XIII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE
PEGADA HÍDRICA DE UM SISTEMA DOMÉSTICO DE CAPTAÇÃO DE
ÁGUA DE CHUVA
Hamilton de Araújo Silva Neto 1 & Eduardo Henrique Borges Cohim Silva2
RESUMO – A pegada hídrica (PH) é um indicador do uso de água, que considera não apenas o seu uso direto por um consumidor ou produtor, mas, também, seu uso indireto e que pode ser utilizado como um parâmetro de sustentabilidade. Por tais motivos, o presente trabalho teve por objetivos, avaliar a sustentabilidade de um sistema de captação de água de chuva utilizando como indicador a pegada hídrica, além de quantificar a PH desse sistema e calcular a quantidade de anos necessários para que haja um retorno hídrico. Desta forma, foi calculado a PH do sistema de captação de água de chuva (CAC) em uma residência padrão do Programa Minha Casa Minha Vida do Governo Federal, para uma população de renda familiar de até 3(três) salários mínimos, localizada na cidade de Feira de Santana, no estado da Bahia. A PH total deste sistema, que possui uma vida útil de 30 anos, é de 59,65m³. Com os resultados obtidos foi possível identificar que o impacto do sistema, avaliando apenas sua PH, é positivo, pois, em 334 dias a água consumida para implantar e funcionar o sistema será retornada através da captação da chuva.
ABSTRACT– As the water footprint (WF) an indicator of water use that considers not only their direct use by a consumer or producer, but also its indirect use, can be a measure of sustainability. For these reasons, this study aimed to assess the sustainability of a rainwater harvesting system using the WF as an indicator and specific objectives in this work is to quantify the WF of the system and calculated the number of years necessary for there to be a water return. Thus work calculated the WF of the RAC system to a standard house of the Program Minha Casa Minha Vida from Brazil Federal Government, for a population of family income up to three (3) times the minimum wage, in the city of Feira de Santana in Bahia state. WF whole of this system, which has a useful life of 30 years, is 59,65m³. With the results it is possible to identify the positive impact of the system, only evaluating its WF, because in 334 days the water used to deploy and run the system will be returned through the rain capture.
Palavras-Chave – Pegada Hídrica, Água de Chuva, Sustentabilidade.
1 1)Afiliação: Mestrando na UEFS no Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil e Engenharia Ambienta. Email:enghamiltoneto@gmail.com.
Telefone: (75) 9 9199-6980. Endereço: Rua Jandaia, S/N. Feira de Santana- Ba
2) Afiliação: Professor Titular da UEFS, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil e Engenharia Ambiental. Email: edcohim@gmail.com. Telefone: (75) 9 9227-0770. Endereço: Rua São Cosme e Damião, 421. Feira de Santana- Ba
INTRODUÇÃO
A escassez de recursos hídricos tem motivado pesquisadores a buscarem fontes alternativas, como: o sistema de captação, bombeamento e uso da água de chuva. Este quando devidamente configurado, proporciona muitos benefícios, incluindo a redução de inundações, melhoria da qualidade da água, sua redução na demanda nos sistemas de abastecimento e economia monetária (JONES, 2010). De acordo com Cardoso (2010) o aproveitamento da água da chuva em meio urbano deverá ser encarado de forma a poder constituir-se como um meio de contribuição para o desenvolvimento de uma política de promoção do uso sustentável da água.
O aproveitamento de águas pluviais é uma tecnologia alternativa que poderia ajudar diretamente no uso de água potável para fins domésticos (KWAADSTENIET, 2013). As propriedades de qualidade da água de chuva são influenciadas pelo local de captação, a forma de armazenamento e pela presença de árvores e animais próximos aos telhados que a captam (DESPINS, 2009).A grande maioria desses problemas pode ser corrigida ou controlada, a fim de manter uma boa qualidade da água proveniente das chuvas.
De acordo com Angrill (2011) a água de chuva é um recurso competitivo, especialmente em áreas urbanas com escassos recursos hídricos, porém, mais estudos são necessários a fim de considera-la sustentável. Visando ampliar tais pesquisas no âmbito brasileiro, este trabalho tem por objetivo geral, avaliar a sustentabilidade de um sistema de captação de água de chuva utilizando a PH como indicador e como objetivos específicos, o trabalho quantificará a PH desse sistema e calculará a quantidade de anos necessários para que haja um retorno hídrico através do cálculo da PH do sistema de CAC para uma residência padrão do Programa Minha Casa Minha Vida do Governo Federal, para uma população de renda familiar de até 3(três) salários mínimos localizada na cidade de Feira de Santana no estado da Bahia.
