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1 IX PROGRAMA COMPUTACIONAL DE SUPORTE À DECISÃO PARA CÁLCULO DE RESERVATÓRIO DE ARMAZENAMENTO EM SISTEMAS DE CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL EM ÁREAS URBANAS Pedro Henrique Rodrigues Nascimento Engenheiro Ambiental formado pelo Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista campus de Rio Claro. Rodrigo Braga Moruzzi (1) Engenheiro Civil, Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento. Professor do Departamento de Planejamento Territorial e Geoprocessamento- IGCE UNESP, Rio Claro, SP. rmoruzzi@rc.unesp.br Endereço (1) : Avenida 24 A, Rio Claro - SP rmoruzzi@rc.unesp.br Fone (19) RESUMO O presente artigo tem como objetivo apresentar as etapas de desenvolvimento e o resultado final da concepção de um programa computacional para cálculo do volume do reservatório de sistemas de aproveitamento de água pluvial denominado REZZ. A concepção do programa foi baseada no princípio de sistema de suporte a decisão (SSD) e na elaboração de uma interface simples. Os métodos empregados para determinação do volume do reservatório foram aqueles descritos na NBR 15527/07. O Visual Basic foi empregado como linguagem computacional para codificação dos métodos de cálculo. O programa computacional foi concebido de modo a disponibilizar diferentes resultados de acordo com os métodos de cálculo selecionados. Desta forma, o programa constitui uma ferramenta de grande utilidade para auxiliar o projetista na tomada de decisão no que se refere à adoção do volume de reservatório adequado para cada caso em particular. PALAVRAS-CHAVE: Captação de águas pluviais; cálculo de reservatório; sistema de suporte à decisão. INTRODUÇÃO As águas nobres provenientes de poços artesianos, nascentes e dos sistemas de abastecimento de água urbano são desperdiçadas no ponto de utilização, suprindo demandas em atividades que não exigem tal qualidade, tais como lavagem de carros, descargas em vaso sanitário, irrigação de plantas, lavagem de pátios, entre outros. Segundo a resolução 357 de 2005 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (BRASIL, 2005), as águas de melhor qualidade podem ser aproveitadas em usos menos exigentes, desde que estes usos não prejudiquem a qualidade da água. Nesse contexto, a captação e o aproveitamento das águas pluviais apresentam-se como soluções a estes problemas, pois diminuem o escoamento superficial direto através do controle na geração (TUCCI et al, 1983), e permitem a utilização das águas tratadas e potáveis em fins mais nobres. Um sistema de aproveitamento de águas pluviais é composto basicamente por três partes: sistema de captação, formado pela área de captação e as calhas de coleta, tratamento (que depende das características da água e do uso pretendido) e sistema de reservação. A área de captação é a superfície de interceptação da chuva; geralmente um telhado ou uma laje. As calhas coletoras coletam e conduzem a água interceptada para o sistema de reservação. Esse sistema pode ser de diversos tipos, e possui duas funções: de eliminar as primeiras águas da chuva, que possuem um caráter ácido devido à lavagem da atmosfera e podem conter contaminantes, como poeira, fezes de pássaros, folhas, etc., e de armazenar a água coletada para uso posterior. Dentre as partes que compõem um sistema de aproveitamento de água pluvial, o reservatório de armazenamento é, além da estrutura mais dispendiosa, um item imprescindível e seu dimensionamento é de extrema importância para a otimização do sistema. Existem diversos métodos de dimensionamento, baseados em critérios racionais ou empíricos, e a adoção de um ou outro depende das condições particulares do projeto. Assim, o presente artigo tem como objetivo principal apresentar as etapas de desenvolvimento e o resultado final de um programa computacional concebido para auxiliar o projetista na tomada de decisão referente a ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 etapa de dimensionamento do reservatório de sistemas de aproveitamento de água pluvial. O programa foi concebido para apresentar os resultados referentes aos diversos métodos descritos na NBR 15527/07, utilizando uma interface simples ao usuário. Segundo ROBERTO et al (1997), Sistemas de Suporte a Decisões são programas computacionais que ajudam indivíduos que tomam decisões na solução de problemas para os quais não existem soluções através de algoritmos bem definidos, o que os torna de difícil tratamento computacional. Como conseqüência, para resolver este tipo de problema, o sistema deve interagir estreitamente com o usuário, e de forma clara e simples. A principal finalidade de um Sistema de Suporte à Decisão não é tomar as decisões, e sim ajudar o usuário a decidir. