PROJETO DE SISTEMA DE CAPTAÇÃO E DE REUSO DE ÁGUA DE PRECIPITAÇÃO ATMOSFÉRICA COMO FERRAMENTA DE INTEGRAÇÃO DISCIPLINAR

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1 PROJETO DE SISTEMA DE CAPTAÇÃO E DE REUSO DE ÁGUA DE PRECIPITAÇÃO ATMOSFÉRICA COMO FERRAMENTA DE INTEGRAÇÃO DISCIPLINAR Maria do Carmo Vara Lopes Orsi Resumo: A discussão acerca da viabilidade técnica, econômica e ambiental do reuso da água servida e do aproveitamento das águas pluviais, em áreas onde o consumo constitui-se, em uma grande parte, para fins não potáveis, tem se tornado uma preocupação constante, gerando um grande interesse técnico e científico em desenvolver, ou até melhorar, as técnicas e tecnologias existentes. O presente trabalho teve como objetivo dimensionar o sistema de captação, armazenagem e uso de água de chuva, utilizando como área de coleta o telhado da Fatec de Tatuí. Os estudos iniciais demonstraram a viabilidade do sistema através de três fatores básicos, o volume de precipitação existente no local, o sistema de coleta que propicia seu uso com o menor número de intervenções, e a demanda de água utilizada para manutenção e abastecimento hidro sanitária. Após analisar os dados da precipitação pluvial dos últimos 48 anos, propõe-se captar as águas pluviais a serem armazenadas em uma cisterna, onde será realizada sua desinfecção, análise da qualidade e volume disponível para abastecimento do reservatório superior. O abastecimento será realizado através da cisterna, controlado por meio de CLP, incluindo o controle de falhas do processo. Através deste estudo buscou-se ampliar o processo educativo e de mobilização social, visando expandir a compreensão e a prática desta técnica. Possibilitará reproduzir o sistema em outras unidades de ensino, visando através desta estrutura unir tecnologia a sustentabilidade, utilizando como estratégia a multidisciplinaridade, levando as discussões para as salas de aula em diferentes disciplinas. O projeto estimulou o desenvolvimento de profissionais responsáveis sócio e ambientalmente, tornando os discentes e professores multiplicadores na questão do respeito ao meio ambiente e da conservação dos recursos hídricos, fomentando o desenvolvimento tecnológico responsável. Palavras-chave: Recursos hídricos; sustentabilidade, automatização 1. INTRODUÇÃO A água se constitui, na última década, no fator limitante para o desenvolvimento agrícola, urbano e industrial e, sua escassez, não pode mais ser considerada como atributo exclusivo de regiões áridas e semiáridas. Tal afirmação pode ser comprovada no Relatório de Situação, divulgado em 2012, do Comitê da Bacia Hidrográfica dos Rios Sorocaba e Médio Tietê, CBH-SMT (CBH-SMT, 2013), onde constata-se que a demanda per capta atual apresenta uma correlação inversa às disponibilidades superficiais dos recursos hídricos.

2 Essa situação vem a constituir um alerta sobre o risco de colapsar a economia regional, passando também por uma questão de sobrevivência, a médio e longo prazo. O relatório realiza um comparativo entre a disponibilidade superficial per capita de água e o crescimento da população na região abrangida pela UGRHI 10, decorrendo entre os anos de 2007 a Neste período a população alcançou um crescimento em torno de 9,5%, alçando de milhões em 2007 para, aproximadamente, milhões de pessoas em A disponibilidade hídrica sofreu o processo inverso, um declínio em torno de 6,1%. Em 2007 a disponibilidade superficial foi mensurada em m³/hab.ano e, em 2011, o montante ficou em m³/hab.ano. No mesmo período a disponibilidade subterrânea per capita também sofreu um declínio, em 2007 contabilizava 305 m³/hab.ano, após cinco anos o montante foi de 286 m³/hab.ano, uma redução de aproximadamente 6,2%. Existe um grande descaso com a conservação e manutenção dos grandes conservatórios de águas superficiais, outro agravante é grande impermeabilização do solo, gerada pelos centros urbanos, o que leva a uma diminuição significativa de disponibilidade dos recursos hídricos subterrâneos. Apesar dos indicadores sinalizarem que este recurso se encontra cada vez mais escasso, a demanda por consumo de água potável ou em boas condições de uso encontra-se em ascensão, gerando a necessidade de grandes investimentos em infraestruturas de captação, tratamento e distribuição. As mudanças climáticas geram períodos mais chuvosos e estiagens mais prolongadas. De acordo com o trabalho sobre os Estudos Climáticos Como Subsídio à Política Municipal de Desenvolvimento do Município De Tatuí (SP) (MOCHIZUKI, 2006), publicado na revista de geografia da UNESP, em 2006, foram observados os parâmetros hídricos locais. Os dados foram fornecidos pelo IAC - Instituto Agronômico de Campinas, com uma série temporal de 48 anos (1955 a 1962 e 1964 a 2003), considerando principalmente a variabilidade e a tendência local. Constatou-se que os totais anuais atingem média de 1.271,7 mm, podendo alcançar até 1.885,1 mm, como ocorreu em 1983, conforme influencias de variações climáticas temporais. As variações extremas podem estar relacionadas ao fenômeno de El Niño, como ocorrido entre os anos de 1982 e 1983, que propiciou altos índices de precipitação, ou como o ocorrido nos anos de 1981, 1985 e 1994, onde as médias de precipitação não atingiram 950 mm, sendo o ano de 1994 o mais seco, com 901,6mm anuais. Vinte e sete anos, dos utilizados para análise, registraram 2