A pegada hídrica é um indicador do uso da água que considera não apenas o seu uso direto por um consumidor ou produtor, mas, também, seu uso indireto, desta forma, podendo ser considerada como um indicador da apropriação de recursos hídricos. A PH de um produto é o volume de água utilizado para produzi-lo, medida ao longo de toda cadeia produtiva (Hoekstra 2011).
De acordo com a definição de Hoekstra (2011) existem três tipos de pegada hídrica:
A pegada hídrica azul: refere-se ao consumo de água azul (superficial e subterrânea) ao longo de sua cadeia produtiva. ‘Consumo’ refere-se à perda de água (superficial ou subterrânea) disponível em uma bacia hidrográfica. A perda ocorre quando a água evapora, retorna a outra bacia ou ao mar ou é incorporada em um produto.
A pegada hídrica verde: refere-se ao consumo de água verde (água de chuva, desde que não escoe).
A pegada hídrica cinza refere-se à poluição e é definida como o volume de água doce necessário para assimilar a carga de poluentes, a partir de concentrações naturais e de padrões de qualidade da água existentes.
METODOLOGIA
Visando alcançar os objetivos propostos por este artigo utilizamos uma abordagem quantitativa que se adequasse ao método comparativo, o qual permite analisar o dado concreto deduzindo do mesmo os elementos constantes. Assim, realizou-se o cálculo da PH do sistema de CAC para uma residência padrão do Programa Minha Casa Minha Vida do Governo Federal, para uma população de renda familiar de até 3(três) salários mínimos, localizada na cidade de Feira de Santana, no estado da Bahia.
O sistema geral é composto de uma residência de um único pavimento com estrutura para a captação de água de chuva, sendo armazenada e bombeada para o aproveitamento nos diversos usos domésticos. O Sistema de CAC adotado para o desenvolvimento deste estudo consistiu em:
a) Área de captação (área total do telhado), composta de telhas cerâmicas; b) Calhas de PVC, com diâmetro nominal de 100 mm;
c) Tubulação de captação, com tubos de PVC de diâmetro nominal de 100 mm; d) Tanque inferior de Poli Etileno (PE) com capacidade de 3.300 L;
e) Motor bomba de aço com 75 watts de potência e;
f) Tubulação de distribuição de PVC e diâmetro nominal de 25 mm. Como é demostrado na Figura 01.
Figura 1 - Sistema de Capitação de Água de Chuva
A consideração geral do processo consiste na coleta da água de chuva por duas calhas de 7 m de comprimento e tubulação de 15 m para a captação e 15 m para a distribuição, sendo conduzida,
desta forma, ao reservatório instalado ao nível do solo e posteriormente, bombeada para suprir o uso doméstico da residência.
Para o dimensionamento do tanque foi utilizado o software Netuno 4.0, onde foi necessário entrar com dados de precipitação diária, área total de captação, a quantidade de litros per capita por dia, o número de moradores, coeficiente de escoamento da área de captação e volume do tanque superior.
Para a precipitação diária foi utilizado dados fornecidos no site do INEMA da estação com código 01238027 e nome Feira de Santana e possui um código adicional 83221, esta estação está situada no município de Feira de Santana no estado da Bahia tendo como responsável e operadora a INMET.
De acordo com Cardoso (2010) a área total de captação para um residências padrão Programa Minha Casa Minha Vida (PMCMV) é de 64,44 m². De acordo com os dados do Sistema Nacional de Informação sobre Saneamento (SNIS) o valor médio do consumo per capita de água na Bahia é de 113,52 L.hab-1.dia-1, a média de moradores por residência em Feira de Santana – BA de acordo com os dados obtidos no site do IBGE é de 3,4 pessoas por domicílio, seguindo as regras de aproximação o valor utilizado nesse trabalho será de 3 moradores por residência já que a contagem de moradores tem que ser números inteiros.
Para o coeficiente de escoamento da área de captação foi usado o valor de 0,85 pois Rocha (2009) diz que independentemente do método utilizado para o dimensionamento do reservatório para fins de aproveitamento de água pluvial, são utilizados coeficientes que variam de 0,8 a 0,9. No projeto básico do PMCMV da Caixa Econômica Federal o volume do tanque superior instalado é de 500 Litros.
O volume do reservatório escolhido será de 3.300 litros, um dos motivos é por este volume existir no mercado sendo o volume no mercado imediatamente superior a este é de 5000 L e se torna inviável pois a residência não possui uma área de terreno grande o suficiente, afim de não prejudicar o espaço físico da mesma, para que seja implantado um tanque superior a 3.300 L
Através do Software Netuno e com o auxílio de todos os dados apresentados acima, um tanque de 3.300 litros irá abastecer, durante todo o ano, 52,5% da água consumida numa residência padrão Minha Casa Minha Vida com 3 habitantes.
