APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA EM EDIFICAÇÕES: REFLEXÕES E NECESSIDADES

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1 CAPTAÇÃO E MANEJO DE ÁGUA DE CHUVA PARA SUSTENTABILIDADE DE ÁREAS RURAIS E URBANAS TECNOLOGIAS E CONSTRUÇÃO DA CIDADANIA TERESINA, PI, DE 11 A 14 DE JULHO DE 2005 APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA EM EDIFICAÇÕES: REFLEXÕES E NECESSIDADES Omar Ayub (1), Silvia R. S. S. Castro, Guilherme A. O. Rebello, Luciano Zanella, Wolney C. Alves, Ricardo B. Marques (1) Caixa Postal 0141, CEP São Paulo SP, omarayub@ig.com.br RESUMO O grupo de pesquisa de aproveitamento de água de chuva do IPT tem, como um de seus vários objetivos, o desenvolvimento: de metodologia para reservação, de ferramentas de análise econômica do sistema e de soluções de captação, reservação, tratamento e manutenção da qualidade da água de chuva. São necessários tais estudos, abordando viabilidade econômica, custos de implantação e de manutenção do sistema e da qualidade da água, entre outros, para que seja o sistema se mostre viável para empreendedores, financiadores e usuários em meio urbano. Este conjunto de linhas de pesquisa se insere nos modernos conceitos de gestão integrada da água urbana. Palavras-chave: Água pluvial, meio urbano, modelagem de reservação, análise benefício/custo. INTRODUÇÃO Uma das contribuições à sustentabilidade ambiental das edificações é a conservação da água, em que uma das possibilidades é o aproveitamento de água de chuva, que tem seu uso retomado nas edificações urbanas, apresentando vantagens coletivas e individuais tais como: contribuição para o amortecimento das enchentes urbanas devido à redução das vazões de pico afluente às galerias de águas pluviais e a diminuição do consumo de água potável do sistema público, que resulta em uma queda nas despesa rotineiras do usuário final pela substituição de parte da água potável pelas de águas pluviais. Até meados do século passado, o emprego de métodos para captar, armazenar e utilizar a água de chuva era bastante comum, especialmente pelas populações rurais que levaram suas técnicas para 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 1

2 as cidades, quando do chamado êxodo rural. Com a melhoria do abastecimento das edificações através da rede pública e, dado à abundância de água disponibilizada e de boa qualidade, o costume de se armazenar água de chuva caiu em desuso e, afinal, no esquecimento. A emergência da temática conservacionista em torno da água como bem vital e escasso, no entanto, recoloca o tema de forma inadiável (ALVES e ZANELLA, 2004). Em virtude da constatação que a água é um bem finito, atualmente já se reiniciou a prática da coleta, reservação e utilização de água de chuva, nos centros urbanos, para usos que não exigem a água potável, como a limpeza de pisos, alimentação de vasos sanitários, lavagem de roupas e de pátios, rega de jardins e reserva de incêndio. Pode ser explorado ainda o uso em piscinas, desde que estas tenham tratamento de água adequado. Na indústria, a estes usos podem acrescentar-se: a utilização em caldeiras, torres de resfriamento e lavagem de peças e equipamentos. Algumas cidades, como São Paulo e Porto Alegre, possuem leis que regulamentam a construção de reservatórios de acumulação de água de chuva, visando exclusivamente ao amortecimento das enchentes. Elas não orientam quanto ao aproveitamento da água acumulada. A lei paulistana, por exemplo, (Lei /02) define o volume do reservatório exclusivamente em função da área impermeabilizada e orienta que a água seja infiltrada no solo (preferencialmente), despejada na rede pública uma hora após a chuva ou utilizada para finalidades não potáveis, para o quê não fornece qualquer orientação. Um aperfeiçoamento da lei seria propor a execução de um sistema conforme uma norma técnica de sistemas de aproveitamento de águas pluviais, uma fronteira de pesquisa tecnológica a ser desenvolvida. Na periferia de São Paulo, soluções simples como a de se interligar várias caixas d água abertas para captar a água de chuva para uso posterior tem sido bastante utilizadas, porém com prejuízo do espaço de lazer (quintal), problemas de proliferação de doenças epidêmicas (dengue) e do aproveitamento pouco produtivo da água assim captada, além de uma provável contaminação dessa água por deficiências na coleta e armazenagem. Edifícios residenciais antigos vêm incorporando sistemas de reservação de água de chuva, que é aproveitada em serviços já citados. Nas edificações novas, o aproveitamento das águas pluviais deve ser previsto desde o projeto de forma a contemplar sistemas separados e seguros de uso da água de chuva e da água potável. 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 2

