09 a 11 de dezembro de 2015 Auditório da Universidade UNIT Aracaju - SE

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1 09 a 11 de dezembro de 2015 Auditório da Universidade UNIT Aracaju - SE ESTIMATIVA DA ECONOMIA GERADA PELO USO DE ÁGUA PLUVIAL EM INSTITUIÇÃO DE ENSINO DE POMBAL PB Zacarias Caetano Vieira¹; Silvana Nóbrega Ribeiro²; Carlos Gomes da Silva Junior³ ¹ Professor do Instituto Federal de Sergipe, Aracaju SE, Brasil, zacariascaetano@yahoo.com.br; ²Aluna da Universidade Federal de Campina Grande, Pombal PB, Brasil, silvananobreri@hotmail.com; ³Aluno do Instituto Federal de Sergipe; Aracaju SE, Brasil, cgomes.aju@hotmail.com; Resumo Fatores como crescimento populacional, aumento da demanda para diversos usos, uso irracional, perdas nos sistemas de abastecimento e nas instalações prediais, bem como poluição de fontes abastecedoras, têm contribuído para um agravamento da crise hídrica verificada atualmente em diversas regiões brasileiras, gerando inclusive conflitos entre usuários. Frente a essa situação tem-se procurado a implantação de medidas que visem garantir a sustentabilidade hídrica das populações. Dentre essas medidas, podemos citar a utilização de águas pluviais para usos não potáveis e o uso de aparelhos ou dispositivos poupadores. Diante do exposto, o presente artigo tem por objetivos, estimar a demanda de água para usos não potáveis (uso de lavatórios e descargas de vasos sanitários), estimar a redução do consumo com a substituição das bacias sanitárias com válvulas de descarga por bacias sanitárias econômicas e a implantação de dispositivos economizadores de água nas torneiras dos lavatórios, verificar a possibilidade de atendimento dessas demandas com uso de água de chuva, dimensionar o reservatório de acumulação de água pluvial, e finalmente, estimar a economia mensal gerada na Escola Estadual Arruda Câmara localizada na cidade de Pombal interior do estado da Paraíba. Para realização desse trabalho foram utilizados: vaso sanitário econômico, que consome apenas dois litros por descarga; e o dispositivo de torneira que mantêm sempre a mesma vazão nominal de 1,8 litros por minuto. Os resultados mostram que a captação de água de chuva e o uso de tecnologias poupadores são alternativas viáveis, que geram benefícios financeiros pela redução da conta de água (valor médio mensal de R$ 931,21); e ambientais pela redução do consumo de água potável. Finalmente conclui-se que as metodologias e utilizadas neste trabalho são insuficientes para dimensionamento do reservatório de acumulação no caso analisado. Palavras-chave: captação de chuva, aparelhos poupadores, escola INTRODUÇÃO Diversas regiões brasileiras têm sofrido com a escassez hídrica, gerando inclusive conflitos entre usuários. Uma medida para atenuação desses problemas é o aproveitamento de água pluviais captadas em grandes coberturas. A água captada pelas coberturas das edificações pode ser reservada e destinada para usos não potáveis, tais como descargas de bacias sanitárias, torneiras de jardim, lavagem de roupas, de calçadas e de automóveis. Os usos para fins não-potáveis em estabelecimentos comerciais, prédios públicos, escolas, e mesmo em indústrias podem corresponder a mais de 50% do consumo [1]. A substituição das águas potáveis de sistemas de abastecimento público pelas águas pluviais, proporciona economia na tarifa mensal de água e esgotos, gerando a otimização da utilização dos mananciais de abastecimento e garantindo a sua exploração por um maior espaço de tempo [2]. Os edifícios escolares são uma fonte potencial para a implantação de sistemas prediais de aproveitamento das águas pluviais para fins não potáveis, pois geralmente apresentam grandes áreas de telhados e outras coberturas [3]. Outro aliado na conservação de água é a utilização de aparelhos poupadores, os quais são definidos como equipamentos e acessórios hidro sanitários que proporcionam, na sua utilização, uma maior eficiência hídrica quando 1

