Aproveitamento de Águas Pluviais (Dimensionamento do Reservatório)

Transcrição

1 Universidade Federal de Pelotas Centro de Engenharias Curso de Engenharia Civil Aproveitamento de Águas Pluviais (Dimensionamento do Reservatório) Prof.ª Andréa Souza Castro Agosto de 216

2 O dimensionamento do volume de reservação é fundamental para o funcionamento eficiente do sistema de aproveitamento da água da chuva. Por ser um elemento relativamente grande e oneroso, pode ser considerado definitivo, criando sérias dificuldades técnicas e financeiras no caso de alterações substanciais neste elemento. Portanto, deve-se ter especial atenção no dimensionamento do reservatório!!!

3 Nem sempre haverá chuva suficiente suficiente para atender toda demanda; Nem sempre será possível armazenar toda chuva precipitada (por questões físicas e econômicas ); Os estudos de dimensionamento de reservatórios devem compatibilizar produção e demanda.

4 Principais variáveis do dimensionamento: Demanda (litros/dia*hab.); Coeficiente de escoamento; Área de captação da chuva (m²); Precipitação local (mm); Descarte inicial (tempo ou volume); Lâmina de chuva significativa (mm);

5 Demanda: É estimada em função do número de habitantes que utilizarão a água ou pelos usos especiais que se destinará a água da chuva armazenada. Usos não-potáveis: Descargas de bacias sanitárias; Lavagem de pátio, calçadas, automóveis, bicicletas... Rega de jardim; Torres de arrefecimento.

6 Demandas estimadas: Descarga de bacia sanitária de 6 a 15 litros e acionado de 4 a 6 vezes por dia. Recomendado mínimo 36 litros/dia * hab. Lavagem de automóvel 15 litros 1 vez a 2 por semana. Rega de jardim 2 litros/m² * dia. Piscina de 2,5 a 6 litros/dia * m².

7 Demandas variáveis: No caso de variação significativa da demanda é aconselhado representar este comportamento no dimensionamento para não superdimensionar o reservatório ou evitar desperdícios por extravasamentos. Se a utilização da água de aproveitamento for apenas para descarga de bacias sanitárias a variação não é significativa. Em edificações que abrigam atividades escolares a demanda é muito variável, dimensionamento. devendo-se ter especial cuidado no

8 Coeficiente de escoamento: Este coeficiente reduz o volume de água coletado representando as perdas por evaporação, vazamentos, lavagem... Depende do material de cobertura, e reduz entre 1 e 3% o volume de água. O valor utilizado com mais frequência é de,85 que reduz 15% o volume captado.

9 Coeficiente de escoamento: Telhas cerâmicas,8 a,9 Telhas, lajotas e ladrilhos vitrificados,9 a,95 Telhas de fibro-cimento,7 a,85 Telhas metálicas corrugadas,8 a,95 Lajotas e blocos de concreto,7 a,8 Lajotas e blocos de granito,9 a,95 Pavimentos de concreto,8 a,95 Pavimentos de asfalto,7 a,9

10 Área de captação: Em geral a área de captação é medida em projeção horizontal.

11 Área de captação: Norma de águas pluviais NBR Superfícies verticais computam com a metade de sua área.

12 Área de captação: Por problemas de contaminação, utiliza-se apenas a água que precipita sobre as superfícies de telhado ou terraços apenas de cobertura, ou seja sem utilização.

13 Área de captação: Para utilizar a água de terraços é fundamental a instalação de um dispositivo que permita o desvio da água de limpeza do terraço diretamente para a rede de esgoto, para que a água residual de lavagem não vá para o reservatório. Área de captação

14 Área de captação: Pode ser definida previamente ou adequada a demanda estimada; Definição prévia: verifica-se a capacidade de atender a demanda estimada (edificações já construídas); Para o atendimento da demanda: a área é ampliada de forma a atender a demanda estimada (definida antes da construção da edificação).

15 Área de captação: Para estimar a área necessária utiliza-se a precipitação média anual da região. Ex: D = 1 litros/dia A= Panual = 1.35 mm D 365,25 PAnual A=m 2 D = litros / dia PAnual = mm A = (1 * 365,25)/1.35 = 27,5m²

16 Área de captação: Usar diretamente a chuva anual média pode estimar uma área de captação insuficiente, pois nos anos com precipitação abaixo da média a demanda não será atingida. Usar uma redução do valor de precipitação anual pode contornar este problema! Reduzir por um coeficiente fixo ou pelo desvio padrão.

