Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.30881-30891 may. 2020. ISSN 2525-8761
Aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis na companhia
de pesquisa de recursos Minerais-Sureg/Belém/
Use of rainwater for non-drinking purposes in the Mineral research
research company-Sureg / Belém
DOI:10.34117/bjdv6n5-519
Recebimento dos originais:20/04/2020 Aceitação para publicação:26/05/2020
Hevelyn Victoria Maia Modesto Tecnóloga em Saneamento Ambiental
Endereço:Rua Primeiro de Abril casa n 01, Bairro do Coqueiro, Conjunto Jardim América -Ananindeua
E-mail: hevellynmaia@gmail.com David Franco Lopes
Mestre em Engª. Química (UFPA). Doutorando em Engª. de Recursos Naturais (UFPA). Engº Hidrólogo do Serviço Geológico do Brasil (CPRM), Engº. Sanitarista (UFPA),
Especialista em Engª. Ambiental (UEPA),
Endereço:Av. Dr. Freitas, 3645, Belém-PA, Brasil. CEP: 66.087-422 – E-mail: david.lopes@cprm.gov.br
Maria do Socorro Bezerra Lopes
Mestre em Engª. Química (UFPA). Doutoranda em Engenharia de Recursos Naturais (UFPA). Integrante do Gp.
Professora do Instituto Federal do Pará – IFPA, Engenheira Sanitarista (UFPA), Especialista em Engª. Ambiental (UEPA), Pesquisa de Estudos em Gerenciamento de Água e Reuso de
Efluentes – GESA (FAESA-IT-UFPA).
Endereço:Av. Almirante Barroso, s/n , Belém-PA, Brasil. CEP: 66.000-000 – E-mail: soclopes@gmail.com
Juliana Lopes Oliveira
Tecnóloga em Saneamento Ambiental
Endereço:Rod. Mario Covas n 638- Condominio Neo Colori Apt 104 Bairro Coqueiro Ananideua- PA. CEP: 67115-000;
E-mail: julopesoliv@gmail.com Ana Carla Leite Carvalho Cabral
Mestranda em Desenvolvimento e Meio Ambiente Urbano pela Universidade da Amazônia (PPDMU/UNAMA).
Engenheira Ambiental e Sanitária pela Universidade da Amazônia (UNAMA). Aluna de especialização em Gestão de Cidades e Sustentabilidade (NUMA/UFPA).
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.30881-30891 may. 2020. ISSN 2525-8761 RESUMO
O presente trabalho apresenta a analise da viabilidade técnica e financeira da implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial para fins não potáveis na Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais no âmbito do Projeto EsplanadaSustentável, que estimula ações para consumo racional dos recursos naturais e bens públicos promovendo a sustentabilidade ambiental, econômica e social na Administração Pública Federal. As chuvas são abundantes na cidade de Belém, cuja média histórica dos índices pluviométricos varia de 97,6mm no mês de novembro a 363,93mm no mês de março. O potencial de aproveitamento de água foi calculado em função das dimensões do telhado do prédio. Para o dimensionamento do reservatório foram utilizados os métodos de Rippl e Interativo, obtendo no primeiro método o volume aproximado de 713 m³ e no segundo o volume de 80 m³ . Utilizando os preços de materiais e serviços disponibilizados pelo SINAPI foi feito a perspectiva dos custos relativos à implantação do sistema orçado em R$ 40.327,97. A economia anual gerada pela implantação do sistema foi de R$ 3.884,47. O período de amortização do valor investido na implantação do sistema foi de 10 anos 4 meses. Assim, constatou-se que a implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial na CPRM é técnico e economicamente viável.