3 precipitação abaixo da média, sendo que treze desses anos concentraram-se nas décadas de 60 e 70. A variação do índice pluviométrico para o período de 48 anos é pequena, com baixo coeficiente de alteração, em torno de 18%. Na cidade de Tatuí os meses que vão de outubro a março correspondem ao período de maior concentração de precipitações, reunindo cerca de 73,7% das ocorrências anuais. De dezembro a fevereiro são registrados, em média, 556,8 mm o que corresponde a, aproximadamente, 43,8% deste percentual. Considerando a média das precipitações, ocorridas durante o período de um ano, o índice pluviométrico fica em torno de 106 mm. Embora em um primeiro momento a operação de um sistema de captação de água de chuva aparente ser simples, a frequência e intensidade da precipitação pluviométrica não acompanham a linearidade da demanda. Gribbin (2009) conceitua que a chuva é um fenômeno cíclico caracterizado pela quantidade de água fornecida em cada evento (intensidade) e sua periodicidade (frequência). Essas informações são fundamentais para o dimensionamento do reservatório que compõe o sistema, uma vez conhecidas as características dos eventos pluviométricos, para dimensionamento do sistema é necessária a quantificação da demanda. O processo de captação de água da chuva é bastante antigo e difundido. O seu mecanismo consiste na disponibilidade de uma área de captação, dispositivos de remoção de impurezas, o reservatório, um sistema de tratamento de água e, por fim, um sistema de distribuição para seu uso final. O tratamento da água de chuva varia de acordo com a qualidade da água coletada e de seu uso final. A captação de água para fins não potáveis não exige amplos cuidados de purificação. Para um tratamento simples, podem-se usar processos de sedimentação natural, filtração simples e cloração (TOMAZ, 2005). Para Tomaz (2003), os dispositivos de eliminação das águas iniciais podem ser de operação manual ou automática. A eliminação de primeiras chuvas antes de seu armazenamento nos Reservatórios de Água pluviais, utilizando-se de instrumentos como o Pass By, dentre outros, tem por finalidade o descarte das águas iniciais, que carregam poluentes da atmosfera e sujeiras depositadas nos telhados e calhas, a fim de promover uma melhor qualidade da água. A possibilidade de descarte pode variar de 0,8 a 1,5 mm das águas iniciais. Essas oscilações, nos valores das literaturas, ocorrem pela peculiaridade do uso pretendido e de 3