17 Precipitação local: Onde obter informações sobre precipitação anual? - Podem ser obtidas em mapas de isoietas ou livros de instalações hidrossanitárias. Na falta de dados pode-se utilizar os da cidade mais próxima, porém com o cuidado de verificar semelhança nas demais características locais (relevo, altitude, proximidade com oceano...).

18 Precipitação local: Existem métodos de dimensionamento que utilizam precipitações mensais e até mesmo diárias. Endereço eletrônico com dados diários:

19 Descarte inicial: Evitar a contaminação do reservatório, (folhas, poeira, fezes...) Existem recomendações que indicam um certo tempo de descarte e outras um volume. Dispositivos temporais são mais sofisticados, e têm custo maior! Já os por volume são mais simples e de baixo custo!

20 Descarte inicial: Na etapa de dimensionamento é necessário saber que tipo de dispositivo de descarte será usado, para estimar a redução da disponibilidade de água para o consumo e o armazenamento.?????????????

21 Descarte inicial: Filtros 3P Technik do Brasil Ltda Segundo o produtor tem 9 a 95% de eficiência, dependendo da intensidade da precipitação

22 Descarte inicial: Pequeno reservatório de 1 litros e duplo gradeamento.

23 Descarte inicial: Outra recomendação é de reter 4 litros para cada 1m² de área de coleta, ou seja,4mm de chuva. - Tela na saída para o reservatório. -Fundo inclinado para a saída de limpeza.

24 Descarte inicial: Para evitar o descarte inicial ou desperdício é possível utilizar filtros convencionais.

25 Fonte: de uso./zoom/vx2gr/dataitem-inubotf4

26 Fonte: de uso./zoom/vx2gr/dataitem-inubotf3

27 Fonte: de uso./zoom/vx2gr/dataitem-inumi5w

28 Lâmina de chuva significativa: Qual é a lâmina mínima que gera escoamento? O escoamento superficial inicia imediatamente com o inicio da precipitação? Elementos que retardam o escoamento: Tensões superficial; Porosidade; Evaporação.

29 Lâmina de chuva significativa: A definição de chuva significativa é importante para o método de dimensionamento do reservatório pelo número máximo de dias sem chuva. Em geral usa-se de 1 a 2mm.

30 Lâmina de chuva significativa: Uma maneira de estimar:

31 Métodos de cálculo do volume do reservatório: Existem diversos métodos, desde os mais simples até os mais sofisticados. Não existe uma recomendação rígida de qual método é o mais adequado! Apresentaremos os métodos, e ao mesmo tempo, faremos as críticas cabíveis a cada um deles.

32 Métodos de cálculo do volume do reservatório: O objetivo do armazenamento é de atender a demanda nas épocas quando o recurso (água) não é suficiente. Hidrograma (vazão x tempo)

33 Método de Rippl (1883): A curva de massa das descargas, ou diagrama de Rippl, é o somatório do hidrograma (gráfico vazão x tempo) ao longo do tempo, com os valores dos volumes nas abscissa e o tempo nas ordenadas.

34 Método de Rippl (1883): Na prática, faz-se um somatório das descargas ao longo do tempo e utiliza-se a unidade de vazão multiplicada pela unidade de tempo como unidade de volume. V = Q t

35 Método de Rippl (1883): Para dados com médias mensais, ajustar de forma que o período seco fique no centro do gráfico. 3 Precipitação Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Tem po Ago Set Out Nov Dez

36 Método de Rippl (1883): Método gráfico

37 Método de Rippl (1883): Cálculo em planilha para o máximo aproveitamento: Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Média Disponib, m³ 25,8 2,6 17, ,3 2,9 3,6 7,7 12,5 16, ,6 Disponib Acum 25,8 46, ,3 86,2 89,8 97, ,1 151,1 Demanda Acum Diferença 12,6 13,2 25,2 21,2 37,8 26,2 5,4 21,6 63, 16, 75,6 7,8 88,1-1,9 1,7-1,9 113,3-15,8 125,9-15,9 138,5-12,4 151,1, -15,9 Mínimo 26,2 Máximo Volume Reservatório (m³) 42,1

38 Método de Rippl (1883): Não leva em conta a sazonalidade interanual; Dificuldade para cálculo quando a demanda não é a máxima aproveitável; É um método que vem caindo em desuso; Superestima o volume do reservatório.

