... 35
Figura 14 - Tela instalada na calha para filtração de materiais grossos ... 37
Figura 15 – Exemplo de filtro de água da chuva para remoção de sólidos ... 37
Figura 16 - Dispositivo para autolimpeza baseado em boia utilizado principalmente para pequenos volumes de descarte ... 38
Figura 17 - Dispositivo para autolimpeza baseado em boia com depósito da primeira água da chuva para maiores volumes de descarte ... 39
Figura 18 - Fluxograma das instalações hidráulicas inerentes ao sistema de aproveitamento da água da chuva ... 40
Figura 19 - Localização da Universidade do Sul de Santa Catarina ... 50
Figura 20 - Localização do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC ... 58
Figura 21 - Vista frontal do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC ... 59
Figura 22 - Pontos de captação de água existentes da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC ... 61
Figura 23 - Piscina olímpica do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, em abril de 2015 ... 62 Figura 24 - Piscina de saltos do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, em abril de 2015 ... 62 Figura 25 - Piscina para fins terapêuticos do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, em abril de 2015 ... 63 Figura 26 - Componentes do tratamento da água das piscinas na casa de máquinas do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, em abril de 2015 ... 65 Figura 27 - Sistema de filtração da água destinada à piscina de saltos do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, em abril de 2015 ... 65 Figura 28 - Tubulações que conduzem a água de sobra das piscinas do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, em abril de 2015 ... 66 Figura 29 - Planta de cobertura do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC ... 69 Figura 30 - Calha existente no Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC ... 71 Figura 31 - Condutores verticais existentes no Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul. Sendo a) os condutores na extremidade esquerda do prédio e b) os condutores na extremidade direita do prédio do Complexo ... 72 Figura 32 - Filtro para remoção de materiais grossos Filtro VF12 (Acquasave/3P Technik) .. 80
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Precipitação Média Mensal da ETA-CASAN MONTANTE referente ao período de 2003 a 2013 ... 67
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Distribuição da água na hidrosfera ... 22
Tabela 2 - Coeficientes multiplicativos da vazão de projeto ... 33
Tabela 3 - Coeficientes de rugosidade ... 34
Tabela 4 - Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazões em L/min) ... 36
Tabela 5 - Coeficiente de Runoff médio ... 41
Tabela 6 - Parâmetros de qualidade da água da chuva definidos pela NBR 15527 (ABNT, 2007) para usos restritivos não potáveis ... 49
Tabela 7 - Cálculo da alcalinidade da água através das titulações ... 55
Tabela 8 – Valores referência para 10 tubos com inóculo de 10 mL. (NMP/100 mL) ... 56
Tabela 9 - Coordenadas dos poços de captação de água subterrânea da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC ... 60
Tabela 10 - Comparação entre as dimensões das piscinas do Complexo e os padrões FINA .. 63
Tabela 11 - Dados pluviométricos mensais de 2003 a 2013 ... 67
Tabela 12 - Potencial de captação mensal da área de cobertura do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC ... 70
Tabela 13 - Volume de reservação para o Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, calculado pelo Método de Rippl... 74
Tabela 14 - Volume de reservação para o Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, calculado através do Método Azevedo Neto ... 75
Tabela 15 - Volume de reservação para o Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, obtido através do Método Prático Alemão ... 75
Tabela 16 - Volume de reservação para o Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, resultante do Método Prático Inglês ... 76
Tabela 17 - Volume de reservação para o Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, resultado do Método Prático Australiano ... 76
Tabela 18 - Volume de reservação para o Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, calculado através do Método da Simulação ... 77
Tabela 19 - Resultados da primeira amostra de água da chuva ... 78
Tabela 20 - Resultados da segunda amostra de água ... 78
Tabela 21 - Comparação entre os resultados obtidos das análises de água e a Resolução DVS nº 0003 de 2001 ... 79
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Diferentes níveis de qualidades de água exigidos de acordo com o uso ... 40 Quadro 2 - Frequência de manutenção do sistema de aproveitamento de água da chuva ... 46
LISTA DE SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ANA – Agência Nacional de Águas
AWWA – American Water Works Association BVB – Bile Verde Brilhante
COI – Comitê Olímpico Internacional
DN – Diâmetro Nominal
DVS – Diretoria de Vigilância Sanitária EC – Escherichia Coli
FAO – Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação FINA – Federação Internacional de Natação
LEA – Laboratório de Engenharia Ambiental LST – Lauril Triptose
NBR – Norma Brasileira Regulamentatória NMP – Número Mais Provável
SC – Santa Catarina
SINAPI – Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil Unicef – Fundo das Nações Unidas para a Infância
Unisul – Universidade do Sul de Santa Catarina
LISTA DE ABREVIATURAS
°C – graus Celsius a.C. – antes de Cristo CO2 – dióxido de carbono CO3 – carbonato H – hidrogênio H2CO3 – ácido carbônico HCO3 – bicarbonato Km – kilômetro Km³ – quilômetros cúbicos L – litros
L/min – litros por minuto
m – metro
M – molar
m/m – metro por metro m² – metros quadrados m³ – metros cúbicos
m³/mês – metros cúbicos por mês mg/L – miligramas por litro mL – mililitros
mm – milímetros
mm/h – milímetros por hora NOx – óxidos de nitrogênio pH – potencial hidrogeniônico
R$ – reais
R$/m³ – reais por metro cúbico SO2 – dióxido de enxofre uH – unidade de Hazen US$ – dólar
uT – unidade de turbidez μL – microlitro
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 17 2 JUSTIFICATIVA ... 19 3 OBJETIVOS ... 20 3.1 OBJETIVO GERAL ... 20 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 20 4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 21 4.1 CICLO DA ÁGUA ... 21
4.2 HISTÓRICO DO APROVEITAMENTO DA ÁGUA DA CHUVA ... 24
4.3 SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA ... 26
4.4 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA ... 31
4.4.1 Área de captação ... 31
4.4.2 Calhas e condutores ... 32
4.4.3 Tratamento da água da chuva ... 36
4.4.3.1 Filtração de materiais grosseiros ... 36
4.4.3.2 Descarte da água de escoamento inicial ou First Flush ... 38
4.4.3.3 Filtração de materiais particulados finos ... 39
4.4.3.4 Desinfecção ... 40 4.4.4 Reservatório ... 41 4.5 COEFICIENTE DE RUNOFF ... 41 4.6 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO ... 42 4.6.1 Método de Rippl ... 42 4.6.2 Método da Simulação ... 43
4.6.3 Método Azevedo Neto ... 43
4.6.4 Método Prático Alemão ... 44
4.6.5 Método Prático Inglês ... 44
