Curso Aproveitamento de água de chuva em cisternas para o semi-árido 5 a 8 de maio de 2009

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1 Curso Aproveitamento de água de chuva em cisternas para o semi-árido 5 a 8 de maio de 2009 Tema 2 Projeto de sistemas de aproveitamento de água de chuva Rodolfo Luiz Bezerra Nóbrega Universidade Federal de Campina Grande Financiadores: Instituições Participantes:

2 Objetivo Apresentar os componentes dos sistemas de aproveitamento de água de chuva e alguns métodos de dimensionamento utilizados na concepção de projetos relacionados.

3 Roteiro Conceitos básicos Componentes do sistema de aproveitamento Dispositivos utilizados Dimensionamento de calhas e condutores Coeficiente de perdas Sistemas em áreas urbanas Dimensionamento de cisternas

4 Conceitos Básicos Precipitação Medição As formas mais 1 milímetro de chuva distribuído conhecidas de em uma área de 1 metro precipitação são: quadrado corresponde a um volume de 1 litro de água Chuva Granizo Neve s/instrumentos/pluv1.jpg

5 Conceitos Básicos Os processos que compõem o aproveitamento Captação: processo de interceptação da chuva Transporte: meios que farão com que a chuva captada seja escoada para a cisterna Armazenamento: estocagem da água na cisterna Manejo: conjunto de intervenções no sistema que influenciam o armazenamento e a retirada de água da cisterna Aproveitamento: significa o conjunto de processos citados

6 Roteiro Conceitos básicos Componentes do sistema de aproveitamento Dispositivos utilizados Dimensionamento de calhas e condutores Coeficiente de perdas Sistemas em áreas urbanas Dimensionamento de cisternas

7 Componentes do sistema de aproveitamento Área de Captação Telhados Pisos Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT Embrapa Semi-Árido

8 Componentes do sistema de aproveitamento de água de chuva Calhas e condutores Calha de água furtada Calhas de beiral Calha de beiral Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT

9 Componentes do sistema de aproveitamento de água de chuva Cisterna Embrapa Semi-Árido Food and Agriculte Organization (FAO) Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT

10 Roteiro Conceitos básicos Componentes do sistema de aproveitamento Dispositivos utilizados Dimensionamento de calhas e condutores Coeficiente de perdas Sistemas em áreas urbanas Dimensionamento de cisternas

11 Outros dispositivos Dispositivo de desvio das chuvas Melhorar a qualidade da água armazenada Primeiras águas Primeiras chuvas Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT IRPAA/Juazeiro

12 Outros dispositivos Bomba Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT

13 Outros dispositivos Extravasor Projeto Cisternas CT-Hidro/FINEP/MCT

14 Roteiro Conceitos básicos Componentes do sistema de aproveitamento Dispositivos utilizados Dimensionamento de calhas e condutores Coeficiente de perdas Sistemas em áreas urbanas Dimensionamento de cisternas

15 Dimensionamento de calhas e condutores Por que dimensionar calhas e condutores? As calhas de condutores devem ser capazes de ter: Aspectos geométricos adequados à situação Dimensões suficientes para permitir o escoamento da água Estrutura suficiente para suportar o peso

16 Dimensionamento de calhas e condutores No Brasil o projeto de sistemas prediais para águas pluviais é normatizado pela NBR /8 Informações necessárias: Área de contribuição; Intensidade pluviométrica. Dados que se deseja obter: Vazão de projeto; Inclinação da calha; Dimensões das calhas e condutores.

17 Dimensionamento de calhas e Área de contribuição (A) condutores

18 Dimensionamento de calhas e condutores Intensidade Pluviométrica Período de retorno 1 ano = áreas pavimentados, onde empoçamentso possam ser tolerados; 5 anos = para coberturas e/ou terrações 25 anos = para coberturas e áreas onde empoçamento ou extravasamento não possa ser tolerado A duração da precipitação deve ser fixada em 5 minutos Para construções até 100m² pode-se atotar a intensidade de 150 mm/j

19 Dimensionamento de calhas e condutores Cálculo da vazão de projeto (Q)

20 Dimensionamento de calhas e condutores Cálculo da vazão de projeto (Q) Tabela1 Coeficientes multiplicativos da vazão de projeto Tipo de curva Curva a menos de 2 metros da saída da calha Curva entre 2 e 4metros da saída da calha Canto reto 1,2 1,1 Canto 1,1 1,05 Para calhas beirais ou platibandas

21 Dimensionamento de calhas e condutores Dimensionamento da calha Tabela 2 Coeficientes de rugosidade Material n Plástico, fibrocimento, aço, metais não-ferrosos Ferro fundido,concreto alisado, alvenaria revestida 0,011 0,012 Cerâmica, concreto não-alisado 0,013 Alvenaria de tijolos não-revestida 0,015

22 Dimensionamento de calhas e condutores Tabela 3 Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazões em L/min.) Diâmetro Interno (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%

23 Roteiro Conceitos básicos Componentes do sistema de aproveitamento Dispositivos utilizados Dimensionamento de calhas e condutores Coeficiente de perdas Sistemas em áreas urbanas Dimensionamento de cisternas

