CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL

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1 MARCOS TOZZI E JOSÉ JUNJI OTA CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL DEBORA SPERANCETTA Ex-aluna - Engenharia Civil - Centro Universitário Positivo / UnicenP deborasperancetta@hotmail.com JULIANO VIZZOTTO ALVES Ex-aluno - Engenharia Civil - Centro Universitário Positivo / UnicenP julianoalves@bol.com.br CLÁUDIO MARCHAND KRÜGER Professor - Centro Universitário Positivo / UnicenP kruger@unicenp.br da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p. 9-27,

2 CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL RESUMO Este trabalho pretende contribuir para a redução do desperdício de água em residências através da utilização das águas pluviais em locais onde não se necessita de água potável como: vasos sanitários, regar plantas e jardins e lavar automóveis e calçadas. O sistema para captação da chuva é formado por um conjunto de áreas de coleta, calhas, condutores, filtros, bomba e um reservatório de armazenamento. O funcionamento é simples, pois a água captada nos telhados é conduzida até um reservatório subterrâneo, que bombeia esta água para outro, elevado, o qual faz a distribuição da água na residência por gravidade. Para o dimensionamento do sistema, citam-se os diversos métodos de determinação do volume captado de águas pluviais e do volume do reservatório de armazenamento. Com o desenvolvimento deste trabalho pretende-se criar uma saída alternativa para o problema da escassez de água que vem aumentando a cada dia. Palavras-chave: Captação de Águas Pluviais, Utilização, Aproveitamento. ABSTRACT The present work aims to contribute to the reduction of residential water waste through the use of rain water where drinking water is not necessary, such as: toilets, lawn watering, car and pavemente washing. The rain water collection system is composed of gutters, filters, pumps and a reservoir. The rain water is conducted to an underground reservoir and then pumped to an elevated one, which distributes the water throughout the residence. Several methods for sizing the reservoir are listed. Key words: Rain water collection, rain water use. 30

3 DÉBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL DEBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER 1. INTRODUÇÃO A Terra possui km 3 de água espalhada por toda a superfície, na forma de lagos, rios, campos de gelo e oceanos. Além da água superficial, existem km 3 de água infiltrada abaixo do solo e ainda cerca de km 3 em forma de vapor. Mesmo com todo este volume, a água potável é finita. Do total de água na Terra, 97,5% está nos oceanos, o restante permanece em ciclo de: chuva, neve, evaporação e gelo. Restam, portanto, km 3 de água doce, que pode parecer muito, mas não é. O uso irracional da água transforma o abastecimento num dos maiores problemas que a humanidade enfrenta. Em relação à água doce distribuída no mundo, representada na Figura 1, a maior parte (68,7%) está na forma de gelo e neve permanentes na Antártida, região ártica e regiões montanhosas. Águas subterrâneas compreendem mais ou menos Figura 1 Distribuição da água doce no mundo 30% do total da água doce. Apenas 0,26% da água doce da Terra está concentrada em lagos, reservatórios e rios, sendo estas as formas mais acessíveis economicamente. A água é um recurso renovável, mas finito, e a perspectiva de um colapso mundial é considerada muito preocupante por especialistas, que alertam que até o final do século o problema dos recursos hídricos será grave. Com o aumento da população mundial, da indústria e da agricultura, sabe-se que a água potável está se esgotando e além deste fator, o uso irracional faz com que a situação se agrave ainda mais. Conseqüentemente, com a escassez da água em praticamente todo o mundo, tornase importante o seu gerenciamento, e uma das formas é aproveitar as águas pluviais para fins de uso doméstico, industrial e agrícola, através de sistemas de utilização das águas pluviais. 31