4 acordo com os locais de captação. Quanto mais água se descarta nos primeiros minutos maior a qualidade da água armazenada. Nos estudos realizados por Annecchini (2005) foram considerados três indicadores, avaliando descartes correspondentes a 0,5mm, 1,0mm, e 1,5mm das águas iniciais, mensurando o ganho na qualidade entre as amostras, estimando a concentração de Sólido Suspenso Total (SST), Sólido Dissolvido Total (SDT) e Sólido Total (ST). Tomando como parâmetro inicial os dados obtidos com o descarte de 0,5 mm, ao aumentar o volume de descarte para 1,0 mm, ocorreu uma redução dos sólidos nos três parâmetros em torno de 70%. Ao comparar o descarte de 1,0 mm de chuva com o de 1,5 mm, a variação não foi tão linear, nos SST a redução foi em torno de 62%, porém nos SDT a redução alcançou por volta de 6,5% e nos ST um percentual aproximado de 18,5%, os dois últimos indicativos não sofrem grandes variações. Analisando parâmetros de Demanda Bioquímica de oxigênio (DBO), Demanda Química de Oxigênio (DQO), cloretos, sulfato e coliformes totais (CT), presentes no relatório, constatou-se que a alteração da qualidade da água segue percentuais parecidos, sendo mais representativa quando se altera o descarte de 0,5mm para 1,0mm, porém os percentuais são muito menores quando se aumenta para 1,5mm o volume de descarte. Desta forma para o presente projeto o parâmetro de descarte ficou estabelecido em 1,0mm, conforme será caracterizado a seguir. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Os estudos dos índices considerando a quantidade, a intensidade e a frequência das precipitações locais, agregado a dimensão da cobertura do prédio, objeto da proposta de captação, mostraram-se fatores favoráveis a locação de um sistema de captação de água de chuva para uso em fins menos nobres. A drenagem possui duas redes, as águas de chuva do telhado e as do escoamento de piso, que se unem através das bocas de lobo, propiciando a obtenção de um recurso de melhor qualidade. Este atributo, agregado a algumas melhorias técnicas, possibilita a interligação da drenagem da cobertura ao sistema de armazenagem, inserindo caixas de passagem que serão integradas as bocas de lobo, visando seu aproveitamento para o descarte do excedente. Nas tubulações existentes serão instalados os sensores de controle de fluxo, responsáveis pelo início dos comandos de controle do armazenamento. 4

5 Ao considerar levantamentos de vasão de sanitários em edificações públicas, como escolas, universidades, entre outros, constatou-se que o volume de água utilizado para este fim regula em torno de 65% do consumo da instituição. (GHISI; MARINOSKI, 2008). Inicialmente foi avaliado o consumo mensal com água potável na unidade de ensino que, apresentou no ano de 2014, um consumo médio mensal de 210 m³. Considerando o índice estimado, deduz-se que, do consumo mensal cerca de 136,5 m³ são destinados aos aparelhos sanitários. Os cálculos para coleta de águas pluviais seguirão os métodos da norma ABNT NBR 10844:1989 Instalações Prediais de Águas Pluviais. A cobertura é de telha termo acústica metálica, o que propicia uma superfície com uma menor sobreposição de telhas, e redução as emendas, favorecendo uma menor retenção de impurezas e, por consequência, menor contaminação das águas pluviais. Possui oito vãos de igual correspondência em dimensões e inclinação, considerando a influência do vento na captação das águas e os incrementos de inclinação e fechamento dos telhados, a área de contribuição corresponde a 3.183,26 m². Para determinar a vasão do projeto, foram considerados os dados apresentados nos estudos climáticos que serviram de subsídio à Política Municipal de Desenvolvimento do Município de Tatuí (MOCHIZUKI, 2006). Deste foram estabelecidos os índices de precipitação pluviométrica, considerando o valor médio, o menor indicativo e o maior índice registrado. Considerando que, além dos vasos sanitários, o abastecimento com água de reuso poderia atender aos mictórios e as torneiras de manutenção, estipulou-se que da média de consumo mensal de água de 210m³/mês, aproximadamente 80% seria para uma demanda por água de menor qualidade. Considerando que o índice de precipitação pluviométrica médio é de 106 mm de intensidade, com um cálculo de vazão de Q = 5.623,76 L/min, é possível abastecer uma cisterna com capacidade de 168m³ em aproximadamente 30 minutos de precipitação constante. Como o menor registro mensal de precipitação pluviométrica do Município, de 35,8 mm, a vazão do projeto passaria a Q = 1.899,35 L/min, sendo necessário por volta de 1h 30 minutos de chuva ininterrupta para o abastecimento. Avaliando janeiro como o mês mais 5

6 chuvoso registrado, alcançando em média 207,6 mm, a vazão passaria a Q = ,08 L/min, e o abastecimento ocorreria em aproximadamente 15 minutos de chuva constante. O reservatório de águas pluviais é separado do armazenamento da água potável. Será subterrâneo, em alvenaria, impermeabilizado, posicionado entre as tubulações de descarte das águas pluviais da cobertura. O local deverá ser fechado para evitar contaminações externas; como infraestrutura básica deverá contar com poço de inspeção, tubo de ventilação, dispositivo para limpeza e um tubo de descarga, ressaltando a importância de preservar o local da incidência de luz e de calor o que retarda a ação de microrganismos. (GONÇALVEZ, 2001). Sua capacidade de armazenamento corresponde a 200m³ de água, nas dimensões 7,00x15,00x2,20ml, a profundidade útil a ser ocupada pela água corresponde à 1,90 ml, a diferença será ocupada pelas tubulações de abastecimento e a válvula ladrão. A quantidade de chuva a ser descartada será de 1mm/m², exultando em uma perda correspondente a 3.183,26 m³ de chuvas iniciais. A base do reservatório será inclinada para retirada total da água, visando a remoção de eventuais particulados decantados no fundo do tanque. A remoção utilizará uma Bomba Submersível para Água Pluviais, seu acionamento será realizado pelo painel de controle instalado ao lado da cisterna. Após contextualizar os parâmetros construtivos, junto aos docentes e discentes, foram estabelecidos os parâmetros de automação. O diagrama da Figura 1 caracteriza a estrutura de funcionamento do sistema proposto de captação e abastecimento de água de chuva para a FATEC Tatuí. 6