Palavras-Chaves: Aproveitamento de água pluvial. Conservação de água. CPRM
ABSTRACT
This paper presents the analysis of the technical and financial feasibility of implementing the rainwater harvesting system for non-potable purposes at the Companhia de Pesquisa e Recursos Minerales under the Sustainable Esplanade Project, which encourages actions for the rational consumption of natural resources and public goods promoting environmental, economic and social sustainability in the Federal Public Administration. The rains are abundant in the city of Belém, whose historical average of the pluviometric indexes varies from 97.6mm in the month of November to 363.93mm in the month of March. The water use potential was calculated according to the dimensions of the building's roof. Rippl and Interactive methods were used to design the reservoir, obtaining an approximate volume of 713 m³ in the first method and 80 m³ in the second. Using the prices of materials and services provided by SINAPI, the perspective of costs related to the implementation of the system budgeted at R$ 40,327.97 was made. The annual savings generated by the implementation of the system was R$ 3,884.47. The amortization period of the amount invested in the implementation of the system was 10 years 4 months. Thus, it was found that the implementation of the rainwater harvesting system at CPRM is technically and economically viable.
Keywords: Use of rainwater. Water conservation. CPRM
1 INTRODUÇÃO
O trabalho investiga a viabilidade de aproveitamento de água de chuva no prédio da Superintendência Regional de Belém, da Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais – CPRM/SUREG-BE visto que esta instituição se empenha para divulgar e adotar medidas que promovam a sustentabilidade dos recursos hídricos, seguindo a orientação federal do Projeto Esplanada Sustentável (PES) o qual consiste em um projeto voltado ao incentivo do uso racional
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dos recursos e destinação de resíduos nos órgão e instituições públicas federais promovendo tanto a sustentabilidade ambiental como socioeconômica
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Pesquisa de caráter descritivo, de metodologia qualitativa com tipologia bibliográfica e documental (Normas, Leis, Decretos), com levantamentos de dados e informações em campo para análise da implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial no Contexto da SUREG/BE.
A pesquisa foi dividida em cinco etapas a seguir:
1) Determinação da área de captação.
A medição foi realizada empregando trena de 30 m no local (Figura 1) e as dimensões ausentes foram obtidas em planta arquitetônica.
Figura 1: Área de captação da chuva Pesquisa direta (2014)
2) Levantamento de informações pluviométricas
As informações pluviométricas da região foram obtidas no banco de dados on line da rede hidrometeorológica nacional, gerido pela Agência Nacional de Águas (ANA). Verificou-se que Belém possui oito estações pluviométricas em sua área territorial, com Verificou-seus respectivos
códigos:EMBRAPA/IPAGRO/Belém (00148001), INMET (00148002),
FAB/DEPV(00148004), ANA/CPRM em Mosqueiro
(00148012),Embrapa/Ipagro/CPATU (00148013), UFPA (00148014), ANA/CPRM/4ºDN (00148019) e ANA/CPRM/Cosanpa (00148021).
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.30881-30891 may. 2020. ISSN 2525-8761 Sendo a estação 00148002 do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) é a que possui dados mais adequados para serem utilizados graças a maior série de dados sequenciais, totalizando um período de 20 anos (1949 a 1968) a qual proporciona resultados mais precisos para o desenvolvimento da pesquisa.
3 )Levantamento do consumo de água dos banheiros
A partir da quantificação de funcionários atuantes na empresa no momento da pesquisa (total de 139), empregou-se a Eq. 1 para calcular a demanda de água da superintendência.
C=V x (1+(V2/100)) x N x P x D Eq. 1
Sendo C é o consumo de água mensal através do uso dos aparelhos sanitários (litros/mês); V, volume de água utilizado na descarga (litros/descarga); V2, vazamento em percentagem; N, frequência de utilização (vezes por dia); P, número de pessoas e D, número de dias por mês.
4 ) Cálculo do volume do reservatório e potencial de economia
Esse método tem como base de dimensionamento o período de estiagem crítico, onde identifica e utiliza sequências de dados em que a demanda excede a produção para determinar a capacidade de armazenamento de um sistema. Utiliza séries históricas das precipitações de maior período possível e podem ser utilizadas as séries históricas diárias ou mensais, observados na equação 2.