4 CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL O objetivo deste trabalho é indicar uma alternativa para a redução do consumo de água em uma residência, baseado no aproveitamento das águas pluviais, composto por superfícies de coleta, calhas e condutores, filtros, reservatórios de armazenamento e bombas. A água armazenada será empregada para ações que não demandam água potável, como lavar carros e calçadas e em descargas de vasos sanitários. 2. SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS Captar água da chuva significa não só economia nas contas, mas combate aos ciclos de escassez e de enchentes nas cidades, pois ao se armazenar esta água, boa parte deixa de escoar para os encanamentos pluviais, diminuindo o impacto das enchentes. As técnicas necessárias para operar um sistema de utilização das águas pluviais devem seguir as seguintes etapas: - Coleta das águas pluviais através de telhados, coberturas, marquises, etc; - Armazenamento das águas pluviais em reservatórios; - Verificação da qualidade das águas pluviais; - Abastecimento local pelo uso das águas pluviais; - Drenagem do excesso das águas pluviais provocados pelas chuvas intensas; - Águas pluviais complementares às do abastecimento público das cidades, em épocas de estiagem (emergências); - Eliminação da água coletada no início das chuvas. A água coletada deve seguir níveis de qualidade para os diferentes modos de utilização, os quais variam com o grau de poluição do ar e com a condição de limpeza da área de coleta. Os tratamentos para os diversos fins de utilização das águas pluviais são apresentados na Tabela 1. Tabela 1 Tratamento da água em relação à utilização das águas pluviais. (FENDRICH e OLIYNIK, 2002) A localização da área de coleta limita a utilização das águas pluviais porque o grau de limpeza está em função desta área. A Tabela 2 mostra o grau de pureza da água referente ao local onde foi coletada. 32

5 DÉBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER Tabela 2 Grau de pureza relacionado à área de coleta indicando sua utilização. (FENDRICH e OLIYNIK, 2002) 3. COMPONENTES DO SISTEMA 3.1 Áreas de Coleta Em relação à residência, a coleta das águas pluviais é feita diretamente no telhado. Para coletar as águas pluviais,basta direcionar o condutor vertical das calhas para o reservatório de armazenamento. 3.2 Calhas/Condutores As calhas são utilizadas para captar a água das chuvas dos telhados que são transportadas diretamente para os reservatórios de armazenamento através dos condutores. 3.3 Filtros e Telas Ao redor dos ralos das calhas encontram-se folhas, sujeiras ou areias que podem diminuir, ou obstruir totalmente a passagem da mesma no condutor vertical, além de poluir a água. Devido a este fato, é necessário evitar que tais materiais sejam levados para dentro das tubulações e do reservatório de armazenamento junto com as águas pluviais, utilizando grelhas. 3.4 Reservatórios de Armazenamento Os reservatórios de armazenamento das águas pluviais devem atender a três condições básicas: não ter vazamentos; serem construídos com material não poluente, que venha a contaminar a água armazenada e, que não propicie o aparecimento e proliferação de algas. Devem ter uma tampa para evitar a evaporação da água e prevenir contra a entrada de sujeiras, insetos e pequenos animais, tendo uma forma que não dificulte a limpeza do seu interior. 33

6 CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL Os reservatórios devem ser dimensionados de acordo com o uso a que se destina a água pluvial, do tipo da construção, e da capacidade do local de instalação. 3.5 Bombas Uma bomba é necessária para elevar a água do reservatório de armazenamento subterrâneo ao reservatório elevado, o qual fornece água à casa por gravidade. Um eletrodo ou uma bóia deve ser acoplado ao reservatório de armazenamento para registrar o nível de água, para automatizar o bombeamento. 4. CONSUMO DOMÉSTICO DE ÁGUA A Tabela 3 apresenta os parâmetros do consumo de água potável que pode ser substituída por águas pluviais em usos internos e externos, segundo TOMAZ (1998), citado por FENDRICH (2002). Tabela 3 Substituição de água potável pela utilização das águas pluviais (TOMAZ, 1998) * Consumo de 6 l/descarga em bacia sanitária acoplada a caixa de descarga 5. MÉTODOS PARA O DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO DE ÁGUAS PLUVIAIS De acordo com experiências internacionais e nacionais, seja pelo emprego de métodos de demanda de água constantes, ou ainda, pelo empirismo prático reinante no meio técnico, com relação à utilização das águas pluviais, um dos grandes problemas é a determinação da capacidade do reservatório de armazenamento, levando-se em conta: a área do telhado, a precipitação pluvial do local, o intervalo dos dias de estiagem e a demanda desejada de água. A seguir serão abordados os métodos pesquisados para estimar o volume do reservatório de armazenamento. 5.1 Critério Utilizado no Japão Segundo FENDRICH e OLIYNIK (2002) a capacidade do reservatório de armazenamento é determinada em função da área de coleta das águas pluviais como: 34