Para a escolha da bomba foi levado em consideração um dimensionamento feito, onde se calculou a potência necessária para uma altura manométrica exigida de 9 m, já considerando as perdas de cargas de todos os elementos das tubulações. O dimensionamento exigiu uma bomba centrífuga de no mínimo 61 watts de potência, no mercado foi encontrado uma bomba de 75 watts de potência capaz de cumprir com as necessidades exigidas.
Para o cálculo do consumo energético da bomba será considerado a soma do consumo de startup da bomba e seu funcionamento normal e o consumo no fim da operação da mesma.
O sistema terá um acionamento de bomba por dia, abastecendo um tanque superior de 500 Litros. A bomba escolhida levará 0,42 horas para encher o tanque superior, gerando um consumo total de energia de 0,16 kwh.m-3.
Considerando os materiais e produtos informados, descreveremos as referências de dimensionamento utilizadas para determinação da composição de tais produtos, segue abaixo.
Dutos de PVC, (DN 25): Utilizados para ligação entre o reservatório inferior e reservatório superior, dimensões, 25 mm de Diâmetro, espessura de 1,7 mm e densidade de 1,32 g.cm-³, dados
referenciados pelo Catálogo da Tigre.
Para o cálculo do perímetro foi utilizado a Equação 01 a seguir.
𝑃 = 𝜋 (𝑟 + 𝑒)2− 𝜋𝑟2 (01)
(Utilizado para retirar a área interna , sendo r = 25 mm ,e =1,7mm , P= 0,000276 m² ) Para o cálculo do do volume foi utilizado a Equação 02 a seguir.
𝑣 = 𝑃. 𝑚 (02) Tendo como resultado m =15, d= 1320kg.m-² , V=0,00414 m³ , 5,46 Kg
Dutos de PVC, (DN 100): Utilizados para ligação entre o reservatório inferior e reservatório superior, dimensões ,100 mm de Diâmetro, espessura de 1,8 mm e densidade de 1,32 g/cm³, dados referenciados pelo Catálogo da Tigre.
Perímetro, P= 0,001141 m² Volume, V= 0,0171 m³ Peso = 22,58 kg
Calha de PVC, (DN 100): Utilizados para ligação entre o reservatório inferior e reservatório superior, dimensões ,100 mm de Diâmetro, espessura de 1,8 mm e densidade de 1,32 g.cm-³, dados referenciados pelo Catálogo do fabricante.
Peso = 9,33 kg
Bomba de 1/10 Cv e 75 w, em referência ao dado de peso estabelecido em catalogo do fabricante, peso de 4,5 kg.
Reservatório de PE, V 3.300 L, em referência ao dado de peso estabelecido em catalogo do fabricante, peso de 126,6 kg.
Para o cálculo da PH azul na produção do PVC (Policloreto de Vinila) e do PE (Polietileno) foi utilizado o referencial de 80.000 L.t-1 e 58.000L.t-1 respectivamente. Esses são resultados de estudos da avaliação do ciclo de vida de materiais plásticos realizados pelo órgão Plastic Europe (2005 e 2006).
Para a PH referente a energia consumida pelo sistema, foi utilizado dados do trabalho de Mekonnen e Hoekstra (2011, The water footprint of electricity from hydropower), onde foi realizado a média ponderada da PH das usinas Brasileiras presentes no trabalho, os resultados e valores da PH de cada usinas e sua respectiva capacidade instalada está listado na Tabela 01na página seguinte.
Tabela 01 – Pegada Hídrica das Hidrelétricas Brasileiras.
Hidrelétrica Pegada Hídrica (m³/GJ) Capacidade Instalada (MW) Pegada Hídrica (m³/KWh) Tucuruí 49,5 8400 0,178 Sobradinho 399 1050 1,436 Marimbondo 38,3 1400 0,138 Itumbiara 52,5 2082 0,189 Itaipu 7,6 14000 0,027 Estreito 70,6 1050 0,254
Realizando a média ponderada da PH dessas fontes de energia temos um valor de 0,1516 m³.kWh-1.
A pegada hídrica para o aço de acordo com Kluender et. al. (2013) é de 704,9L.kg-1
O quantitativo de material a ser utilizado e sua respectiva pegada hídrica está resumido na Tabela 02:
Tabela 02 – Quantitativo de Material utilizado e sua respectiva PH
Item Material Un. Quantidade PH L.kg-1
Tanque PE kg 126,6 80 Tubos de DN 100 mm PVC Kg 22,58 58 Calhas com DN 100 mm PVC Kg 9,33 58 Tubos com DN 25 mm PVC Kg 5,46 58
Bomba d’água Aço Kg 4,5 704,9
Energia - Kwh/m³ 0,16 151,6 L.kwh-1
RESULTADO E DISCUSSÕES
Multiplicando a Pegada Hídrica de cada material por seu respectivo valor necessário para implantar o sistema temos e utilizando a Figura 02 abaixo é possível perceber melhor a diferença entre as PH de cada Item utilizado no sistema de água de chuva.