2 confrontados aos equipamentos tradicionais [4]; e que tem se mostrado um importante aliado na redução do consumo de água por produzir diminuição significativa nos volumes consumidos, independente da ação do usuário [5]. 2.0 OBJETIVOS Diante do exposto, o presente artigo tem por objetivos, estimar a demanda de água para usos não potáveis, a redução do consumo com uso de dispositivos poupadores, verificar a possibilidade de atendimento dessas demandas com uso de água de chuva, dimensionar o reservatório de água pluvial, e finalmente, estimar a economia mensal gerada na Escola Estadual Arruda Câmara localizada na cidade de Pombal PB MATERIAIS E MÉTODOS 3.1- Área de Estudo - Para realização desse trabalho utilizamos a Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Arruda Câmara localizada na margem da BR-230, bairro Jardim Rogério, cidade de Pombal no interior do Estado da Paraiba. Fig. 01. Escola Arruda Câmara [6] Metodologia - Inicialmente, estimamos a demanda mensal de água para uso não potável, especificamente para atender as bacias sanitárias e os lavatórios em todos os banheiros da escola, com base em valores médios da frequência de uso, vazão por uso e número de usuários (alunos, professores e funcionários). Posteriormente, estimamos a redução de consumo obtida pelo uso dos dispositivos poupadores e o volume médio mensal captado pelo telhado, com base em sua área e no índice pluviométrico local. Em seguida, verificamos a possibilidade de atendimento (parcial ou total) dessa demanda com água de chuva. Dimensionamos o reservatório de água pluvial utilizando cinco metodologias contidas na NBR 15527/2007 [7]; e finalmente, com base no volume de água de chuva utilizado em descargas de bacias e uso em lavatórios e na tarifa cobrada pela Companhia de Água e Esgotos da Paraíba CAGEPA, qual a economia mensal obtida Área de Cobertura - Para estimar a área de cobertura foram utilizadas ferramentas de geoprocessamento. Encontramos então uma área total de 2.598,32 m². Vale salientar que os valores obtidos se referem à projeção horizontal da cobertura, resultando em valores aproximados. Fig. 02. Área de Cobertura da Escola Arruda Câmara, Pombal PB Dados pluviométricos - Para determinarmos o volume de chuva captado pela cobertura, utilizamos a equação 01 [8] apresentada abaixo: 2

3 Q= A x C x (P I) (1) C é o coeficiente de escoamento superficial, geralmente 0,80; P é a precipitação média mensal, em milímetros (ver Tabela 01); I é a interceptação da água que molha as superfícies e perdas por evaporação, geralmente 2 mm; A é a área de coleta, em metros quadrados; Q é o volume mensal produzido pela chuva, em litros. Mês Precipitação (mm) Mês Precipitação (mm) Janeiro 76,6 Julho 13,6 Fevereiro 123,6 Agosto 8,2 Março 198,5 Setembro 2,6 Abril 156,6 Outubro 9,2 Maio 77,9 Novembro 11,5 Junho 32,6 Dezembro 21,5 Tabela 01 Precipitações médias mensais em Pombal PB [9] Dispositivos Economizadores de Água Para reduzir o consumo de água na escola, simularemos a substituição dos vasos sanitários existentes, com válvula de descarga, por vasos sanitários econômicos; e colocaremos nas torneiras dos lavatórios um dispositivo que mantém a vazão fixa. A seguir, descrevemos os aparelhos e dispositivos poupadores utilizados: a) Vaso Sanitário Econômico: A principal característica desse vaso é o consumo de apenas 2 litros de água por acionamento [10]. As características do vaso que permitem esse funcionamento são a ausência do sifão e utilização do basculante, com tubulação reta. Assim, o basculante irá despejar os dejetos diretamente na prumada do esgoto. E não há necessidade do uso de eletricidade, uma vez que tudo acontece pela própria dinâmica da água. A matéria prima utilizada em sua fabricação é o ABS, sendo resistente e de fácil instalação por pesar apenas 6,8 quilos. Fig. 03. Vaso Sanitário Econômico b) Dispositivo de Torneira: No dispositivo economizador de água na torneira, a abertura para passagem está compreendida entre o elastômero e núcleo da peça (ver Figura 04) e se auto ajusta a pressão, mantendo devido a deformação do elastômero, sempre a mesma vazão nominal de 1,8 litros por minuto [11]. Fig. 04 Dispositivo ECO Torneira [11] 3