St = Dt – Qt Eq. 2
Sendo St é o volume de água de chuva armazenado no reservatório no tempo t (m³); Dt, demanda de água de chuva no tempo t (m³) e Qt, volume de água de chuva aproveitável no tempo t (m³), obtida na Eq. 3.
Qt = CAP x Pt x A / 1000 Eq. 3
Onde Qt é o volume de água de chuva aproveitável no tempo t (m³); CAP, coeficiente de aproveitamento do escoamento superficial; Pt, precipitação da chuva no tempo t (mm); e A, área de captação (m²).
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.30881-30891 may. 2020. ISSN 2525-8761 5 )Custos de implantação e operação do sistema
Realizou-se a análise econômica do sistema onde foi calculado os custos com materiais, equipamentos, energia elétrica usada para o bombeamento de água para o reservatório superior e custos com mão de obra.
O orçamento para a construção foi realizado com base na consulta de preços dos serviços constantes da tabela do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil - SINAPI, disponível pela Caixa Econômica Federal, para o Estado do Pará.
Para o calculo do custo de energia utilizada na operação das bombas de recalque da água fez-se necessário determinar a potência dos motos-bomba utilizando a Eq. 4.
P = (Q x Hman) / 50 Eq. 4
Onde Q é a vazão(L/s); Hman, altura manométrica (m) e P, potência da bomba (CV); O valor do KWh cobrados pela Centrais Elétrica do Pará - CELPA, foram obtidos pela razão da média do valor anual pago pela média de KWh consumidos do período de 2010 a 2012 (valor pago/energia consumida)
Esses dados foram aplicados na Eq. 5, que determina o consumo de energia elétrica gasta com o bombeamento.
CMenergia elétrica=Pmoto-bombas x t x n x N x VCELPA
Eq. 5
Onde Pmoto-bombas é a Potência da moto-bomba (KW); t, Tempo de funcionamento de cada moto-bomba (h/dia); n, número de moto-bombas; N, Número de dias de funcionamento da Moto-bomba no mês; VCELPA, Valor cobrado pela CELPA, pela energia elétrica consumida (R$/kWh) e CM energia elétrica, Custo mensal da energia elétrica para o funcionamento do sistema de bombeamento de água de chuva (R$);
O custo do consumo de água potável foi baseado no valor cobrado pela Companhia de Saneamento do Pará - COSANPA pelo m³ de água fornecida à Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais (CPRM).
Utilizando a equação 6 foi calculado qual o custo de água potável após a implantação do sistema de aproveitamento de água de chuva.
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Sendo CM água potável2 é o Custo médio mensal de água potável após a implantação do sistema de aproveitamento de água de chuva (R$/mês); Cmensal, Consumo médio mensal de água no prédio (m³/mês); Peconomia, Potencial de economia de água potável obtido através do uso de água de chuva (%); COSANPA, Valor cobrado pela COSANPA pela água potável consumida (R$/m³)
De posse de todos esses dados foi feita a análise de viabilidade econômica proporcionada pelo sistema de aproveitamento de águas pluviais e estimativa do período de tempo necessário para atingir o valor investido na instalação do sistema. Para isso foi realizado a diferença entre o custo mensal com água potável antes do sistema e o custo mensal após a implantação do sistema utilizando a Eq. 7.
E = CMágua potável 1 - (CM potável 2 + CM energia eletríca) Eq. 7
Onde E é a Economia de água após o uso de água de chuva (R$/mês); CMpotável1, Custo médio mensal de água potável atual antes da implantação do sistema de aproveitamento de água de chuva (R$/mês); CMpotável2, Custo médio mensal de água potável após a implantação do sistema de aproveitamento de água de chuva (R$/mês); CMenergia elétrica, Custo mensal da energia elétrica para o funcionamento do sistema de bombeamento de água de chuva (R$).
O período estimado para o retorno do investimento foi obtido através da equação 8.