39 Método da Simulação: Consiste em utilizar uma série de dados de chuva observada mais a demanda, e então simular o comportamento do reservatório; Permite saber o grau de eficiência ao se adotar um volume menor que o necessário para aproveitamento total;

40 Método da Simulação: Assume que o regime de chuvas observadas no passado se repetirá no futuro. Exige um esforço extra de cálculo. É o método mais preciso sendo utilizado para dimensionar grandes reservatório em rios.

41 Método da Simulação: Dados diários ou mensais? Ao usar mensal, desprezamos a variabilidade que existe no período menor que 1 mês, porém reduzimos o número de cálculos. Com chuva mensal o reservatório fica com um volume até 15% menor que se calculado por dados diários.

42 Método da Simulação: Falha nos dados Em princípio não se preenche dados diários de chuva, pois é um dado muito influenciado pela variabilidade temporal e espacial. Para dados mensais é possível preencher com base nos dados de estações vizinhas, após uma análise de correlação entre os postos que têm dados e o posto com falha de dados. Excepcionalmente, para aproveitamento de água de chuva, pode-se preencher com zero falhas menores que 5 dias.

43 Método da Simulação: Roteiro de cálculo 1 - Consideramos o reservatório cheio no início da simulação e o representamos com o valor (zero); 2 - Transformar a chuva captada em volume que vai para o reservatório. V = volume de chuva (m³); A = área de captação (m²); VDesc = volume de descarte(m³), C = coeficiente de escoamento. (C.P ) V =. A Vdescarte 1 P = lâmina de chuva(mm);

44 Método da Simulação: Exemplo: A = 15m², C =,9 Precipitação(mm) Volume de chuva (m³) 12 1,62 Demanda (m³) Volume do Res,(m³)

45 Método da Simulação: 3 - Descontar a demanda diária do volume de chuva e se for maior que zero adotar Volume do Reservatório =, se for menor manter o valor negativo VReservatório= V - D V = volume de chuva (m³); D = demanda diária (m³) Ex. D = 1 litros (,1m³)

46 Método da Simulação: Precipitação (mm) 12 2 Volume de chuva (m³) 1,62,27 Demanda (m³),1,1,1,1 Volume do Reservatório (m³) 1,52 > então -,1 -,2 -,3

47 Método da Simulação: O maior déficit será o volume adotado para o reservatório Precipitação(mm) Volume de chuva(m³) Demanda(m³) Volume do Res,(m³) 12 1,62,1 1,52 > então,1 -,1,1 -,2 2,27,1 -,3,1 -,13,1 -,23,1 -,33,1 -,43,1 -,53 2,27,1 -,36 1,135,1 -,325,1 -,425 O reservatório deverá ter 53 litros

48 Método da Simulação: O volume adotado para o reservatório estará super dimensionado, pois será dimensionado pela pior seca já observada. Aconselha-se usar um nível de atendimento inferior ao 1%, por exemplo atender 8%. 14 Volume (litros) % 2.% 4.% 6.% Percentual 8.% 1.%

49 Método da Simulação: A curva de atendimento é importante no momento do cálculo de viabilidade econômica, permitindo conhecer o grau de atendimento ao passo que se diminui o volume do reservatório. No método de simulação é possível calcular os volumes Desperdício = 1 extravasados. V Extravasado Precipitação (mm) Volume de chuva(m³) Demanda (m³) Volume do Res(m³) Extravasado (m³) 12 1,62,1 1,52,1 -,1,1 -,2 2,27,1 -,3

50 Método da Simulação: O método de simulação é influenciado pela série: - Poucos dados. - Anomalia climática (períodos secos ou chuvosos). - Ponto de início da simulação. Método Monte Carlo: gera n séries sintéticas com as mesmas características estatísticas da série observada para então aplicar o Método da Simulação e extrair o volume baseado na distribuição de frequências.

51 Métodos Práticos Geralmente são equações que estabelecem uma relação empírica entre as variáveis, demanda e área de captação com o volume do reservatório. São de aplicação rápida e fácil, porém não fornecem níveis de garantia de atendimento da demanda. Podem não ser adequadas para aplicação em qualquer local, caso o regime de chuvas do local seja diferente daquele onde a equação foi estabelecida.