4 3.6 - Dimensionamento do Reservatório de Armazenamento Para determinação do volume do reservatório de água pluvial a NBR indica métodos de dimensionamento. Os métodos utilizados nesse trabalho são descritos a seguir: Método de Rippl - Nesse método o volume de água que escoa pela superfície de captação é subtraído da demanda de água pluvial em um mesmo intervalo de tempo. A máxima diferença acumulada positiva é o volume do reservatório para 100% de confiança [12]. Esse método pode ser utilizado para precipitações diárias e mensais. A seguir será apresentado um roteiro simplificado do método: a) Inicialmente calculamos o volume de água captada pela cobertura, com base na área de captação, na precipitação local no intervalo temporal considerado (diário ou mensal); b) Estima-se a demanda de água não potável no mesmo intervalo de tempo considerado (dia ou mês); c) Calcula-se a diferença entre a demanda de água não potável e o volume de água pluvial captado pela cobertura; d) A maior diferença positiva acumulada será o volume do reservatório Método de Azevedo Neto - Trata-se de um método prático que visa obter o volume do reservatório através da equação abaixo, onde são necessários apenas três parâmetros: S = 0,042*P*A*T (3) S = volume do reservatório (litros); P = precipitação média anual (mm); A = área de captação (m²); T = número de meses com pouca chuva ou seco (adimensional); A NBR 15527(ABNT, 2007) não especifica como determinar o número de meses de pouca chuva. Podemos considerar como meses de pouco chuva os meses que possuem uma precipitação igual ou inferior a 80% da precipitação média mensal [13] Método Prático Alemão - Este é um método empírico, que adota como volume do reservatório de água pluvial o menor valor entre 6% do volume de demanda anual ou 6% do volume anual de água chuva captada. S = mínimo entre (V e D) x 0,06 (4) V = volume anual de água captada (litros) D = volume anual de demanda (litros) Método Prático Inglês - Neste método, o volume do reservatório é obtido pela equação empírica apresentada a seguir, que adota diretamente 5% do volume anual de água pluvial captado. P = precipitação média anual (mm) A = área de captação em projeção (m²) V = volume do reservatório (litros) V = 0,05xPxA (5) Método Prático Australiano - O volume de chuva é obtido pela equação (1). O cálculo do volume do reservatório é realizado por tentativas, até que sejam utilizados valores otimizados de confiança e volume do reservatório. Vt = Vt-1 + Qt Dt (6) Qt é o volume mensal produzido pela chuva no mês t; Vt é o volume de água que está no tanque no fim do mês t, em metros cúbicos; Vt-1 é o volume de água que está no tanque no início do mês t, em metros cúbicos; Dt é a demanda mensal, em metros cúbicos; Nota: para o primeiro mês consideramos o reservatório vazio. Quando (Vt-1 + Qt D) < 0, então o Vt = 0 O volume do tanque escolhido será em metros cúbicos 4

5 4.0 RESULTADOS E DISCUSSÔES 4.1 Número de Usuários - Em vista realizada a instituição de ensino, foram fornecidos pela direção, o número de alunos, professores e funcionários referentes ao ano letivo de 2015, contemplando os três turnos de funcionamento da escola. Temos então: a) 884 alunos, sendo 408 do sexo masculino e 478 do sexo feminino; b) 47 professores, sendo 24 do sexo masculino e 23 do feminino; c) 31 funcionários, sendo 11 do sexo masculino e 20 do feminino. 4.2 Estimativa de demanda para uso não potável. - Sendo a captação de água pluvial destinada para atendimento de usos não potáveis, consideraremos em nosso trabalho o atendimento das bacias sanitárias e dos lavatórios. Adotaremos a frequência de uso e o tempo de utilização [14] as vazões de utilização do lavatório de 0,15 l/s e da bacia sanitária 1,70 l/s [15] indicados na tabela 01. Para determinarmos o consumo diário, multiplicamos a frequência de uso pelo número de usuários e pelo consumo por uso; e para determinarmos o consumo mensal consideramos o funcionamento da escola, cinco dias por semana, ou seja, vinte dias por mês. Multiplicando o consumo diário por vinte, teremos uma estimativa do consumo mensal. Os resultados obtidos são apresentados nas Tabelas 02 e 03. Usuário Frequência (uso/dia) Tempo (s/uso) Consumo por uso Consumo diário Consumo mensal (m³) Alunos 1,98 3,54 6, ,58 97,23 Alunas 2,37 7,21 12, ,46 277,71 Professores 2,65 3,76 6, ,53 8,13 Professoras 2,60 6,80 11, ,29 13,83 Funcionários 3,25 4,14 7, ,61 5,03 Funcionárias 3,21 8,53 14, ,96 18,61 Total 420,57 Tabela 02 Estimativa do consumo de água em bacias sanitárias Usuário Frequência (uso/dia) Tempo (s/uso) Consumo por uso Consumo diário Consumo mensal (m³) Alunos 2,57 9,48 1, ,05 29,82 Alunas 3,05 8,26 1, ,34 36,13 Professores 3,47 10,24 1, ,92 2,56 Professoras 3,00 9,60 1,440 99,36 1,99 Funcionários 3,75 8,50 1,275 52,59 1,05 Funcionárias 4,24 14,61 2, ,88 3,72 Total 75,27 Tabela 03 Estimativa do consumo de água em lavatórios Vale salientar que consideramos a frequência de uso de bacias sanitárias nos banheiros masculinos como sendo a soma da frequência de uso das bacias sanitárias e dos mictórios apresentados indicados em [14] visto que a Escola Arruda Câmara não possui mictórios. 