7 Figura 1: Diagrama de Instrumentação O CLP através de sua programação comandará e monitorará todo o sistema. O Fluxostato detectará a presença de água na tubulação, o acionamento para armazenamento ocorrerá com chuvas de volume superior a 35,8mm. A marcação do tempo de descarte das primeiras águas será realizada pelos temporizadores, que, através do CLP, determinará o comando de abertura das válvulas de abastecimento e fechamento da válvula de Drenagem. A cisterna possuirá duas Chaves de nível tipo boia, responsáveis pelo controle do nível máximo e mínimo. A chave de nível que indica o nível máximo, controlará o fechamento das válvulas responsáveis pelo abastecimento da cisterna, sinalizando quando o reservatório alcançou sua capacidade máxima. A chave responsável pelo controle do nível mínimo emitirá, toda vez que o reservatório estiver com nível insuficiente para o abastecimento, o comando de desligamento do sistema de recalque que abastece o reservatório superior. O Ladrão da cisterna será acionado em caso de falha, é uma válvula unidirecional de retenção com sentido único de fluxo, onde sua abertura ocorre pela existência de pressão interna, não controlada pelo sistema. O phmetro será responsável pela medição do ph da água. Através da inserção de uma sonda de imersão, um eletrodo gerará um sinal acusando alterações para ácido ou alcalino. 7

8 Através do CLP será emitido o comando para o dosador inserir uma carga do produto corretivo dentro do reservatório, conforme tabelas estabelecidas pelos fabricantes. O número de análises a ser realizada na semana será controlado por um temporizador. Um filtro flutuante será instalado antes da bomba, visando a melhoria da qualidade da água e a redução do número de partículas suspensas, que podem estar presentes no momento da captação da água da cisterna. A eficiência de retenção deve ser de pelo menos 85% das partículas de 25 micra. A bomba de recalque será controlada pela Chave de nível tipo boia, instalada dentro do reservatório superior, ao reduzir o nível interno será emitido um sinal elétrico, que acionará a bomba, esta será desligada ao se reestabelecer o nível máximo. A aplicação de ozônio para a desinfecção de efluentes tem se mostrado eficiente. Segundo Bilotta (2002), por ser fortemente oxidante, a molécula de ozônio tem habilidade para reagir prontamente em grande variedade de grupos funcionais orgânicos e organometálicos. Sua presença pode remover substâncias responsáveis pela cor, gosto e odor, além de microrganismos resistentes a outras técnicas de desinfecção. Sua aplicação deve-se ao eventual manuseio da água na manutenção predial ou higienização dos sanitários, quando há previsão de contato com a pele humana torna-se necessário tratamentos diferenciados. 3. RESULTADOS Com base nos dados, foi estimada uma economia de água potável de, aproximadamente, 135m³ por mês, considerando apenas o consumo dos vasos sanitários, podendo alcançar 168m³, se considerados os mictórios e as torneiras de manutenção predial. Toda a simulação do processo foi realizada nos laboratórios da unidade, de acordo com a programação proposta, e o sistema se desenvolveu conforme o previsto. Todos os comandos foram programados por meio do CLP, assim a simulação se mostrou eficiente, não sendo imprescindível a mão de obra manual, exceto quando ocorrer eventos que gerem manutenção. A variedade de atividades desenvolvidas na programação para a captando das águas da chuva para seu armazenamento na cisterna, que trabalhará de forma automática, incluirá tratamento e envio das águas para um reservatório. Esse processo mostrou potencial para monitorar outras informações, que servirão de base para outros estudos, como volume de chuva, duração, alterações de qualidade, eficiência do processo, dentre outros. 8