4.6.6 Método Prático Australiano ... 45
4.7 MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA ... 46
4.8 QUALIDADE DA ÁGUA DA CHUVA ... 47
4.8.1 Qualidade da água da chuva antes de atingir o solo ... 47
4.8.2 Qualidade da água da chuva após escorrer sobre superfície impermeabilizada .. 48
4.8.4 Qualidade da água no ponto de uso (point of use) ... 49
5 MATERIAIS E MÉTODOS ... 50
5.1 ÁREA DE ESTUDO ... 50
5.2 ÍNDICE PLUVIOMÉTRICO ... 51
5.3 DEMANDA DE ÁGUA PLUVIAL ... 51
5.4 ÁREA DE COBERTURA ... 52
5.5 POTENCIAL DE CAPTAÇÃO ... 52
5.6 CALHAS E CONDUTORES ... 53
5.7 VOLUME DE RESERVAÇÃO E VOLUME DE DESCARTE ... 54
5.8 QUALIDADE DA ÁGUA DA CHUVA ... 54
5.8.1 Alcalinidade total, hidróxidos, carbonatos e bicarbonatos ... 55
5.8.2 pH... 55
5.8.3 Coliformes totais e coliformes termotolerantes ... 56
5.9 DESCRIÇÃO DO SISTEMA ... 57
5.10 ESTUDO DA PROPOSTA ... 57
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 58
6.1 ÁREA DE ESTUDO ... 58
6.1.1 Atividades Desenvolvidas no Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul 59 6.1.2 Captação de Água da Unidade Pedra Branca da Unisul ... 60
6.1.3 Piscinas do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul ... 61
6.1.4 Casa de Máquinas e Tratamento de Água do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul ... 64
6.2 ÍNDICE PLUVIOMÉTRICO ... 66
6.3 DEMANDA DE ÁGUA PLUVIAL ... 68
6.4 ÁREA DE COBERTURA ... 69
6.5 POTENCIAL DE CAPTAÇÃO ... 69
6.6 CALHAS E CONDUTORES ... 70
6.7 VOLUME DE RESERVAÇÃO E VOLUME DE DESCARTE ... 73
6.7.1 Volume de Reservação ... 73
6.7.1.1 Método de Rippl ... 74
6.7.1.2 Método Azevedo Neto ... 74
6.7.1.3 Método Prático Alemão ... 75
6.7.1.5 Método Prático Australiano ... 76
6.7.1.6 Método da Simulação ... 76
6.7.1.7 Volume de Reservação Adotado ... 77
6.7.2 Volume de Descarte ... 77
6.8 QUALIDADE DA ÁGUA DA CHUVA COLETADA NO COMPLEXO AQUÁTICO DA UNIDADE PEDRA BRANCA DA UNISUL ... 78
6.9 DESCRIÇÃO DO SISTEMA ... 80 6.10 ESTUDO DA PROPOSTA ... 81 7 CONCLUSÕES ... 83 7.1 RECOMENDAÇÕES ... 84 REFERÊNCIAS ... 85 ANEXOS ... 89
ANEXO A – ANÁLISE DA ÁGUA DE ABASTECIMENTO DA UNIDADE PEDRA BRANCA DA UNISUL, PALHOÇA/SC, REALIZADA PELO LABORATÓRIO DE ANÁLISES QUÍMICAS DA UNISUL, UNIDADE TUBARÃO/SC ... 90
1 INTRODUÇÃO
A água é um recurso essencial para a manutenção da sobrevivência dos seres vivos, e contribui para o desenvolvimento de atividades agrícolas, industriais e sociais. Porém, o acesso à água é diferenciado em várias partes do mundo, ou seja, enquanto em algumas regiões há água em abundância, em outras há o problema da escassez de água.
Segundo a Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO), a agricultura irrigada é o setor que mais consome água, com 70% dos recursos hídricos disponíveis destinados à irrigação. Em seguida vem a indústria, responsável pelo consumo de 22% de água. Por fim, o uso doméstico corresponde a 8% do consumo total de água no mundo. (BRASIL, 2015b).
Como fatores que agravam a escassez de água no mundo, pode-se citar a desigualdade social e a falta de manejo e usos sustentáveis dos recursos naturais. Dados disponibilizados pelo Fundo das Nações Unidas para a Infância (UNICEF) afirmam que menos da metade da população têm acesso à água potável. (CETESB, 2015).
Ao levantar números, afirma-se que 60% da água disponível no mundo se encontram em apenas nove países, enquanto os demais países enfrentam problemas de escassez. (FUNDAJ, 2015). Dentre os nove países está o Brasil.
O Brasil contém 77% do manancial de água doce da América do Sul e 11,6% da água doce do mundo. Ao comparar com outros países, é possível dizer que o Brasil é privilegiado quanto à quantidade de água disponível. Porém, internamente o país também sofre com a má distribuição de água, uma vez que 70% desse total estão localizados na região Amazônica, onde se concentra apenas 7% da população total do país. Os demais 30% estão distribuídos desigualmente pelo país para abastecer 93% da população brasileira. (DAE, 2015).
Diante dessa situação, e admitindo que a água potável é um recurso finito, torna-se inviável a utilização de água potável em usos considerados menos nobres, como lavar calçadas e carros e regar plantas e jardins. Em outras palavras, a utilização da água potável deve ser avaliada quanto à sua necessidade, evitando gastos indevidos.
O uso racional da água é considerado um pilar da economia e da sustentabilidade. Além da preservação do recurso natural, proporciona economia financeira, impulsiona empreendimentos e altera estratégias negociais.
Ao substituir a água potável pela água da chuva, são apontados dois benefícios: o individual e o coletivo. O benefício individual está relacionado ao aproveitamento de um
recurso disponível, reduzindo assim gastos com aquisição de água. Já o benefício coletivo condiz à redução de picos de cheia, principalmente em épocas de elevadas precipitações. (ZANELLA, 2012).
O aproveitamento da água da chuva é uma técnica muito antiga, porém com o passar dos tempos foi perdendo espaço aos sistemas de água encanada. Atualmente, através de novas tecnologias, o aproveitamento da água da chuva vem retomando espaço, sendo que em alguns lugares já existem programas de incentivo a essa prática.
Como exemplos de incentivos a essa prática, a cidade de Austin, Texas, fornece US$ 500 às residências que instalarem um sistema de captação de água de chuva, visto que esse valor corresponde a US$ 40/m³ da capacidade de armazenamento do reservatório. Já em San Antonio, também no Texas, é fornecido US$ 200 para aqueles que economizarem 1.230 m³ de água da rede pública utilizando água da chuva durante 10 anos. Em Sumida, cidade metropolitana de Tóquio, é realizado o aproveitamento da água da chuva para garantir a segurança no abastecimento de água em casos de emergência. Já na Austrália, foi estabelecido na Gold Coast o objetivo de que as residências economizem 25% da água de serviço público usando água da chuva. (TOMAZ, 2011).
O uso racional da água, aumentando sua eficiência, contribuirá para o suprimento de água para outros usos, como o aumento do crescimento populacional, o estabelecimento de novas indústrias e a melhora do meio ambiente. Através de publicações de artigos, pesquisas, reportagens, workshops, entre outros, a sociedade vem demonstrando a busca por soluções para atenuar os impactos presentes e futuros ocasionados pela má conservação e uso da água.
Com isso, o presente trabalho visa a realização de um estudo de uma proposta de aproveitamento de água pluvial no reabastecimento das piscinas pertencentes ao Complexo Aquático da Universidade do Sul de Santa Catarina.
2 JUSTIFICATIVA
Atualmente, o país está passando por uma crise hídrica, onde em muitas regiões não há água potável disponível, ou em volume inferior ao necessário. Provindo de problemas de seca, além da gestão de recursos naturais, os reservatórios do país vêm apresentando níveis baixos, mesmo em épocas que costumam estar mais cheios. Em virtude disso, os investimentos em recursos alternativos tendem a desenvolver progressivamente, uma vez que há a necessidade de preservação da água potável disponível.