3 O aproveitamento da água de chuva vem sendo praticado baseando-se, na maioria dos casos, apenas em técnicas empíricas de coleta e armazenamento, portanto sem embasamento científico. Vários pesquisadores vêm estudando soluções tecnológicas de aperfeiçoamento dos sistemas de captação, armazenagem e distribuição da água de chuva para consumo nas várias atividades do ser humano de modo bastante objetivo, incrementando os processos de captação e armazenagem utilizados pelos nossos antecessores. RESERVAÇÃO Atualmente, a variável que mais pesa no custo de implantação do sistema é o reservatório, notadamente o inferior, já que a idéia básica é a de que quanto mais água de chuva se armazenar melhor será para o usuário do sistema. Porém tal conceito pode inviabilizar a implantação do sistema já que a aquisição ou construção de reservatórios de grandes proporções, na maioria das vezes com capacidade ociosa, acarretará, além de um custo significativo, senão proibitivo, um problema de espaço físico para sua implantação. O dimensionamento da reservação de água é condicionado basicamente por dois grupos de fatores: os referentes à disponibilidade de água e os relativos ao consumo. A reservação é provavelmente o item de maior peso no custo do sistema, merecendo, portanto, especial atenção A disponibilidade de água pode ser modelada a partir das características de precipitação local e das características da superfície de captação. Onde há a existência de dados sobre precipitação e a hidráulica do escoamento nos condutores horizontais e verticais já está plenamente estabelecida, essa parte do estudo pode ser desenvolvida a partir de elementos teóricos já conhecidos e não propõe, em curto prazo, desafios experimentais. Ao contrário, o estudo do consumo de água apresenta desafios intelectuais e experimentais maiores. Algumas questões se colocam aqui: Para quais usos pretende-se ou se aceita aproveitar as águas pluviais em meio urbano. Pode-se dividir o uso de água em duas classes, em que se envolvem as questões a seguir: I - instalações prediais ou utilidades única categoria presente nas edificações residenciais neste subconjunto encontram-se os usos já mencionados, sendo necessário realizar uma solução de compromisso entre a qualidade exigida para utilização em cada 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 3

4 um dos usos, as características da água coletada e o tipo de operação que se pretende implementar, já que, à medida que se tornam mais complexas, a atenção dispensada às mesmas aumenta, sendo mister identificar o que é factível para o usuário e; II - instalações de processo estão presentes em plantas industriais e podem comparecer também em prestadores de serviço que utilizem água como insumo. Entretanto, quando se possui uma significativa área de coleta, pode se tornar interessante realizar o aproveitamento visando o uso no processo, além dos já mencionados. Cabe aqui lembrar que nas plantas em que sejam realizados processos com intenso uso e descarte de água, em que haja necessidade de realizar tratamento de efluentes para atender à legislação que regulamenta o seu descarte, é quase natural considerar o aproveitamento de água de chuva para fornecer a vazão de reposição (reposição da água perdida no processo, por exemplo, por evaporação) ou para acomodar os picos de consumo. A qualidade da água coletada. Esta é uma questão que já tem sido pesquisada, sabendo-se que, a despeito da acidez natural das chuvas, este fator não chega a ser significativo nas águas coletadas. Mais importante é a qualidade bacteriológica da água, havendo sido constatada a presença de diversos patógenos, o que implica a necessidade de realizar a desinfecção para proteger o usuário que entre em contato com a água (REBELLO, 2004); Os valores de consumo de água. Pretende-se identificar as relações entre as disponibilidades físicas de água e o consumo provável, identificar a possibilidade de utilizar águas pluviais nos processos produtivos e produzir um modelo matemático que permita orientar o cálculo da reservação de água de chuva em edificações. MODELAGEM Para que se possa estudar um método que viabilize técnica e economicamente a implantação de um sistema de captação de água de chuva é necessário verificar quais as variáveis que interferem nesta implantação e suas relações com ele, ou seja criar uma modelagem de captação, reservação e distribuição da água de chuva. A disponibilidade de água pluvial (V ap ) é função da extensão do período chuvoso (e), da precipitação (i), da área de captação (A) e da duração da precipitação (t). O volume de reservação disponível pelo lado da oferta (V ro ) será função da disponibilidade (V ap ) e da parcela aproveitável 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 4