4.3 Volume de água captado pela cobertura. Utilizando a equação 01, a área de cobertura (Figura 02) e o índice pluviométrico local (Tabela 01) estimamos o volume médio mensal de água captado pela cobertura, obtendo os valores apresentados na Tabela 04, abaixo: Mês Volume captado (m³) Mês Volume captado (m³) Janeiro 155,1 Julho 24,1 Fevereiro 252,8 Agosto 12,9 Março 408,5 Setembro 1,2 Abril 321,4 Outubro 15,0 Maio 157,8 Novembro 19,7 Junho 63,2 Dezembro 40,5 Tabela 04 Volume de chuva mensal captado pela cobertura Anualmente, temos em média um volume captado de 1.398,61 m³; sendo esse valor inferior a demanda anual estimada que é de 5.950,08 m³ 5

6 4.4 Redução de consumo com uso de dispositivos poupadores Como o volume de água de chuva captado fica muito abaixo da demanda não potável estimada, deve-se procurar reduzir esse consumo. Neste trabalho simulamos a substituição das bacias e o uso de restritores de vazão nas torneiras. Com base nos dados dos fabricantes, (vazão de 0,03 l/s nas torneiras, e 2,0 litros por descarga na bacia) estimamos a nova demanda mensal, apresentada abaixo (Tabelas 05 e 06). Usuário Frequência (uso/dia) Consumo por uso Consumo diário Consumo mensal (m³) Alunos 1,98 2, ,68 32,32 Alunas 2,37 2, ,72 45,31 Professores 2,65 2,0 127,20 2,54 Professoras 2,60 2,0 121,90 2,44 Funcionários 3,25 2,0 71,50 1,43 Funcionárias 3,21 2,0 128,4 2,57 Total 86,61 Tabela 05 Estimativa do consumo de água com uso de bacias sanitárias econômicas Usuário Frequência (uso/dia) Tempo (s/uso) Consumo por uso Consumo diário Consumo mensal (m³) Alunos 2,57 9,48 0, ,79 5,96 Alunas 3,05 8,26 0, ,56 7,23 Professores 3,47 10,24 0,307 25,57 0,51 Professoras 3,00 9,60 0,288 19,87 0,40 Funcionários 3,75 8,50 0,255 10,52 0,21 Funcionárias 4,24 14,61 0,438 37,14 0,74 Total 15,05 Tabela 06 Estimativa do consumo de água em lavatórios com dispositivo de torneiras A utilização dessas tecnologias poupadoras resultou em uma nova demanda mensal de 101,66 m³, ou seja, uma demanda anual de 1.219,92 m³, podendo esta ser totalmente atendida pela água pluvial captada na cobertura da escola. 4.5 Dimensionamento do Reservatório de Água Pluvial Observamos pelos resultados obtidos, que temos dois períodos distintos; o primeiro, de janeiro a maio, no qual os volumes mensais captados são superiores a demanda estimada, e o segundo, de junho a dezembro, no qual os volumes mensais captados são inferiores a demanda. Entretanto, analisando anualmente, verificamos que o volume captado é superior a demanda, assim, basta reservar o excesso de água dos meses mais chuvosos, para utilizar nos meses com menores pluviometrias. Os resultados obtidos, com utilização das metodologias propostas pela NBR (2007), são apresentados na Tabela 07, abaixo: Metodologia utilizada Volume obtido (m³) Método de Rippl 505 Método de Azevedo Neto 559 Método Prático Alemão 73 Método Prático Inglês 95 Método Prático Australiano 787 Tabela 07 Volume do reservatório de água de chuva Fatores como, não consideração da demanda (Prático Inglês e Azevedo Neto), utilização de escala mensal ou diária (Método de Rippl), não observância do período de seca (Prático Alemão) contribuíram para as diferenças nos resultados. 4.6 Economia mensal gerada com uso de água pluvial - Para estimativa da economia mensal E, em reais, obtida pelo uso de água pluvial, utilizamos a equação 07 [16] apresentada abaixo E = V X T (07) V = volume de água de pluvial utilizada em bacias e lavatórios (m³); T = valor, em reais, da tarifa (que varia de acordo com a categoria e com o consumo de água mensal). Para o cálculo do valor da economia proporcionada pelo sistema de água de chuva, utilizamos a tarifa de água cobrada pela Companhia de Água e Esgotos da Paraíba CAGEPA [17] para edificações públicas, com consumo acima de 9 6