Como alternativa, o aproveitamento de água da chuva a qual destaca a conservação da água, é definida pela American Water Works Association – AWWA como “tecnologias e incentivos que aperfeiçoam a eficiência do uso da água”. (TOMAZ, pg. 17, 2011). Ao utilizar a água da chuva, é estimada uma economia de água pública equivalente a 30% (trinta por cento). (TOMAZ, 2011).
O Complexo Aquático da Universidade do Sul de Santa Catarina (Unisul) possui três piscinas: olímpica, de salto e de fins terapêuticos. Com as atividades realizadas no Complexo, é preciso reabastecer as piscinas constantemente para manter o nível da água. O Complexo possui um sistema de coleta de água ao redor das piscinas, para reaproveitamento da água de sobra. Porém, além desse reaproveitamento, é necessário um volume a mais de água provinda do sistema de captação de água de poço.
Deste modo, o presente trabalho justifica-se no sentido de buscar uma alternativa para reduzir o consumo de água potável no Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, Palhoça/SC, através do aproveitamento de água da chuva, promovendo a colaboração com o meio ambiente, o consumo consciente e prevenindo futuros problemas de falta de água.
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Realizar um estudo de uma proposta para o aproveitamento de águas pluviais para as piscinas do Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Universidade do Sul de Santa Catarina (Unisul), Palhoça/SC.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Avaliar a área de captação de águas pluviais pelo Complexo Aquático da Unisul; b) Analisar a qualidade da água da chuva coletada no Complexo Aquático da Unisul; c) Propor um sistema para a captação e utilização da água pluvial no Complexo
Aquático da Unisul;
d) Analisar a proposta quanto à implantação do sistema de aproveitamento de água da chuva para as piscinas no Complexo Aquático da Unisul.
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Nesta seção serão abordados os temas necessários para o melhor entendimento do trabalho.
4.1 CICLO DA ÁGUA
A água é um recurso natural indispensável para a manutenção da vida, apresentando valor econômico, social e ambiental. Conforme Sperling (2014, p. 15):
A água é o constituinte inorgânico mais abundante na matéria viva: no homem, mais de 60% do seu peso são constituídos por água, e em certos animais aquáticos esta porcentagem sobe a 98%. A água é fundamental para a manutenção da vida, razão pela qual é importante saber como ela se distribui no nosso planeta, e como ela circula de um meio para o outro.
Cerca de 70% da superfície do planeta Terra é coberto por água, o que o leva muitas vezes a ser denominado de “Planeta Água”.
A quantidade de água presente no planeta atualmente é a mesma que a formada há centenas de milhões de anos, não tendo variações significativas. Porém, há alterações na sua distribuição territorial no planeta e no estado físico em que se apresenta, ou seja, sólida, líquida ou gasosa. O volume total de água existente no planeta é estimado em aproximadamente 1.386.000.000 Km³, sendo que deste volume total 97,47% são águas salgadas e 2,53% são águas doces, conforme apresentado na Figura 1.
Figura 1 - Percentual de água doce e salgada no planeta Terra
Entretanto, a água doce disponível para o consumo não corresponde ao percentual demonstrado na Figura 1, sendo sua disponibilidade discriminada na Tabela 1.
Tabela 1 - Distribuição da água na hidrosfera
Local Volume Km³ % do volume total de água no planeta
% total de água doce
Água salgada 97,47
Oceanos 1.338.000.000 96,54
Água subterrâneas salinas/salobras 12.885.460 0,93
Lagos de águas salgadas 85.400 0,006
Águas continentais 2,53
Geleiras e neve permanente 24.064.000 1,74 68,7
Solo congelado 300.000 0,022 0,86
Água doce subterrânea 10.530.000 0,76 30,06
Umidade do solo 16.500 0,001 0,05
Lagos de água doce 91.000 0,007 0,26
Vapor de água na atmosfera 12.900 0,001 0,04
Pântanos e áreas úmidas 11.500 0,0008 0,03
Rios 2.120 0,0002 0,006
Incorporados na biota 1.120 0,0001 0,003
Total hídrico 1.386.000.000 100
Total de água doce 35.029.140 100
Fonte: Adaptado de Shiklomanov e Rodda, 2003 (apud REBELO; FAGUNDES, 2006, p. 13).
A movimentação da água ocorre dentre os três ambientes essenciais na Terra: a atmosfera, correspondente à camada gasosa que circunda o planeta; a hidrosfera, que são as águas oceânicas e continentais; e a litosfera, que é a crosta terrestre. Essa circulação da água forma um ciclo denominado de ciclo hidrológico. (COSTA; TEUBER, 2001).
Para Rocha, Rosa e Cardoso (2004, p.37), o ciclo hidrológico está diretamente ligado ao ciclo energético terrestre:
Por processo de evaporação, essa energia é responsável pelo transporte da água dos compartimentos hidrosfera e litosfera ao compartimento atmosfera. Após a precipitação da água na forma de chuva ou neve, por infiltração no solo, ocorre a renovação das águas subterrâneas, ou lençol freático (recarga dos aquíferos) e essa água pode afluir em determinados pontos, formando as nascentes. A água acumulada pela infiltração é devolvida à atmosfera por efeito de evaporação direta dos sistemas aquáticos, solos e pela transpiração das folhas dos vegetais.
Na Figura 2, é possível observar os mecanismos de funcionamento do ciclo hidrológico.
Figura 2 - Ciclo hidrológico
Fonte: Brasil, 2015a.
Assim, dentre os mecanismos de transferência da água, podemos citar a evaporação, a condensação, a precipitação, a infiltração e o escoamento superficial.
A evaporação refere-se à transformação física da água no estado líquido para o vapor d’água, no estado gasoso. Pode ocorrer através da evaporação direta, da evaporação das superfícies líquidas, da evaporação do solo, e da evaporação por transpiração.
A condensação corresponde ao processo inverso à evaporação, ou seja, é quando ocorre a mudança do estado de vapor para o estado líquido, formando pequenas gotas d’água que permanecem na atmosfera devido ao seu peso insignificante, compondo assim as nuvens.
A precipitação abrange toda água que cai sobre a superfície terrestre. As gotículas de água armazenadas nas nuvens vão passando por processos de aglutinação e coagulação, aumentando seu volume e seu peso. Pode ocorrer em forma de chuva, neve, granizo, nevoeiro, orvalho e geada.
Já a infiltração equivale a uma parcela da água proveniente da precipitação que infiltra no solo através dos vazios, formando os lençóis d’água. Essa água infiltrada contribui para a alimentação dos corpos d’água superficiais e aquíferos.
E, por fim, o escoamento superficial diz respeito à outra parcela da água proveniente da infiltração, porém esta flui sobre os terrenos, alcançando os córregos, lagos, rios e oceanos.
4.2 HISTÓRICO DO APROVEITAMENTO DA ÁGUA DA CHUVA
O aproveitamento da água da chuva vem sendo cada vez mais utilizado como uma técnica popular em muitas partes do mundo, principalmente nas regiões áridas e semi-áridas, as quais abrangem cerca de 30% da superfície terrestre, conforme demonstrado na Figura 3. Além do que, o histórico da coleta e aproveitamento da água da chuva demonstra que seu início se deu independentemente em diversas partes do mundo e em diferentes continentes há milhares de anos. (GNADLINGER, 2000).