PR = CI/EAnual Eq. 8
Onde PR é o Período de retorno (ano); CI, Custo total investido para implantação do sistema de água pluvial (R$); EAnual = Economia anual gerada pelo sistema de aproveitamento de água pluvial (R$).
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para a determinação da área de captação foi necessário a utilização de fórmulas de cálculo de áreas para cada superfície, devido o telhado da CPRM apresentar estrutura física diversa. Utilizando os dados pluviométricos do período de 1949 a 1968 (figura 2) foi obtida a precipitação média de 2.434mm anuais para Belém.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.30881-30891 may. 2020. ISSN 2525-8761 Figura 2: Precipitação pluviométrica da cidade de Belém
Para o cálculo da demanda de consumo de água dos baneiros foi considerado conforme Tomaz (2007) que cada pessoa ocupe a bacia sanitária 5 (cinco) vezes ao dia e o volume de cada descarga seja de 10 litros.
Consideremos ainda um vazamento recomendado de 9% em cada descarga o número total de 139 funcionários e o período de 22 dias por mês. Esses dados serão aplicados a Eq. 1. Obteve-se o valor aproximado de 167 m³ Esse dado será a base de cálculo para dimensionamento do reservatório junto com a área de captação e precipitação pluviométrica da cidade de Belém, conforme exigido pelos métodos de Ripll e Interativo.
Na Tabela 1 são apresentados o volume proposto do reservatório obtido seguindo os métodos de Ripll.
O método Interativo resultou no volume máximo do reservatório de 205,91 m³ para abastecer a demanda mensal aproximada de 167 m³. Porém pelas limitações físicas do prédio foi escolhido o volume experimental de 80 m³ atendendo em média 43% da demanda de água utilizada nos aparelhos sanitários da CPRM
800 700 600 500 400 300 200 100
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.30881-30891 may. 2020. ISSN 2525-8761 Tabela 1: Volume de armazenamento proposto pelo Método de Rippl
MÊS PP MÉDIA MENSAL (mm) DEMANDA MENSAL (m3) ÁREA DE CAPTAÇÃO (m²) VOL. DE CHUVA MENSAL (m3) VOLUME. DEMANDA - VOLUME. DE CHUVA (m3) DIFERENÇA ACUMULADA DA COLUNA 6 DOS VALORES POSITIVOS (m3) % DE DEMANDA ATENDIDA Coluna 1 Coluna 2 Coluna 3 Coluna 4 Coluna 5 Coluna 6 Coluna 7 Coluna 8
JAN 285,04 167 707,26 161,28 5,72 5,72 96,58 FEV 330,90 167 707,26 187,23 - 20,23 - 112,11 MAR 363,93 167 707,26 205,91 - 38,91 - 123,30 ABR 342,28 167 707,26 193,66 - 26,66 - 115,97 MAI 219,83 167 707,26 124,38 42,62 48,34 74,48 JUN 147,27 167 707,26 83,33 83,67 132,01 49,90 JUL 137,95 167 707,26 78,05 88,95 220,96 46,74 AGO 102,30 167 707,26 57,88 109,12 330,08 34,66 SET 113,05 167 707,26 63,96 103,04 433,11 38,30 OUT 99,87 167 707,26 56,51 110,49 543,60 33,84 NOV 97,62 167 707,26 55,23 111,77 655,37 33,07 DEZ 193,71 167 707,26 109,60 57,40 712,77 65,63
VOLUME DO RESERVATÓRIO DE ARMAZENAMENTO (m3) 712,77 68,71
O estudo da viabilidade econômica para o sistema de aproveitamento de água de chuva foi feito contabilizando os custos com equipamentos e materiais necessários, desde a coleta até a distribuição nos aparelhos sanitários, somados a eles a energia elétrica utilizada no funcionamento e a economia de água potável proporcionada pela implantação do sistema.