5 (p a ) que, por sua vez, é função da qualidade física e bacteriológica da água e para a qual ainda não foi estabelecido qualquer equacionamento, constituindo fronteira de pesquisa (Equação 1): V ro = f(e, p a, i, A, t) (1) O volume de água consumido (V ac ) é função da vazão consumida (Q) e do tempo de utilização (t u ) das peças servidas pela água pluvial reservada ao longo de um intervalo de tempo (T) em que é viável reservar a água de forma a que ela se mantenha com características que permitam o seu aproveitamento (Equação 2). Considera-se que o tratamento deva ser simples, do tipo sedimentação, filtração e desinfecção buscam-se sistemas onde sejam desnecessárias as operações químicas, biológicas ou físicas que demandem controle por parte do usuário leigo. V ac = f (Q, t u,t) (2) Assim, o volume de reservação (V r ) será o menor valor entre V ro e V ac (Equação 3): V r = min {V ro e V ac } (3) Conforme avançam os estudos novos parâmetros poderão se mostrar de interesse ou outros poderão sinalizar como de pequena importância na modelagem das equações 1, 2 e 3, sendo este um dos desafios técnicos a ser vencido. ANÁLISE DE CUSTO/BENEFÍCIO Considerando um sistema de aproveitamento de água de chuva como uma obra dentro de um empreendimento é de vital importância que o estudo custo/benefício mostre a viabilidade de sua execução. Por empreendimento pode-se adotar a definição de Giamusso (1991): Empreendimento é a designação genérica de qualquer atividade que implica um custo, uma data de início e um prazo para realização e obra, segundo o mesmo autor, é um caso particular de empreendimento entendida como o conjunto de atividades necessárias para a execução de uma construção, cumpridas de acordo com um plano ou projeto Custos Segundo Tomaz (2001): Custo de investimento refere-se ao custo da solução adotada e é diretamente proporcional à quantidade de serviços necessários à realização do empreendimento. Já os custos de operação/manutenção referem-se às despesas efetivadas e disponibilizadas para 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 5

6 execução de reparos, limpeza, inspeções periódicas e revisões, necessários ao bom funcionamento do equipamento durante sua vida útil. Benefícios Os benefícios podem ser tangíveis e intangíveis sendo que os últimos não são passíveis de uma avaliação monetária (por exemplo, os benefícios alcançados através de uma conservação ambiental adequada ao meio). (TOMAZ 2001) Segundo Tomaz (2001) pode-se estudar a relação benefício/custo através da sua maximização. O custo de implantação (C i ), em uma primeira e mais superficial análise é proporcional: ao volume de reservação (V r ); à quantidade ou comprimento total das calhas (C a ), condutores (C o ), e tubulação (C t ); à quantidade de dispositivos (singularidades) usados para filtrar e limpar a água captada (ralos, filtros entre outros) (C s ); ao incremento de dispositivos que impeçam a contaminação da água tratada pela água de chuva; à área de captação (A), à oferta de chuva índice pluviométrico (i); à demanda de água (D a ); à instalação de dispositivos de recalque bombas de recalque (B o ) entre outros (Equação 4). C i = f(v r ; C a ; C o ; C t ; C s ; A; i; D a ; B o ;...) (4) É importante observar que cada item descrito acima contribui em maior ou menor grau para aumentar ou diminuir o custo de implantação do sistema de captação de água de chuva. Pode-se considerar como um primeiro modelo para análise, onde o numerador da equação 5 pode ser expresso como sendo a multiplicação de duas matrizes, a das variáveis e a dos pesos ou custos: [v] x [p], sendo a primeira matriz composta de uma linha e n colunas e a segunda matriz de n linhas e uma coluna (Giamusso 1991) (Equação 5). C i = (v 1 p 1 +v 2 p 2 +v 3 p 3 + +v n p n )/(p 1 +p 2 +p 3 + +p n ) (5) Onde: C i custo de implantação; P i peso ou custo associado à variável i; V i Variável do sistema Ou seja (Equação 6): 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 6