Figura 3 – Representação das regiões áridas e semi-áridas do mundo
Fonte: Adaptado de Gnadlinger, 2000.
Em uma das mais antigas inscrições do mundo, a Pedra Moabita (Figura 4), a qual foi encontrada no Oriente Médio e é datada de 850 a.C., o rei Mesha dos Moabitas sugeria que cada casa tivesse um reservatório para aproveitamento da água de chuva. (TOMAZ, 2011).
Figura 4 - Pedra Moabita
Fonte: Wikipedia, 2015.
Segundo Tomaz (2011), no palácio Knossos, na ilha de Creta, em aproximadamente 2000 a.C., a água da chuva era aproveitada para descarga em bacias sanitárias. Nesta mesma região, foram encontrados inúmeros reservatórios escavados em rochas anteriores a 3000 a.C., os quais aproveitavam a água da chuva para o consumo humano.
Atual ponto turístico em Israel, a fortaleza Massada foi construída por volta do ano 30 a.C. pelo rei Herodes. (GOISRAEL, 2015). Essa fortaleza possui dez reservatórios escavados em rochas, totalizando uma capacidade equivalente a 40 milhões de litros.
Na Mesopotâmia, cerca de 2750 a.C., também utilizavam desse recurso. Em Monturque foram descobertos, em 1885, doze reservatórios subterrâneos com entrada superior, totalizando um volume de 1.187 m³, os quais eram utilizados para abastecimento público.
Outro exemplo de técnicas de captação de água da chuva é encontrado no México, na Península de Yucatan, na qual existem reservatórios que foram instalados em data anterior à da chegada de Cristóvão Colombo à América. Estes reservatórios continuam em uso atualmente.
A água da chuva também foi utilizada pelos povos Incas, Maias e Astecas. (TOMAZ, 2011). Como exemplo, apresentado por Gnadlinger (2000), ao pé do Monte Puuc, no sul da cidade de Oxkutzcab, no México, é possível observar os feitos pelos Maias. No século X, a agricultura local era fundamentada pela coleta da água da chuva. As cisternas utilizadas são denominadas de Chultuns, as quais apresentavam capacidade entre 20.000 e
45.000 litros, com aproximadamente 5 metros de diâmetro, e eram escavadas no subsolo e revestidas com reboco impermeável. As áreas de captação dessas cisternas encontravam-se acima delas, e equivaliam a uma área de 100 a 200 m². Eram utilizadas pela população, a qual vivia nas encostas. Já nos vales, eram utilizadas cisternas diferentes: as Aguadas e as Aquaditas. As Aguadas correspondem a reservatórios de água de chuva que eram cavadas artificialmente e que possuíam capacidades de 10 a 150 milhões de litros. Já as Aquaditas condizem aos pequenos reservatórios artificiais com volumes de 100 a 50.000 litros. Esses dois reservatórios eram utilizados para a agricultura.
A invasão espanhola ocorrida no século XVI na península de Yucatan foi determinante no desaparecimento do uso da coleta da água da chuva. Os colonizadores espanhóis não eram adaptados à cultura dos Yucatan e inseriram outro sistema de agricultura, diferentes animais domésticos, plantas e métodos de construção europeus. Na Índia, o desaparecimento ocorreu de maneira semelhante, porém com colonizadores britânicos.
Além disso, o avanço tecnológico dos séculos XIX e XX ocorreu nos denominados países desenvolvidos, em zonas climáticas moderadas e de maior umidade. Como consequência da colonização, as práticas de agricultura das zonas climáticas moderadas foram implantadas nas zonas climáticas mais secas. Ainda, houve foco maior em outras tecnologias, como nas construções de barragens e no aproveitamento de águas subterrâneas, ofuscando a coleta da água da chuva.
Entretanto, em muitas regiões semi-áridas do mundo, o abastecimento de água tanto para consumo humano, quanto para os animais e a agricultura, vem sofrendo pressões devido ao crescimento populacional. Com isso, há uma gradativa expansão dos sistemas de captação de água de chuva no mundo. (GNADLINGER, 2000).
4.3 SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA
Um sistema de aproveitamento de água da chuva pode ser instalado de diferentes formas. Conforme Herrmann e Schmida (1999 apud ANNECCHINI, 2005), há quatro formas construtivas de sistema de aproveitamento de água da chuva que se destacam, sendo elas: sistema de fluxo total; sistema com derivação; sistema com volume adicional de retenção; e sistema com infiltração no solo.
No sistema de fluxo total, representado na Figura 5, toda água da chuva coletada pela superfície passa por um filtro ou por uma tela, e em seguida é encaminhada ao
reservatório de armazenamento. A água da chuva que extravasa do reservatório é direcionada ao sistema de drenagem.
Figura 5 – Sistema de aproveitamento de água da chuva por fluxo total
Fonte: Herrmann e Schmida, 1999 apud Annecchini, 2005.
No sistema com derivação, conhecido também como sistema autolimpante, o objetivo é descartar a primeira chuva. Para isso, é instalada uma derivação na tubulação vertical de descida da água da chuva. É possível instalar também um filtro ou uma tela na derivação, dependendo do caso. Análogo ao sistema anterior, a chuva que extravasa do reservatório é direcionada ao sistema de drenagem. Esse sistema está demonstrado na Figura 6.
Figura 6 - Sistema de aproveitamento de água da chuva com derivação
Fonte: Herrmann e Schmida, 1999 apud Annecchini, 2005.
Já no sistema com volume adicional de retenção é construído um reservatório com uma capacidade de retenção maior, com o intuito de armazenar o volume de chuva necessário ao abastecimento da demanda somado de um volume adicional, visando evitar inundações. Diferente dos demais sistemas, neste é instalado uma válvula para regular a saída de água correspondente ao volume adicional de retenção, sendo este direcionado ao sistema de drenagem, conforme demonstrado na Figura 7.
Figura 7 - Sistema de aproveitamento de água da chuva com volume adicional de retenção
Por fim, no sistema com infiltração no solo toda a água da chuva coletada passa por um filtro ou uma tela e após é direcionada ao reservatório de armazenamento, análogo ao sistema de fluxo total. A diferença é que nesse sistema, a água da chuva que extravasa do reservatório é encaminhada a um sistema de infiltração de água no solo (Figura 8).
Figura 8 - Sistema de aproveitamento de água da chuva com infiltração no solo
Fonte: Herrmann e Schmida, 1999 apud Annecchini, 2005.
De acordo com Alves, Zanella e Santos (2008), o fluxo da água da chuva sobre o telhado ocorre através de calhas, condutores, grelhas, caixas de amortecedores e outros componentes, igualmente aos projetos de instalações prediais de águas pluviais.
Quanto à relação entre a área de captação e o reservatório, Alves, Zanella e Santos (2008) afirmam que podem ser consideradas três situações como soluções de captação e condução de águas pluviais:
a) reservação somente com reservatório elevado; b) reservação somente com reservatório inferior; e c) reservação com reservatório inferior e superior.
No primeiro caso, onde é considerado apenas o reservatório elevado, a cobertura, ou a parcela de cobertura destinada à captação, deverá considerar a possibilidade do escoamento por gravidade da precipitação até o reservatório superior. No segundo e no terceiro caso, o escoamento por gravidade também deverão ser garantidos. Na Figura 9 está representado um exemplo de calha coletora posicionado de forma a considerar somente uma parcela de cobertura destinada à captação para garantir o escoamento por gravidade.