7 m³/mês, que é de R$ 9,16 (nove reais e dezesseis centavos) por m³ de água. Obtivemos então uma economia mensal de R$ 931, CONCLUSÕES Os altos valores de demanda, refletem o fato de terem sido adotados para a estimativa, dados obtidos em outra instituição de ensino, de outra localidade, não retratando fielmente o perfil de consumo dos estudantes do Arruda Câmara. Nos primeiros cinco meses do ano registramos altos volumes de captação de água, e atendimento total da demanda, enquanto nos setes meses seguintes esses valores caem consideravelmente, ressaltando a extrema irregularidade no regime pluviométrico local. Os valores discrepantes encontrados pela aplicação dos métodos indicados pela NBR (ABNT, 2007) e utilizados nesse trabalho mostraram que os mesmos são insuficientes para dimensionamento do reservatório de acumulação no caso analisado. O segundo semestre do ano, registra índices pluviométricos baixíssimos, necessitando que se tenha reservado do primeiro semestre um volume para atender suas demandas; tal concentração do regime de chuva é outro fator que contribuiu para os altos volumes de reservatórios obtidos. A utilização de água de chuva e uso de tecnologias poupadoras são alternativas viáveis, que geram benefícios financeiros (redução da conta de água) e ambientais (redução do consumo de água potável). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] OURIQUES, Rafael Zini et al. APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE CHUVA EM ESCOLA MUNICIPAL DE SANTA MARIA-RS. Revista Disciplinarum Scientia: Série: Ciências Naturais e Tecnológicas, Santa Maria, v. 1, n. 6, p.1-10, [2] FENDRICH, R. Coleta, armazenamento, utilização e infiltração das águas pluviais na drenagem urbana, Tese (Doutorado em Geologia Ambiental). Universidade Federal do Paraná, Paraná, [3] SCHERER, F. A. Uso racional da água em escolas públicas: diretrizes para secretarias de educação f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, [4] HAFNER, A. V. Conservação e Reúso de Água em Edificações experiências nacionais e internacionais. Dissertação em Engenharia Civil Universidade Federal do Rio de Janeiro, 161p [5] MACHADO, E. C. M. N.; SANTOS, S. F. M. Uso eficiente de água em residências: Teoria e aplicações. In: José Dantas Neto. (Org.). Uso Eficiente da Água: aspectos teóricos e práticos, 2008, p [6] ARRUDA CÂMARA. Disponível em: < Acesso em: 18 jul [7] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15527: aproveitamento de água de chuva de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis. Rio de Janeiro, [8] TOMAZ, P. (2003) Aproveitamento de Água de Chuva. São Paulo: Navegar, 500 P. [9] QUEIROZ, M. M. F.; FARIAS, C. A. S. Potencial de aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis no campus da UFCG em Pombal PB. Revista Verde de Agroecologia e Desenvolvimento Sustentável, Mossoró, v. 8, n. 1, p , Disponível em: < Acesso em: 19 jul [10] LOPES, L. Vaso sanitário economiza até 70% de água Disponível em: Acesso em: 13/08/2015 [11] DRACO - Automação de Sanitários. Economia de Água na Torneira Disponível em: Acesso em: 13/08/2015 [12] SCHILLER E.; LATHAM, B. Computerized methods in optimizing rainwater catchment systems. In: INTERNATIONAL INTERNATIONA Honolulu, States. L CONFERENCE ON RAINWATER CISTERN SYSTEMS, 1st, 1982, Honolulu United States Procedings... Honolulu: IRCSA, [13] RUPP, Ricardo Formagiarini; MUNARIM, Ulisses and GHISI, Enedir. Comparação de métodos para dimensionamento de reservatórios de água pluvial. Ambient. constr. [online]. 2011, vol.11, n.4, pp ISSN [14] MARINOSKI, A. K.; GHISI, E. Aproveitamento de água pluvial para usos não potáveis em instituição de ensino: estudo de caso em Florianópolis SC. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 8, n. 2, p , abr./jun [15] CARVALHO JÚNIOR, Roberto de. Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura. 5ª 201 Ed revista e ampliada. São Paulo, Blucher, p. [16] ALENCAR, A, C, M, G, de et al. SISTEMA PARA APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL EM DESCARGAS DE VASOS SANITÁRIOS. Revista Ciências do Ambiente On-line, Campinas - SP, v. 8, n. 2, p , out [17] Companhia de Água e Esgotos da Paraíba CAGEPA. Estrutura Tarifária Disponível em: < Acesso em: 19 jul