9 Ocorreu grande participação de profissionais com vasto conhecimento nas diferentes áreas que o fluxo permeia, complementando as informações por meio de dados que foram obtidos através das simulações, durante o mapeamento do funcionamento do processo. Possibilitou mobilizar discente e docentes de diferentes semestres, ampliando dentro do processo educativo, as noções ambientais, visando expandir a compreensão e a prática dessa técnica. O projeto estimulou ainda a conscientização pela conservação da água, dentro da unidade, seja através da pesquisa realizada, como pelos debates e apresentações em eventos científicos. Criou multiplicadores do conceito da importância da autossuficiência pela postura ativa perante os problemas ambientais da cidade. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS E NOVAS ETAPAS O sistema proposto para a Fatec Tatuí é caracterizado como Programa de Conservação de Água (PCA); é o conjunto de ações voltadas para a gestão da oferta e da demanda de água em edificações existentes. Os grandes motivadores para a implantação do PCA nessa instituição são não só a economia gerada pela redução do consumo de água, mas também a criada pela redução das águas superficiais, e por consequência melhoria da visão da organização pela sociedade. Os estudos iniciais demonstraram a viabilidade do sistema através de três fatores básicos: o volume de precipitação existente no local, o sistema de coleta que propicia seu uso com o menor número de intervenções, e a demanda de água utilizada para manutenção e abastecimento hidrosanitária. O retorno dos investimentos está diretamente relacionado à redução dos custos com água potável e ao desenvolvimento de um laboratório funcional de aplicativos voltados a tecnologias sustentáveis no meio acadêmico. Sua implantação possibilitará a interação da teoria com a prática, levando as discussões para as salas de aula em diferentes disciplinas, pois os estudos de caso real motivam os discentes e incentivam a aplicação de conceitos tecnológicos voltados à sustentabilidade. Assim sendo, a captação da água da chuva surge como uma alternativa sustentável para suprir a demanda individual e auxiliar no consumo racional do recurso hídrico. As melhorias operacionais e gerenciais dos recursos hídricos buscam, do ponto de vista econômico, técnico e ambiental, reduzir os custos operacionais, de manutenção e fomentar o 9

10 desenvolvimento tecnológico sustentável, podendo ser aplicado a empresas, entidades, órgãos públicos. Sua implantação possibilitará reproduzir o sistema em outras unidades de ensino, visando, através desta estrutura, unir tecnologia à sustentabilidade, utilizando como estratégia a multidisciplinaridade. Em continuidade ao projeto, buscar-se-á obter uma visão sistêmica do processo e suas possibilidades de flexibilização, desenvolvendo um manual interativo que, por meio de uma interface, possibilitará dimensionar a viabilidade de implantação e as etapas subsequentes. O manual se destina a caracterizar a estrutura, servindo como guia de dimensionamento e montagem do processo para futuros usuários. As informações serão dispostas de forma sistematizada e segmentada, também atuando como instrumento de orientação para facilitar a compreensão da estrutura e do funcionamento dos sistemas e dos subsistemas que compõem o processo. O desenvolvimento de profissionais responsáveis sócio e ambientalmente depende da interação de ações e de conceitos com os discentes e docentes, que são os possíveis multiplicadores na questão do respeito ao meio ambiente e da conservação dos recursos hídricos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10844: Instalações Prediais de Águas Pluviais. Rio de Janeiro, Disponível em: Acesso em: 15/07/2013 ANNECCHINI, K. P. V. Aproveitamento de água da chuva para fins não potáveis na cidade de Vitória (ES) f; Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Universidade Federal do Espírito Santo. Vitória. BILOTTA, Patrícia; DANIEL, Luiz A. Ozônio e Radiação UV na Inativação de Indicadores Patogênicos em Esgotos Sanitários: Análise Comparativa. São Paulo: Pesquisas e Tecnologia Minerva, CBH-SMT. Relatório de Situação Sorocaba, p GHISI, E.; MARINOSKI, A. K. 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. 18, abr./jun

11 GONÇALVES M. O.; Oliveira L. H., Sistemas Prediais de Águas Pluviais f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Escola Politécnica da USP, Departamento de Engenharia Civil, São Paulo. GRIBBIN, J. E. Introdução à hidráulica, hidrologia e gestão de águas pluviais. São Paulo: Cengage Learning, ISBN MOCHIZUKI, Patrícia Satie. Estudos Climáticos Como Subsídio à Política Municipal de Desenvolvimento do Município de Tatuí (SP). Em pauta: revista Estudos Geográficos da UNESP Rio Claro, São Paulo, 4(2): dezembro (ISSN X) TOMAZ, P. Aproveitamento de água de chuva em áreas urbanas para fins não potáveis. São Paulo: Navegar Editora, TOMAZ, P. Dimensionamento de reservatórios de água de chuva. 2.ª edição. São Paulo: Navegar Editora, ISBN Disponível em: < o109.pdf >. 11