Figura 9 - Calha coletora em posição intermediária da cobertura
Fonte: Adaptado de Alves, Zanella e Santos, 2008.
Na Figura 10 são demonstradas as variantes da reservação somente com reservatório elevado, sendo esquemas de soluções de captação e alimentação por gravidade do reservatório de água pluvial.
Figura 10 – Exemplos de variantes dos reservatórios elevados que permitem o escoamento por gravidade
Fonte: Alves, Zanella e Santos, 2008.
No segundo e terceiro caso, a captação de água da chuva ocorrerá considerando-se toda a área de cobertura através de calhas ou canaletas e condutores verticais. Um esquema
representando o segundo caso pode ser observado na Figura 11, considerando o reservatório inferior com escoamento por gravidade.
Figura 11 - Representação do reservatório inferior com captação através de escoamento por gravidade
Fonte: Alves, Zanella e Santos, 2008.
4.4 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA
A seguir serão abordados os principais componentes de um sistema de aproveitamento de água da chuva, sendo eles: área de captação; calhas e condutores; tratamento da água da chuva; e reservatório.
4.4.1 Área de captação
Conforme definição da Norma Brasileira (NBR) da Associação de Normas Técnicas (ABNT), 15527 (ABNT, 2007, p. 2), a área de captação é “área, em metros quadrados, projetada na horizontal da superfície impermeável da cobertura onde a água é captada”.
Para Tomaz (2011), a área de captação normalmente corresponde ao telhado, podendo este ser de telhas cerâmicas, telhas de fibrocimento, telhas de zinco, telhas de ferro galvanizado, telhas de concreto armado, telhas de plástico, telhado plano revestido com asfalto, entre outros. Ainda, o telhado pode estar inclinado, pouco inclinado ou plano.
A NBR 10844 (ABNT, 1989b) apresenta o dimensionamento da área de captação considerando as seguintes superfícies: superfície plana horizontal; superfície inclinada; superfície plana vertical única; duas superfícies planas verticais opostas; duas superfícies planas verticais adjacentes e perpendiculares; três superfícies planas verticais adjacentes e perpendiculares, sendo as duas opostas adjacentes; e quatro superfícies planas verticais, sendo uma com maior altura. Na Figura 12 está representada a superfície de interesse para este trabalho, a superfície inclinada.
Figura 12 – Representação da superfície inclinada para captação da água da chuva
Fonte: ABNT, 1989b.
4.4.2 Calhas e condutores
As calhas e os condutores são os componentes responsáveis pelo transporte da água da chuva coletada do telhado ao reservatório. O dimensionamento das calhas e condutores deve atender o exigido na NBR 10844 (ABNT, 1989b), que trata sobre instalações prediais de águas pluviais.
Conforme a NBR 10844 (ABNT, 1989b), o tempo de duração da precipitação, ou seja, o intervalo de tempo utilizado como referência para a determinação de intensidades pluviométricas deve ser fixado em 5 minutos. Quanto ao período de retorno, definido pela NBR 10844 (ABNT, 1989b, p. 2) como “o número de anos em que, para a mesma duração de precipitação, uma determinada intensidade pluviométrica é igualada ou ultrapassada apenas uma vez”, este deve ser adotado conforme as características da área a ser drenada, estabelecendo: período de retorno equivalente a 1 ano para as áreas pavimentadas, nas quais podem ser tolerados empoçamentos; a 5 anos, para coberturas e/ou terraços; e a 25 anos, para coberturas e áreas nas quais não é possível tolerar empoçamentos ou extravasamento.
Para o dimensionamento das calhas, inicialmente calcula-se a vazão da calha através da Equação 1.
(1)
Em que:
Q é a vazão de projeto (L/min);
I é a intensidade pluviométrica (mm/h); e A é a área de contribuição (m²).
Nos casos de calhas de beiral ou platibanda em que a saída encontra-se a menos de 4 metros de uma mudança de direção, a vazão de projeto deve ser multiplicada pelos coeficientes apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 - Coeficientes multiplicativos da vazão de projeto
Tipo de curva Curva a menos de 2m da saída da calha Curva entre 2 e 4m da saída da calha
Canto reto 1,2 1,1
Canto arredondado 1,1 1,05
Fonte: Adaptado de ABNT, 1989b.
Para o dimensionamento da calha, a NBR 10844 (ABNT, 1989b) afirma que este deve ser feito através da fórmula de Manning-Strickler, conforme apresentada na Equação 2 a seguir, ou através de outra fórmula equivalente.
(2)
Em que:
Q é a vazão de projeto (L/min); S é a área da seção molhada (m²); n é o coeficiente de rugosidade; RH é o raio hidráulico (m);
i é a declividade da calha (m/m); e K equivale a 60.000.
Na Tabela 3 encontram-se os coeficientes de rugosidade apresentados na norma referentes aos materiais mais usuais na confecção das calhas.
Tabela 3 - Coeficientes 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-revestida 0,015
Fonte: Adaptado de ABNT, 1989b.
Quanto aos condutores verticais, a NBR 10844 (ABNT, 1989b) sugere que estes sejam projetados em uma só prumada. Caso seja necessário realizar desvios, devem ser utilizadas curvas de 90° de raio longo, ou curvas de 45°, além de prever peças de inspeção. O diâmetro interno mínimo aceito pela norma para condutores verticais de seção circular é de 70 mm. Seu dimensionamento deve ser feito a partir dos seguintes dados: vazão de projeto (Q), em litros/minutos; altura da lâmina de água na calha (H), em milímetros; e o comprimento do condutor vertical, em metros. Com esses dados, o diâmetro do condutor vertical é obtido através dos ábacos demonstrados na Figura 13.
Por fim, para os condutores horizontais, a norma estabelece que, sempre que possível, devem ser projetados com declividade uniforme igual ou superior a 0,5%. Seu dimensionamento deve ser realizado visando o escoamento com lâmina de altura igual a 2/3 do diâmetro interno do tubo. As vazões para tubos de diferentes materiais e inclinações usuais estão demonstradas na Tabela 4.
A ligação entre os condutores horizontais e verticais deve ser realizada através de curva de raio longo, sendo necessário instalar caixa de areia ou inspeção.
Quando houver conexões com outra tubulação, mudanças de declividade, de direção, ou então a cada 20 metros nos percursos retilíneos, nas tubulações aparentes deverão ser previstas inspeções. Já para as tubulações enterradas, serão necessárias caixas de areia. (ABNT, 1989b).
Figura 13 - Ábacos apresentados pela NBR 10844 (ABNT, 1989b) para determinação do diâmetro dos condutores verticais de um sistema de coleta de água da chuva
Tabela 4 - Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazões em L/min) Diâmetro (D) (mm) n = 0,011 n = 0,012 n = 0,013 0,5% 1% 2% 4% 0,5% 1% 2% 4% 0,5% 1% 2% 4% 50 32 45 64 90 29 41 59 83 27 38 54 76 75 95 133 188 267 87 122 172 245 80 113 159 226 100 204 287 405 575 187 264 372 527 173 243 343 486 125 370 521 735 1.040 339 478 674 956 313 441 622 882 150 602 847 1.190 1.690 552 777 1.100 1.550 509 717 1.010 1.430 200 1.300 1.820 2.570 3.650 1.190 1.670 2.360 3.350 1.100 1.540 2.180 3.040 250 2.350 3.310 4.660 6.620 2.150 3.030 4.280 6.070 1.990 2.800 3.950 5.600 300 3.820 5.380 7.590 10.800 3.500 4.930 6.960 9.870 3.230 4.550 6.420 9.110 Fonte: Adaptado de ABNT, 1989b.