7 DÉBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER Onde: V = capacidade do reservatório de armazenamento das águas pluviais (m 3 ); A c = área da superfície de coleta (m 2 ); C r = coeficiente de escoamento superficial regional (m). O coeficiente C r da Equação (1), teoricamente, deveria ser um valor representativo das características regionais do clima e das chuvas. Entretanto, no Japão, baseando-se em dados de estudos obtidos na Região Metropolitana de Tóquio, adota-se o valor padrão C r = 0,1 m, aplicado nacionalmente, ou seja, representa um volume de 100 l de águas pluviais por m 2 de área de coleta. Então, para um telhado de 100 m 2, o volume do reservatório deve ser de 10 mil litros. 5.2 Método Desenvolvido por Fendrich. Um dos métodos para quantificar o volume das águas pluviais que merece uma maior atenção é o estudo realizado pelo professor Roberto Fendrich, referente ao volume da precipitação pluvial armazenável na Bacia Hidrográfica Urbana do Rio Belém, rio 100% curitibano. Deve-se citar que a preocupação do estudo de FENDRICH (2002) tem ligação direta aos problemas relacionados às enchentes urbanas, devido às grandes áreas impermeáveis, que são decorrentes da crescente urbanização das bacias hidrográficas. Segundo FENDRICH (2002), a capacidade dos reservatórios de armazenamento das águas pluviais é dada pela seguinte expressão: Onde: V = capacidade do reservatório de armazenamento das águas pluviais (m 3 ); V r = volume unitário de reservação das águas pluviais (m 3 /m 2 ); A c= área de coleta das águas pluviais (m 2 ). As capacidades dos reservatórios de armazenamento das águas pluviais para as várias áreas de coleta, em relação às litologias da Bacia Hidrográfica Urbana do Rio Belém estão indicadas nas tabelas 4 e 5. (1) (2) 35

8 CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL Tabela 4 Capacidade dos reservatórios de armazenamento das águas pluviais nas áreas da Formação Guabirotuba e dos Sedimentos Recentes da Bacia Hidrográfica Urbana do rio Belém (FENDRICH, 2002) Tabela 5 Capacidade dos reservatórios de armazenamento das águas pluviais nas áreas do Embasamento Cristalino da Bacia Hidrográfica Urbana do Rio Belém (FENDRICH, 2002) 5.3 Método de Rippl O Método de Rippl (PINTO et al., 1976), utilizado pela ABNT no Projeto de Norma de Captação e Uso Local de Águas Pluviais (2000), consiste em estimar o volume de águas pluviais através de uma seqüência de chuvas e verificar a demanda necessária de água para cada mês do ano, com o objetivo de armazenar a água da chuva para o consumo nãopotável de uma residência. No caso em questão, a aplicação do método equivale ao cálculo do máximo déficit acumulado do reservatório de águas pluviais, considerando que o mesmo reservatório inicia o período de simulação cheio. Mês a mês, são calculadas as diferenças entre o volume de chuva captado e o volume utilizado para consumo e acumuladas as diferenças negativas (retiradas de água do reservatório). As diferenças positivas são desprezadas quando o reservatório já está cheio. Para o cálculo do consumo residencial diário, CREDER (1995) estima que cada quarto social é ocupado por duas pessoas e cada quarto de serviço é ocupado por uma pessoa. A demanda de água necessária em uma residência é calculada através do número de pessoas, juntamente com o consumo per capita. Como se trata da utilização das águas pluviais para usos não-potáveis, somente serão considerados os consumos de vasos sanitários, lavagens de carro, lavagens de pisos externos e irrigação de jardins. 36