7 C i = Σv i p i /Σp i (6) O estudo pode ser feito em função de uma ou mais variáveis, para uma determinada região (fixando-se o índice pluviométrico). Variando-se o parâmetro que se deseja estudar e fixando-se os demais, pode-se verificar, para cada caso, a viabilidade ou não de se implantar um sistema de captação de águas de chuva. Em relação aos pesos dados para cada variável, estes deverão retratar quais as variáveis prioritárias, quais as de maior influência, quais as que devem ser desconsideradas no estudo feito, entre outros. Além do quê pode-se criar uma família de curvas em função de cada uma das variáveis e umas em função das outras de tal modo que se possibilite descobrir o ponto a partir do qual o custo de implantação do sistema é viável (LIMMER 1996) ou a região de um polígono onde isso seja passível de ser aplicado (CONVERSE 1977). Definido o ponto ou a região onde o custo é viável de ser absorvido pelos usuários, tem-se a possibilidade de implantar o sistema de aproveitamento de água de chuva, baseado em critérios técnico-econômicos. CONCLUSÕES A captação de águas pluviais em grandes centros urbanos está primeiramente ligada à redução dos picos de enchentes, pelo armazenamento de parte da água. A utilização dessa água depende primordialmente da consciência ecológica dos usuários. Embora os sistemas existentes em muitos casos tenham representado um investimento inicial relativamente alto, acessível somente às populações de maior renda e aos grandes empreendedores industriais, comerciais e de serviços, é muito provável que a consideração conjunta dos ganhos ao longo da operação dos sistemas de aproveitamento, apresentem relação custo-benefício positiva para esses usuários, bem como para usuários de menor poder aquisitivo. O desenvolvimento de uma correta metodologia de projeto para sistemas de captação e aproveitamento de águas pluviais, entre outros aspectos, deverá elucidar as questões do dimensionamento do sistema de coleta e reservação de água, condicionado principalmente por dois grupos de fatores: os referentes à disponibilidade de água (qualidade e quantidade) e os relativos ao consumo. 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 7

8 Para o aproveitamento de água de chuva pela população em geral o custo da instalação tem importância vital, já que os agentes financeiros ainda se mostram reticentes em aceitar e financiar este acréscimo no custo final da construção, oriundos da implantação do sistema; alteração de projetos consagrados e da manutenção por parte dos futuros usuários. A análise custo/benefício associada à modelagem de reservação deve ser usada de forma criteriosa para se apurar os custos e benefícios do processo de maneira sensata evitando interpretações dúbias ou equivocadas. O incremento e utilização de novas tecnologias e estudos, notadamente referentes ao sistema de aproveitamento de água de chuva, que incorporem melhorias técnicas e econômicas, que promovam a inclusão social e mudanças positivas nos hábitos de consumo de pessoas deve ser analisado pelos órgãos públicos, fornecedores de serviço, técnicos e agentes financiadores de modo a viabilizar a utilização destas tecnologias. BIBLIOGRAFIA 1. ALVES, W. et ZANELLA, L. Conservação e Tratamento de Água., São Paulo, IPT, 2004 (Apostila do Curso de Mestrado em Tecnologia Ambiental). 2. LIMMER, C. V. (1996) Planejamento, orçamento e controle de projetos e obras. Rio de Janeiro: LTC Livros Técnicos e Científicos Editora S.A, 225p. 3. GIAMUSSO, S. E. (1991) - Orçamento e custo na construção civil. São Paulo Pini,181p 4. CONVERSE, A. O. (1997) - Otimização. São Paulo. Ed. da Universidade de São Paulo, 262p. 5. TOMAZ, P. (2001) - Aproveitamento de água de chuva para fins não potáveis em áreas urbanas cap. 9 não publicado. Notas fornecidas pelo autor. p. 137 à REBELLO, Guilherme A. O. (2003) - Conservação de Água em Edificações: Estudo das Características de Qualidade da Água Pluvial Aproveitada em Instalações Prediais Residenciais Dissertação de mestrado, IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, 97p. 7. Prefeitura Municipal de São Paulo Lei Nº de 04/01/2002 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 8