4.4.3 Tratamento da água da chuva
Segundo Alves, Zanella e Santos (2008), o tratamento de águas pluviais provenientes de telhados é composto por:
a) filtração de materiais grosseiros;
b) descarte das águas de escoamento inicial; c) filtração de materiais particulados finos; e d) desinfecção.
4.4.3.1 Filtração de materiais grosseiros
Para não ocorrer entupimentos nos condutores que levam a água coletada pela calha até o próximo dispositivo, conforme a NBR 15527 (ABNT, 2007), devem ser instalados dispositivos para retenção de detritos, como folhas, por exemplo. Estes dispositivos podem, dentre outros, ser grades e telas que atendam às especificações da NBR 12213 (ABNT, 1992a). Na Figura 14 está representado um exemplo de separação de sólidos grosseiros através de tela.
Figura 14 - Tela instalada na calha para filtração de materiais grossos
Fonte: CANAÃ, 2015.
Já na Figura 15 é demonstrado um exemplo de filtro de água da chuva, o qual deve ser instalado na tubulação de descida da água da calha do telhado.
Figura 15 – Exemplo de filtro de água da chuva para remoção de sólidos
4.4.3.2 Descarte da água de escoamento inicial ou First Flush
A primeira água da chuva carrega toda a sujeira presente na superfície de captação. Segundo Tomaz (2011) é possível remover essa primeira chuva manualmente, através de tubulações que podem ser desviadas do reservatório, ou automaticamente, utilizando para isso dispositivos de autolimpeza.
Conforme a NBR 15527 (ABNT, 2007) é recomendado que este dispositivo seja automático e dimensionado pelo projetista. Porém, quando não for possível dimensionar é indicado realizar o descarte de 2 milímetros da precipitação inicial.
Como exemplo, podem-se citar os dispositivos de autolimpeza baseados em boia. Quando a primeira água da chuva encher o primeiro reservatório a boia irá subir e tapar a entrada, com isso a água da chuva passa para o reservatório de armazenamento (Figura 16 e Figura 17). (TOMAZ, 2011).
Figura 16 - Dispositivo para autolimpeza baseado em boia utilizado principalmente para pequenos volumes de descarte
Figura 17 - Dispositivo para autolimpeza baseado em boia com depósito da primeira água da chuva para maiores volumes de descarte
Fonte: Oliveira et al, 2015.
4.4.3.3 Filtração de materiais particulados finos
No processo de tratamento da água da chuva, mesmo após a remoção dos materiais grosseiros e do descarte da primeira água da chuva, a operação do sistema pode requerer a filtração de material particulado.
No mercado, há diversos fabricantes de filtros de areia ou de resina. A maior parte dos filtros de areia opera com a água sob pressão, além de permitirem a retrolavagem para remoção do material contido na tubulação. (ALVES, ZANELLA E SANTOS, 2008).
Ainda existem os filtros mais complexos, que podem ser acompanhados de alguns equipamentos como: conjunto flutuante, freio d’água e sifão ladrão. Para evitar a remoção do sedimento depositado no fundo do reservatório, a água é levada até o fundo do reservatório por uma tubulação, onde fica o freio d’água. Já o conjunto flutuante é normalmente composto por um filtro, uma boia e uma mangueira e serve para captar a água logo abaixo da lâmina superficial, onde a água é mais limpa. Por fim, o sifão ladrão serve para escoar a água excedente e evitar a entrada de odores, insetos e animais, e eliminar materiais suspensos. (ECOCASA, 2012 apud NOGAS, 2012). Na Figura 18 está representado um fluxograma das instalações hidráulicas inerentes ao sistema de captação, armazenamento e descarte da água da chuva.
Figura 18 - Fluxograma das instalações hidráulicas inerentes ao sistema de aproveitamento da água da chuva
Fonte: ECOCASA, 2012 apud NOGAS, 2012.
4.4.3.4 Desinfecção
O nível do tratamento da água da chuva varia de acordo com a utilização da mesma. Conforme a Group Raindrops (2002, apud OLIVEIRA, 2005), pode-se realizar a separação do uso da água da chuva em quatro grupos, especificando as necessidades de tratamento referentes a cada grupo. Essa separação refere-se à água da chuva coletada de zonas não industrializadas, conforme apresentado no Quadro 1.
Quadro 1 - Diferentes níveis de qualidades de água exigidos de acordo com o uso
Uso da Água da Chuva Tratamento da Água
Rega de jardins Não é necessário. Irrigadores, combate a incêndio, ar
condicionado É necessário para manter os equipamentos em boas condições. Fontes e lagoas, banheiros, lavação de roupas
e carros
É necessário, pois a água entra em contato com o corpo humano.
Piscina/banho, para beber e para cozinhar A desinfecção é necessária, pois a água é ingerida direta ou indiretamente.
Fonte: Adaptado de GROUP RAINDROPS apud OLIVEIRA, 2005.
De acordo com Alves, Zanella e Santos (2008), os sistemas de desinfecção comumente utilizados para o aproveitamento da água da chuva são baseados na aplicação de cloro, ozônio ou raios ultravioleta. Ao utilizar o cloro como desinfetante, é possível garantir
uma ação mais prolongada através da concentração residual de cloro livre, o qual permanece por determinado tempo.
Segundo a Resolução da Divisão de Vigilância Sanitária (DVS) nº 0003 (2001), a qual aprova a norma técnica para construção, operação, manutenção e uso das piscinas coletivas e/ou de uso especial em Santa Catarina, ao cloro residual presente na água das piscinas deverá estar compreendido entre 0,8 mg/L a 1,5 mg/L.
4.4.4 Reservatório
Conforme a NBR 15527 (ABNT, 2007) as características dos reservatórios devem atender à NBR 12217 (ABNT, 1994). No projeto do reservatório devem ser considerados um extravasor, um dispositivo de esgotamento, a cobertura, a inspeção, a ventilação e a segurança. Quando o reservatório for alimentado com água de outra fonte, sendo essa água potável, é necessária a instalação de um dispositivo que impeça a conexão cruzada, impedindo a ligação física da água potável e a água de chuva.
Segundo Tomaz (2011) os reservatórios podem estar apoiados, enterrados ou elevados, podendo ser construídos no local, ser pré-fabricados, ou ainda ser fabricados em indústrias, como são os de plástico e poliéster.
4.5 COEFICIENTE DE RUNOFF
A determinação do volume de água da chuva a ser aproveitada no sistema não será equivalente ao volume de água precipitada. No cálculo do volume a ser aproveitado, utiliza-se um coeficiente de escoamento superficial, denominado de coeficiente de Runoff. Este coeficiente representa o quociente entre o volume de água que escoa superficialmente pelo volume total de água precipitada. Para a representação do coeficiente de Runoff, é utilizado a letra C.