9 DÉBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER 6. APLICAÇÃO DOS MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DO RESERVA- TÓRIO A UMA RESIDÊNCIA DE ALTO PADRÃO 6.1 Critério Utilizado no Japão Para a aplicação deste critério foram utilizados os dados mensais dos índices pluviométricos de Curitiba, no período de Volume do reservatório: Área do telhado = 244,68 m 2 Coeficiente de escoamento superficial regional (Japão) = 0,1 m Da Equação (1): V= 244,68 x 0,1 = m 3 = l 6.2 Método Desenvolvido por Fendrich - Volume do reservatório: Área do telhado = 244,68 m 2 Volume unitário de reservação das águas pluviais = 0,0205 m 3 /m 2 Da Equação (2): V = 0,0205 x 244,68 = 5,0 m Método de Rippl Para a aplicação do Método de Rippl foram utilizados os dados mensais dos índices pluviométricos de Curitiba, no período de , e os valores de consumo médio de água não-potável em uma residência. Foi realizado o dimensionamento para uma residência unifamiliar de alto padrão, com 9 habitantes (quatro quartos sociais e um de serviço), onde as águas pluviais serão utilizadas exclusivamente nos vasos sanitários com consumo estimado em 60 l/hab.dia e em uma torneira externa para lavagem de carros, pisos e regar plantas. Como se trata de uma residência de alto padrão, foram considerados 2 carros, com um consumo aproximado para lavagem de cada carro de 150 l/semana, de 2 l/ dia.m 2 para a lavagem dos pisos externos com 100 m 2, e para a irrigação do jardim com 50 m 2, um consumo de 2 l/dia.m 2, segundo a Tabela 3. 37

10 CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL - Cálculo da demanda de águas pluviais para uso não-potável Lavagem de carro = 150 x 2 x 4 = 1200 l / mês Lavagem de pisos externos = 100 x 2 x 4 = 800 l / mês Irrigação de jardim = 50 x 2 x 4 = 400 l / mês Demanda na descarga do vaso sanitário = 60 x 9 x 30 = l / mês Demanda mensal = l / mês = 18.6 m 3 / mês - Volume Reservado Através do Método de Rippl, que nada mais é do que um balanço de entradas e saídas de água em um reservatório hipotético, calcula-se o volume do reservatório de armazenamento que deve ser suficiente para suprir a demanda nos períodos de carência e para isso se utilizou algumas estimativas de chuvas, a fim de analisar as diferentes capacidades de armazenamento das águas pluviais nos períodos de estiagem e períodos de ocorrência de muita chuva. As tabelas a seguir apresentam os cálculos de volume do reservatório utilizando estimativas de chuva mínima, média e máxima. Tabela 6 Capacidade do reservatório com chuva mínima (ano de 1985) (*) Volume do Reservatório = 63,74 m 3 38

11 DÉBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER Tabela 7 Capacidade do reservatório com chuva média (*) Volume do Reservatório = 1,70 m 3 Tabela 8 Capacidade do reservatório com chuva máxima (ano de 1998) (*) Volume do Reservatório = 15,16 m 3 A tabela 7 utiliza um ano fictício, construído com as chuvas médias mensais da série histórica de chuvas adotada, e a Tabela 8 utiliza um ano real (1998), com o maior total precipitado da série, apesar disto, o ano de 1998 contém valores pequenos de chuvas em maio, junho e novembro, o que resulta em um reservatório maior que o obtido com a chuva média. Analisando os resultados mostrados pelas Tabelas, percebe-se que a diferença de volumes é bastante grande, isto porque não é possível prever em qual período acontecerá um ano de estiagem ou um ano bastante chuvoso. 39