52 Método do Azevedo Neto: (roteiro cálculo) O volume do reservatório é obtido diretamente da equação: V =,42 P A T Onde: V = volume do reservatório em litros P = precipitação média anual (mm) A = área de captação (m²) T = número de meses de seca ou pouca chuva Obs.: Um critério adequado é contar o número de meses que têm precipitação inferior a 1mm, caso todos tenham mais de 1mm adotar T = 1.

53 Método prático Alemão: (roteiro cálculo) O volume do reservatório é o menor valor entre 6% da demanda anual ou do volume de chuva anual aproveitável. V = mín.{,6 (D 365,25);,6 (P A C)} Onde: V = volume do reservatório (litros) P = precipitação média anual (mm) A = área de captação (m²) C = coeficiente de escoamento D = demanda (litros/dia)

54 Método prático Inglês: (roteiro cálculo) O volume do reservatório é o maior valor entre 5% do volume de chuva anual aproveitável. V =,5 ( P A C ) Onde: V = volume do reservatório (litros) P = precipitação média anual (mm) A = área de captação (m²) C = coeficiente de escoamento

55 Método EMBRAPA: (roteiro cálculo) Recomenda volume para atender 15 dias de demanda. - Adotar perdas no reservatório da ordem de 1%. V = 16,5 D -Verificar a área de captação. V A= P Onde: V = volume do reservatório (litros) D = demanda (litros/dia) P = precipitação do mês mais seco (mm) A = área de captação (m²)

56 Netuno: programa computacional utilizado para simulação de sistemas de captação de águas pluviais. Desenvolvido pelo Departamento de Eng. Civil da UFSC Permite uma modelagem do sistema e são apresentados resultados como a relação entre o potencial de economia de água potável por meio do uso de água pluvial e a capacidade do reservatório, o volume extravasado de água pluvial, entre outros.

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58 Os métodos servem para um pré-dimensionamento, devendo a solução final ser decidida pelo projetista!!! Deve ser levado em conta: Custos; Condições de suprimento da concessionária em caso de falta de água e; Outras considerações consideradas necessárias.

59 Exemplos de leis: O município de São Paulo (SP): Lei nº em 28 de junho de 25, instituiu o Programa Municipal de Conservação e Uso Racional da Água em Edificações, objetivando: instituir medidas que induzam à conservação, uso racional e utilização de fontes alternativas para a captação de água e reuso nas novas edificações, bem como a conscientização dos usuários sobre a importância da conservação da água.

60 Exemplos de leis: Estado de São Paulo: Lei nº , de 2 de janeiro de 27, estabeleceu a obrigatoriedade da implantação de sistema para a captação e armazenamento de águas pluviais, coletadas por telhados, coberturas, terraços e pavimentos descobertos, em lotes, edificados ou não, que tenham área impermeabilizada superior a 5m².

61 Exemplos de leis: Em Maringá (PR): Lei nº de 23, instituiu o Programa de Reaproveitamento de Águas de Maringá, com o objetivo de incentivar a captação e utilização da água da chuva, diminuir a demanda de água no município e aumentar a capacidade de atendimento da população.

62 Exemplos de leis: Curitiba (PR): Lei n de 23, constituindo o Programa de Conservação e Uso Racional da Água nas Edificações, com a seguinte proposta: instituir medidas que induzam à conservação, uso racional e utilização de fontes alternativas para captação de água nas novas edificações, bem como a conscientização dos usuários sobre a importância da conservação da água. Além disso, a lei dispõe sobre aparelhos e dispositivos economizadores de água, a reutilização de águas servidas, a captação e a utilização de águas das chuvas e sobre o uso correto das águas nãopotáveis.

63 Exemplos de leis: Porto Alegre (RS). Lei n 1.56 de 28, instituiu o Programa de Conservação, Uso Racional e Reaproveitamento das Águas, com o objetivo de promover medidas necessárias à conservação, à redução do desperdício e à utilização de fontes alternativas para a captação e o aproveitamento da água nas edificações, bem como à conscientização dos usuários sobre a sua importância para a vida.

64 Métodos Práticos: -Exercício de fixação: Calcular os volumes de reservatório pelos 4 métodos práticos apresentados. Prec. Méd. Anual(mm) JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Precipitação em Barra do Ribeiro N hab. = 5 pessoas Área de telhado = 15 m²