Este representa as perdas de água resultantes da limpeza do telhado, da perda por evaporação, perdas na autolimpeza, entre outros. (TOMAZ, 2011). Na Tabela 5 estão apresentados os principais coeficientes de Runoff, conforme a superfície.
Tabela 5 - Coeficiente de Runoff médio
(continua)
Material Coeficiente de Runoff
(conclusão)
Material Coeficiente de Runoff
Telhas esmaltadas 0.9 a 0,95
Telhas corrugadas de metal 0,8 a 0,9
Cimento amianto 0,8 a 0,9
Plástico, PVC 0,9 a 0,95
Fonte: TOMAZ, 2011.
4.6 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO
A norma NBR 15527 (ABNT, 2007) apresenta alguns métodos de dimensionamento do reservatório, os quais podem ser utilizados para o projeto do reservatório. Os métodos apresentados são: Método de Rippl; Método da Simulação; Método Azevedo Neto; Método Prático Alemão; Método Prático Inglês; e Método Prático Australiano.
4.6.1 Método de Rippl
Conforme Tomaz (2011, p. 157), no dimensionamento do reservatório através do Método de Rippl, usualmente utiliza-se uma série histórica de precipitações mensais:
Geralmente se usa uma série histórica de precipitações mensais, o mais longo possível para se aplicar o método Rippl. Em nosso caso, as precipitações se transformam em vazões que se dirigem ao reservatório. Muitas vezes se usam séries sintéticas, isto é, aquelas estabelecidas com base na série histórica, ao invés da série histórica para facilidade dos cálculos.
Conforme a NBR 15527 (ABNT, 2007) podem ser utilizadas as séries históricas mensais ou diárias. O cálculo do volume do reservatório ocorre através das Equações 3, 4 e 5.
(3) (4) , somente para valores S(t )> 0 (5)
Sendo que: Σ D(t) < Σ Q(t)
S(t) é o volume de água no reservatório no tempo t; Q(t) é o volume de chuva aproveitável no tempo t; D(t) é a demanda ou consumo no tempo t;
V é o volume do reservatório; e
C é o coeficiente de escoamento superficial.
4.6.2 Método da Simulação
O Método da Simulação trata-se de outra maneira para o dimensionamento do reservatório. Neste caso, é arbitrado um volume para assim poder conferir o que ocorre com a água que sobra (overflow) e a água que falta. (TOMAZ, 2011).
De acordo com a NBR 15527 (ABNT, 2007), no Método da Simulação a evaporação de água deve ser desconsiderada. É aplicada a equação da continuidade a um reservatório finito para um determinado mês, conforme apresentado nas Equações 6 e 7.
(6) (7)
Sendo que: 0 ≤ S(t) ≤ V
Em que:
S(t) é o volume de água no reservatório no tempo t;
S(t-1) é o volume de água no reservatório no tempo t - 1;
Q(t) é o volume de chuva no tempo t; D(t) é a demanda ou consumo no tempo t; V é o volume do reservatório fixado; e C é o coeficiente de escoamento superficial.
4.6.3 Método Azevedo Neto
De acordo com a NBR 15527 (ABNT, 2007), o volume de chuva através do Método Azevedo Neto é obtido através da Equação 8.
Em que:
P é o valor numérico da precipitação média anual (mm);
T é o valor numérico do número de meses de pouca chuva ou seca; A é o valor numérico da área de captação de coleta em projeção (m²); e
V é o volume de água aproveitável e o volume de água do reservatório fixado (L).
4.6.4 Método Prático Alemão
Segundo a NBR 15527 (ABNT, 2007, p. 7), este método “trata-se de um método empírico onde se toma o menor valor do volume do reservatório; 6% do volume anual de consumo ou 6% do volume anual de precipitação aproveitável”. É calculado através da Equação 9.
(9)
Em que:
V é o valor numérico do volume aproveitável de água de chuva anual (L); D é o valor numérico da demanda anual da água não potável (L); e
Vadotado é o valor numérico do volume de água do reservatório (L).
4.6.5 Método Prático Inglês
Conforme a NBR 15527 (ABNT, 2007), neste método o volume de água da chuva é obtido através da Equação 10.
(10)
Em que:
P é o valor numérico da precipitação média anual (mm);
A é o valor numérico da área de captação de coleta em projeção (m²); e V é o volume de água aproveitável e o volume de água da cisterna (L).
4.6.6 Método Prático Australiano
Por fim, para o Método Prático Australiano, de acordo com a NBR 15527 (ABNT, 2007), o cálculo do volume da chuva ocorre através da Equação 11.
(11)
Em que:
C é o coeficiente de escoamento superficial; P é a precipitação média mensal;
I é a intercepção da água que molha as superfícies e perdas por evaporação; A é a área de coleta; e
Q é o volume mensal produzido pela chuva.
Em seguida, calcula-se o volume do reservatório por meio de tentativas, até utilizar valores otimizados de confiança e volume do reservatório. Para o primeiro mês é considerado o reservatório vazio. Para o cálculo do volume do reservatório utiliza-se a Equação 12.
(12)
Em que:
Q(t) é o volume mensal produzido pela chuva no mês t; V(t) é o volume de água presente no tanque no fim do mês t;
V(t-1) é o volume de água que está presente no reservatório no mês t; e
D(t) é a demanda mensal.
Assim, quando (V(t-1) + Q(t) – D) < 0, então o V(t) é igual à zero. Para verificar a confiança, utiliza-se a Equação 13.
(13)
Em que: Pr é a falha;
Nr é o número de meses em que o reservatório não atendeu à demanda (V(t) = 0); e N é o número de meses considerado.
A confiança, então, será equivalente a (1 – Pr). É recomendado que os valores de confiança encontrem-se entre 90% e 99%.
4.7 MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA
A NBR 15527 (ABNT, 2007, p. 3 e 5), a qual fornece requisitos para o aproveitamento da água de chuva de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis, apresenta diversas recomendações para a manutenção do sistema:
4.3.6 Os reservatórios devem ser limpos e desinfetados com solução de hipoclorito de sódio, no mínimo uma vez por ano, de acordo com à ABNT NBR 5626.
[...]
4.3.9 A água de chuva reservada deve ser protegida contra a incidência direta da luz solar e do calor, bem como de animais que possam adentrar o reservatório através da tubulação de extravasão.
[...]
5.2 Quando da utilização de produtos potencialmente nocivos à saúde humana na área de captação, o sistema deve ser desconectado, impedindo a entrada desses produtos no reservatório de água de chuva. A reconexão deve ser feita somente após lavagem adequada, quando não haja mais risco de contaminação pelos produtos utilizados.
Ainda conforme a NBR 15527 (ABNT, 2007) a manutenção deve ser realizada em todo o sistema de aproveitamento de água da chuva, conforme descrito no Quadro 2.
Quadro 2 - Frequência de manutenção do sistema de aproveitamento de água da chuva
Componente Frequência de manutenção
Dispositivo de descarte de detritos Inspeção mensal Limpeza trimestral Dispositivo de descarte do escoamento inicial Limpeza mensal Calhas, condutores verticais e horizontais Semestral
Dispositivos de desinfecção Mensal
Bombas Mensal
Reservatório Limpeza e desinfecção anual
4.8 QUALIDADE DA ÁGUA DA CHUVA
Os fenômenos naturais e a atuação do ser humano são determinantes para a qualidade da água. Por possuir propriedade de solvente e transportar partículas, a água dissolve diversas impurezas, as quais definem a qualidade da água. (SPERLING, 2014).