12 CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL 7. CORTES ESQUEMÁTICOS DA RESIDÊNCIA DE ALTO PADRÃO MOS- TRANDO O SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS A Figura 2 apresenta o projeto do sistema de utilização das águas pluviais na residência de alto padrão e a Figura 3 mostra um corte da residência que identifica as tubulações de águas pluviais. Figura 2 Figura 2 Projeto do sistema de utilização das águas pluviais Figura 3 Corte mostrando a tubulação de águas pluviais 8. CONCLUSÃO Avaliações feitas pela SANEPAR indicam que Curitiba pode viver uma crise de abastecimento entre 2030 e 2050 dependendo do ritmo de crescimento populacional e de degradação dos mananciais. Se algo não for feito, em pouco tempo faltará água para uma 40

13 DÉBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER parcela da população, o que resultaria em sistemas de rodízio permanente de fornecimento de água potável. Com o objetivo de reduzir o consumo de água potável em uma residência, através da utilização das águas pluviais, foram citados neste projeto alguns métodos para a determinação do volume de água da chuva a ser reservado. Os métodos abordados para encontrar o volume do reservatório de armazenamento das águas pluviais possuem diferentes enfoques, como o emprego de métodos de demanda de água constantes, o empirismo prático reinante no meio técnico, e a preocupação ambiental devido às enchentes urbanas, que tem por objetivo reter as águas pluviais nos logradouros para não sobrecarregar as redes públicas, e assim, aproveitar esta água para o uso não potável em residências, indústrias, postos de gasolina, supermercados, etc. Verifica-se que o método de Rippl, utilizado pela ABNT no Projeto de Norma para a Captação e Uso Local de Águas Pluviais (2000), não possui um parâmetro que indique qual evento de chuva utilizar para a determinação da capacidade do reservatório das águas pluviais, por isso decidiu-se aplicar várias possibilidades de chuvas, o que resultou em volumes bastante diferentes. O método de Rippl, que se preocupa exclusivamente com a redução do consumo de água potável, exige que o reservatório esteja cheio, pois é dimensionado para suprir a necessidade de água para o ano todo. O método de Fendrich foi desenvolvido para diminuir as enchentes provocadas pela impermeabilização do solo, fazendo com que cada logradouro segure a água da chuva e em conseqüência utilize-a para a redução do consumo de água potável. Neste caso, o reservatório deve estar sempre vazio para que possa receber a água da chuva, e então utilizá-la. A instalação do sistema de utilização das águas pluviais requer alguns cuidados, FENDRICH e OLIYNIK (2002) citam que as tubulações das águas pluviais devem ser utilizadas separadamente das tubulações das águas do abastecimento público, pois a conexão levaria à poluição ou diminuição da qualidade da água da cidade pelas águas pluviais. Para evitar isso, uma das medidas preventivas seria pintar a tubulação das águas pluviais, segundo FENDRICH (2002), de verde escuro, para sua fácil identificação, pois se trata de uma solução ambiental. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a colaboração e o apoio do Orientador Cláudio Marchand Krüger e aos Professores Roberto Fendrich e Selma Aparecida Cubas. 41

14 CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Captação e uso local de águas pluviais (projeto de norma). Rio de Janeiro, CREDER, H. Instalações Hidráulicas e Sanitárias. São Paulo: LTC, FENDRICH, R. Coleta, armazenamento, utilização e infiltração das águas pluviais na drenagem urbana. Curitiba, p. Tese (Doutorado) Universidade Federal do Paraná. FENDRICH, R.; OLIYNIK, R. Manual de utilização das águas pluviais: 100 maneiras práticas. Curitiba: Livraria do Chain, PINTO, N. L. de S, HOLTZ, A. C. T., MARTINS, J. A., GOMIDE, F. L. S. Hidrologia Básica. São Paulo: Edgard Blücher, TOMAZ, P. Aproveitamento de água da chuva para fins não-potáveis em áreas urbanas. Conservação da água. Guarulhos: Edição do Autor,