24 Coeficiente de perdas O volume precipitado não é o mesmo que o aproveitado. As razões são: Formato da área de captação; Absorção de água pela superfície de captação; Potencial de captação prejudicado pelos limites da área de captação; Desvios ou vazamentos nos condutores que transportam a água. Possui várias denominações na literatura

25 Coeficiente de perdas Tipo da cobertura Coeficiente de runoff Telhas cerâmicas 0,8 a 0,9 Telhas corrugadas de metal 0,7 a 0,9 Hofkes e Frazier. Runoff coeficients. In Rainwater Harvesting by Parcey and Adrian Coeficiente de runoff Parabólico V invertido Ondulado 0,81 0,84 0,83 Liaw e Tsai. Optimum storage volume of rooftop rain water harvesting systems for domestic use. Journal of the american water resources association. August 2004.

26 Roteiro Conceitos básicos Componentes do sistema de aproveitamento Dispositivos utilizados Dimensionamento de calhas e condutores Coeficiente de perdas Sistemas em áreas urbanas Dimensionamento de cisternas

27 Sistemas em áreas urbanas A norma NBR /2007 estabelece os requisitos para aproveitamento de água de chuva de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis. Nela é estabelecido que: Calhas e condutores: NBR 10844/1989; Devem ser instalados dispositivos de remoção de detritos; O dispositivo de descarte, quando existir, deve ser projetado. Na ausência de critérios suficientes, recomenda-se descartar os 2 mm iniciais de chuva; Os reservatórios devem conter extravasor, dispositivo de esgotamento, cobertura, inspeção, ventilação e segurança; A retirada de água deve ser realizada próxima à superfície; Ao menos uma vez ao ano os reservatórios devem ser limpos com uma solução de hipoclorito de sódio(nbr 5626); O sistema de distribuição da água de chuva aproveitada deve ser independente do sistema de água potável.

28 Sistemas em áreas urbanas Métodos de dimensionamento propostos na NBR /2007: Método Azevedo Neto; Método prático alemão; Método prático inglês; Método prático australiano; Método de Rippl; Método da simulação.

29 Roteiro Conceitos básicos Componentes do sistema de aproveitamento Dispositivos utilizados Dimensionamento de calhas e condutores Coeficiente de perdas Sistemas em áreas urbanas Dimensionamento de cisternas

30 Dimensionamento de cisternas Concepção do volume de 16 m³ para cisternas no Semi- Árido: Área média de captação: 40 m²; Precipitação média: 400 mm/ano; Volume potencial aproveitável: 40 m² x 400 mm = litros; Supondo um consumo per capto de 13 litros/dia, temos que uma cisterna com 16 m³ de água abastece uma família de 5 pessoas por: l/(5 pessoas x 13 litros/pessoa/dia) = 246 dias ou 8 meses (aproximadamente).

31 Dimensionamento de cisternas Método Azevedo Neto

32 Dimensionamento de cisternas Método prático alemão

33 Dimensionamento de cisternas Método prático inglês

34 Dimensionamento de cisternas Método prático australiano

35 Exercício Dimensione uma cisterna para ser construída na área urbana de Custódia (PE) utilizando os método de Azevedo Neto e os métodos práticos inglês e alemão. Dados: Precipitação média: 400 mm/ano; Área de captação: 100 m²; Volume aproveitável por ano: 400 mm x 100 m² x 0,75 = litros. Quantidade de meses com pouca ou nenhuma chuva: 6; 4 residentes (demanda 20 litros/dia/pessoa); Demanda anual: 20 x 4 x 365 = litros.

36 Exercício Através do método prático inglês V = 0,05 x P x A = 0,05 x 400 x 100 = L Não considera a demanda e período de estiagem Através do método Azevedo Neto V = 0,042 x P x A x T = 0,042 x 400 x 100 x 6 = L Através do método prático alemão Não considera a demanda. Não considera o período de estiagem V = Min (V;D) = Min (30.000;29.200) x 0,6 = L

37 Dimensionamento de cisternas Método Rippl

38 Dimensionamento de cisternas Método da simulação

39 Dimensionamento de cisternas Observações sobre o método da simulação: As simulações são baseadas na equação de balanço hídrico para um reservatório de volume finito; Podem ser implementados parâmetros para uma análise que represente melhor o sistema estudado. Por exemplo: volume desviado, evaporação, incertezas no consumo, entre outros; Uma avaliação qualitativa e quantitativa das séries de precipitação deve ser realizada para que seu uso seja adequado.

40 Bibliografia recomendada Anais dos Simpósios da Associação Brasileira de Captação e Manejo de Água de Chuva - ABCMAC( Aproveitamento de água de chuva para áreas urbanas e fins não potáveis. Tomaz, P.; Navegar Editora NBR 10844/89 -Instalações prediais de águas pluviais. Rio de Janeiro: ABNT, p. NBR /2007 -Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis. Rio de Janeiro: ABNT, p. Potencialidades da água de chuva no Semi-Árido Brasileiro. Eds.: Brito, L. T. L.; Moura, M. S. B.; Gama, G. F. B. Petrolina PE: Embrapa Semi-Árido, p.