A qualidade da água da chuva pode ser distinguida em quatro etapas: antes de atingir o solo; após escorrer pelo telhado; dentro do reservatório; e no ponto de uso. (TOMAZ, 2011).
4.8.1 Qualidade da água da chuva antes de atingir o solo
Segundo Tomaz (2011) a composição da água de chuva varia conforme a localização geográfica, as condições meteorológicas, tais como intensidade, duração e tipo de chuva, regime dos ventos, entre outros, a existência de vegetação e de carga poluidora.
Em regiões próximas ao oceano são encontrados determinados elementos na água da chuva com concentrações equivalentes às encontradas na água do mar, tais como sódio, potássio, magnésio, cloro e cálcio. Já em regiões mais distantes às costas, são constatados elementos de origem terrestre, como partículas de solo que contenham sílica, alumínio e ferro, e outros elementos com emissão de origem biológica, como o nitrogênio, o fósforo e o enxofre.
Nas regiões urbanas e nos polos industriais, as concentrações dos elementos da água da chuva sofrem alterações devido a poluentes no ar, como por exemplo, o dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx), chumbo, zinco, entre outros.
Ainda, a reação que ocorre entre a água da chuva e alguns dos gases encontrados na atmosfera pode formar ácidos, diminuindo o pH da água da chuva. Dentre esses gases, pode-se citar o dióxido de carbono (CO2), o dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio (NOx). (TOMAZ, 2011).
A reação entre a água da chuva e o dióxido de carbono (CO2) forma o ácido carbônico (H2CO3), conforme demonstrado a seguir.
O pH da água resultante dessa reação é de 5,6. Apesar da água da chuva, relacionada ao gás carbônico, ser caracterizada como ácida, a chuva é considerada com excesso de acidez somente quando seu pH for menor que 5,6.
A diminuição do pH da água da chuva, ou seja, o aumento da acidez, está relacionada ao aumento da concentração dos gases formadores de ácidos, mencionados anteriormente. Essa característica determina o fenômeno conhecido como “chuva ácida”. (USP, 2015).
4.8.2 Qualidade da água da chuva após escorrer sobre superfície impermeabilizada
A coleta da água da chuva normalmente é realizada através dos telhados. A contaminação da água da chuva proveniente da captação dependerá do material de telhado utilizado no sistema. Como exemplos de contaminantes nesta etapa, podem-se dizer as fezes de animais, como passarinhos e ratos, poeiras, folhas de árvore, revestimento do telhado, fibrocimento, tintas, entre outros.
Quanto às fezes de passarinhos, e de outras aves e animais, esses podem causar a contaminação da água da chuva por bactérias e parasitas gastro-intestinais. Por isso, aconselha-se a realização do descarte da primeira água da chuva, ou seja, a água de lavagem do telhado.
Além dos coliformes, pode-se encontrar também na água da chuva a presença do protozoário Cryptosporidium, sendo assim a utilização da água da chuva tanto em piscinas quanto em lavagem de roupas deverá ser baseada em um sistema cuja água da chuva deverá passar por um filtro lento de areia ou por um filtro de pressão de no mínimo três micras. (TOMAZ, 2011).
Segundo Fregonesi et al. (2012), estão sendo realizados novos estudos visando tecnologias que promovam a remoção e/ou inativação de oócitos de Cryptosporidium, dentre eles a técnica de filtração, a qual deve assegurar a adequada retenção da passagem dos protozoários. Outra alternativa que tem sido considerada por muitos pesquisadores como eficaz por inativar os protozoários é a desinfecção por através da utilização de radiação Ultravioleta (UV), a qual requer um curto tempo de contato com o parasita.
Outra forma de contaminação da água da chuva após escorrer sobre a superfície é a química. Isso ocorre devido ao depósito de elementos químicos presentes no ar atmosférico, os quais poderão ser dissolvidos ou mesmo transportados pela água da chuva.
4.8.3 Qualidade da água de chuva no reservatório
Segundo Tomaz (2011), os materiais pesados presentes no ar poderão ser carregados pela água da chuva e se depositar no fundo do reservatório.
Já os microrganismos provenientes do telhado e dos encanamentos, se proliferarão no reservatório, o que poderá causar riscos à saúde caso essa água seja utilizada para fins potáveis.
Por esses motivos deverão ser tomados alguns cuidados como: evitar a entrada de luz solar no reservatório, a tampa de inspeção deverá ser hermeticamente fechada e a saída do extravasor deverá conter grade para evitar a entrada de animais. (TOMAZ, 2011). O objetivo dessas medidas é não permitir a proliferação dos microrganismos e evitar a contaminação da água da chuva.
Conforme a NBR 15527 (ABNT, 2007), deverão ser realizadas limpezas e desinfeções com hipoclorito de sódio dos reservatórios pelo menos uma vez ao ano. O reservatório também deverá ser protegido do calor.
4.8.4 Qualidade da água no ponto de uso (point of use)
Segundo a NBR 15527 (ABNT, 2007) os padrões de qualidade da água da chuva deverão ser definidos pelo projetista, em conformidade com a utilização prevista. Porém, nos casos mais restritivos, a norma estabelece os padrões apresentados na Tabela 6.
Tabela 6 - Parâmetros de qualidade da água da chuva definidos pela NBR 15527 (ABNT, 2007) para usos restritivos não potáveis
Parâmetros Análise Valor
Coliformes totais Semestral Ausência em 100 mL Coliformes termotolerantes Semestral Ausência em 100 mL Cloro residual livre a Mensal 0,5 a 3,0 mg/L
Turbidez Mensal < 2,0 uT , para usos menos restritivos < 5,0 uT
Cor aparente (caso não seja utilizado nenhum corante,
ou antes da sua utilização) Mensal < 15 uH Deve prever ajuste de pH para proteção das redes de
distribuição, caso necessário Mensal
pH de 6,0 a 8,0 no caso de tubulação de aço carbono ou galvanizado
a
No caso de serem utilizados compostos de cloro para desinfecção. Fonte: Adaptado de ABNT, 2007.
A norma ainda preconiza que é possível utilizar outros processos de desinfecção diferentes do cloro, como por exemplo, a aplicação de raio ultravioleta e aplicação de ozônio.
5 MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia utilizada foi baseada no trabalho realizado por Couto (2012). Para realização do estudo de uma proposta de um sistema de aproveitamento de água da chuva no Complexo Aquático da Unidade Pedra Branca da Unisul, foi adotada uma metodologia que abrange as seguintes etapas: a área de estudo; o índice pluviométrico; a demanda de água pluvial; a área de cobertura; o potencial de captação; as calhas e condutores; o volume de reservação e o volume de descarte; a qualidade da água da chuva; a descrição do sistema; e o estudo da proposta.
5.1 ÁREA DE ESTUDO
A Universidade do Sul de Santa Catarina (Unisul), Unidade Pedra Branca, está localizada no município de Palhoça, na Avenida Pedra Branca, com as coordenadas de 27°37’26.1”S e 48°40’50.4”O, a 15 Km de Florianópolis. A localização da Unisul pode ser observada na Figura 19.
Figura 19 - Localização da Universidade do Sul de Santa Catarina