Os materiais necessários para o funcionamento do sistema foram: condutores verticais e horizontais; um filtro auto-limpante; cisterna em polietileno; moto-bomba; reservatório elevado e instalações hidráulicas. O quantitativo dos preços de implantação do sistema foram estimados na tabela de preços do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índice da Construção Civil - SINAP. Contabilizando o total do preço dos materiais necessários resultou no valor de R$ 40.327,97.
Para determinação dos custos de energia elétrica gasta com o sistema de recalque da água até o reservatório superior primeiramente foi necessário calcular a potência do moto-bomba utilizando P=(QxHam)/50.
Utilizando a conta de energia da CPRM no período de 2010 a 2011 verificou-se que o custo médio do Kwh é de R$ 0,38 (valor apresentados na Tabela 2) obtido através da C= MV / Kwh.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.30881-30891 may. 2020. ISSN 2525-8761 Tabela 2: Valor do KWh cobrado pela CELPA.
ANO R$ Kw/h R$/Kwh
2010 107.997,29 305.270,00 0,35
2011 117.986,65 314.400,00 0,38
2012 120.558,35 294.774,00 0,41
MÉDIA 115.514,10 304.814,67 0,38
Com a aplicação desses dados na Eq. 9, o custo mensal referente a energia elétrica consumida pelo conjunto moto-bomba foi de R$ R$ 12,64 mensais.
CMenergia elétrica=Pmoto-bombas x t x n x N x VCELPA Eq. 9
4 ANALISE DOS RESULTADOS
Para o dimensionamento do reservatório foram utilizados os métodos de Rippl e Interativo, obtendo no primeiro método o volume aproximado de 713 m³ e no segundo o volume de 80 m³. Utilizando os preços de materiais e serviços disponibilizados pelo SINAPI foi feito a perspectiva dos custos relativos à implantação do sistema orçado em R$ 40.327,97. A economia anual gerada pela implantação do sistema foi de R$ 3.884,47. O período de amortização do valor investido na implantação do sistema foi de 10 anos 4 meses. Assim, constatou-se que a implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial na CPRM é técnico e economicamente viável.
5 CONCLUSÕES
A conclusão obtida com dimensionamentos do reservatório através do método de Rippl foi que o volume do reservatório de 712,77 m³ mostrou-se exorbitante em relação a percentagem da demanda atendida de aproximadamente 69% valor considerado baixo para um volume exagerado.
No método Interativo o volume do reservatório pode ser ajustado a necessidade apresentada pelo projeto como área de instalação do reservatório e investimento disponível. Nesse método, o volume de armazenamento é diretamente proporcional a percentagem da demanda atendida. O volume do reservatório utilizado foi de 80 m³ para atender cerca de 43% da demanda, apesar do valor atendido ser inferior a metade da demanda a economia proporcionada pelo sistema é satisfatória.
Dessa forma, os resultados obtidos pelo Método Interativo mostraram-se bastante realistas propondo volumes menores de reservação, sem, entretanto perder em eficiência de
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atendimento da demanda de água não potável. O volume determinado foi de 80.000 litros cujo potencial de economia foi de 43,50%.
Para o armazenamento dessa água foi utilizado dois reservatórios inferiores de 35.000 litros cada e dois reservatórios superiores de 5.000 litros. A escolha do volume do reservatório superior levou-se em consideração um volume suficiente para armazenar a demanda diária de água nos banheiros.
A análise de viabilidade econômica da implantação do sistema consultado, através do SINAPI, os preços atuais dos materiais, equipamentos e mão de obra. Desta forma, o custo total de implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial foi orçado em R$40.327,97.
Utilizando o custo total investido para implantação do sistema e a economia anual gerada calculou-se o período de amortização, 10 anos e 4 meses, do valor investido. Sendo assim, o aproveitamento de água pluvial na CPRM é viável considerando uma vida útil de 20 anos ainda restará 9 anos e 8 meses de lucros financeiros.
REFERÊNCIAS
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