Figura 02 - Pegada Hídrica Total de cada Componente do Sistema de Água de Chuva
O consumo diário médio de água de chuva, utilizando este sistema, é de 179,142 L. Sabendo disso e sabendo que o sistema terá a vida útil de 30 anos, temos a uma produção de água durante todo esse período de 1,96 x 106 Litros. Tendo um consumo de energia total durante esse período e PH total desta energia de 313 kwh e 47.354,81 Litros respectivamente. Gerando uma PH azul total durante esses 30 anos de 59,65 m³.
Para saber em quando tempo a água gerada por este sistema irá superar a água necessária para ser implantado somado a seu respectivo funcionamento, temos, em 334 dias o volume de água gasta para implantar o sistema será inferior ao volume de água gerada por ele.
CONCLUSÃO
Com os resultados é possível identificar que o impacto do sistema de água de chuva, avaliando apenas sua Pegada Hídrica, é positivo, pois, em 334 dias a água consumida para implantar e funcionar o sistema por 30 anos será retornado através da captação da água de chuva que este sistema tem capacidade. Os resultados mostram que a água investida em um sistema desse tipo representa 3,04% do total de água que pode ser aproveitado.
É possível perceber que o consumo energético do sistema é o item com maior PH do sistema, ou seja, uma busca por fontes com menor PH como a energia solar diminua consideravelmente a PH do sistema. 10.128 1.309,64 541,14 316,68 47.354,81 0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 Tanque Tubos de DN 100 mm Calhas com DN 100 mm Tubos com DN 25 mm Bomba d’água Litros
Pegada Hídrica Total de cada Componente do Sistema
Este trabalho demonstrou que o sistema de captação de água de chuva têm potencial para reduzir a pegada hídrica azul das residências domiciliares de baixa renda.
BIBLIOGRAFIA
ANGRILL, S., FARRENY, R., GASOL, C. M., GABARRELL, X., VIÑOLAS, B., JOSA, A., & RIERADEVALL, J. (2012). Environmental analysis of rainwater harvesting infrastructures in diffuse and compact urban models of Mediterranean climate. The International Journal of Life Cycle Assessment, 17(1), 25-42.
BARRETO, D., & MEDEIROS, O. (2008). Caracterização da vazão e frequência de uso de
aparelhos sanitários. Ambiente Construído, 8(4), 137-149.
BOTELHO, G. L. P (2013). Avaliação Do Consumo De Água Em Domicílios: Fatores intervenientes e metodologia para setorização dos usos. Universidade Estadual de Feira de Santana, Dissertação de Mestrado.
BOUSTEAD, I Eco-profiles of the Plastics Industry –Polyethylene (PE). Report for Plastics Europe, 2005.
BOUSTEAD, I Eco-profiles of the Plastics Industry –PVC Pipe Extrusion. Report for Plastics Europe, 2006.
CARDOSO, T. O. (2010). O uso eficiente da água nos edifícios de habitação. Doctoral dissertation, Faculdade de Ciências e Tecnologia.
DESPINS, C., FARAHBAKHSH, K., & LEIDL, C. (2009). Assessment of rainwater quality from rainwater harvesting systems in Ontario, Canada. Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, 58(2), 117-134.
KLUENDER, E. J. Quantification of water footprint: Calculating the amount of water needed to produce steel. The Journal of Purdue Undergraduate Research 3.1 (2013): 9.
KWAADSTENIET, M., DOBROWSKY, P. H., VAN DEVENTER, A., KHAN, W., & CLOETE, T. E. (2013). Domestic rainwater harvesting: microbial and chemical water quality and point-of-use treatment systems. Water, Air, & Soil Pollution, 224(7), 1-19.
MAKROPOULOS, C. K. NATSIS, K., LIU, S., MITTAS, K., & BUTLER, D.et al (2008). Decision support for sustainable option selection in integrated urban water management. Environmental Modelling & Software, v. 23, n. 12, p. 1448-1460.
JONES, M. P.; HUNT, W. F (2010). Performance of rainwater harvesting systems in the southeastern United States. Resource Conservation. Recycle, 54 (10), 623−629.
MEKONNEN, M. M.; HOEKSTRA, A. Y (2011). The water footprint of electricity from
hydropower. The Value of Water Research Report Series is published by UNESCO-IHE (Institute
for Water Education).
TJANDRAATMADJA, G., POLLARD, C., SHARMA, A. K., & GARDNER, T. (2012). Optimisation of Energy Use in Household Rainwater Supply Systems. Urban Water Security Research Alliance.