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO Inicialmente, foram investigados os programas computacionais disponíveis para o cálculo do volume de reservatórios em sistemas de aproveitamento de águas de chuva, dentre os quais citam-se: i) o Netuno, desenvolvido no Laboratório de Eficiência Energética da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC); ii) o SimTanka, desenvolvido na Índia pela Ajit Foundation, e; iii) o Domestic Roofwater Harvesting Programme, desenvolvido pela Unidade de Desenvolvimento Tecnológico da Escola de Engenharia da Universidade de Warwick, Reino Unido. O Netuno utiliza dados pluviométricos da cidade de Florianópolis para determinar o dimensionamento do reservatório baseado no atendimento de 50% da demanda. O Sim Tanka determina o volume do reservatório a partir da análise de dados de entrada e do estabelecimento da probabilidade de atendimento, realizada por meio da análise estatística dos dados pluviométricos anuais fornecidos. Já o Domestic Roofwater Harvesting Programme, roda on-line dados pluviométricos anuais utilizando demandas constantes ou variáveis. Nos três programas citados os algoritmos matemáticos empregados para determinação do volume do reservatório não são disponibilizados, não sendo possível avaliar com precisão o método de cálculo empregado. Ainda na fase de concepção entendeu-se que o programa computacional REZZ deveria apresentar diferentes métodos de cálculo de modo a flexibilizar a tomada de decisão por parte do projetista frente as particularidades de cada sistema. Assim, foram selecionados os métodos descritos na NBR /2007 que dispõe sobre os requisitos para captação de água de chuva para fins não potáveis em áreas urbanas, sendo eles: 1- Método de Rippl: baseia-se no princípio de regularização de vazão. O volume do reservatório é determinado a partir da análise diferencial entre demanda e oferta e o maior défict acumulado resulta no volume requerido. Alternativamente, pode-se obter o volume por meio da análise do diagrama de massa acumulado; 2- Método da Análise da Simulação: trata-se de um balanço de massa onde, a partir de um volume prédeterminado verifica-se a variação do volume disponível para aproveitamento. Pode-se avaliar o número de dias em que o reservatório permanecerá vazio; 3- Método Azevedo Netto: método empírico que considera a precipitação anual e o número de meses com pouca chuva; 4- Método prático alemão: método empírico no qual é adotado o menor volume correspondente a 6% da demanda ou 6% do volume de precipitação anual; 5- Método prático inglês: método empírico baseado somente na precipitação anual e área de captação, e; 6- Método prático australiano: método empírico que leva em consideração a confiança do sistema, considerando o número de meses que o reservatório não atende a demanda. Cabe mencionar que não é escopo deste artigo apresentar detalhes sobre os métodos de cálculo, suas aplicações e limitações, mas sim enfatizar que seus resultados podem ser absolutamente divergentes, cabendo ao projetista a decisão frente à análise das particularidades de cada projeto. Depois do levantamento dos programas existentes e dos métodos de cálculo, foi realizada a codificação dos métodos de cálculo em linguagem Visual Basic, bem como a montagem das primeiras janelas dos módulos. A princípio foram desenvolvidas rotinas separadas para cada método de cálculo, isoladas umas das outras. Nessa 2 ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

3 fase, a preocupação principal foi com a funcionalidade do módulo e não sua aparência ou facilidade de uso, etapas estas que foram tratadas posteriormente. A Figura 2 apresenta as telas dos módulos preliminares correspondentes ao método de Rippl e ao Método da Análise da Simulação, respectivamente: Figura 2: Telas dos módulos preliminares dos métodos de Rippl e Análise da Simulação. Posteriormente à verificação do funcionamento das rotinas presentes nos módulos preliminares, procedeu-se a unificação dos módulos em um programa único. Os erros decorrentes desta unificação foram corrigidos e, então, prosseguiu-se com bateria de testes. Nessa fase o programa foi executado diversas vezes, com diferentes tipos de dados de entrada e diversas simulações de erros. A principal função desta etapa foi procurar por erros que poderiam acontecer durante a execução do programa, tais como: dados de entrada incompletos ou com erros; dados inválidos; etc. Em seguida, foi dada uma especial atenção no desenvolvimento da interface do software, pois esta era considerada uma das mais importantes para o entendimento e a utilização do programa.as atividades concernentes a esta etapa foram norteadas visando construir um programa de fácil utilização. Nessa fase foi montada a diagramação dos elementos das janelas e foi criado um ícone para o software, mostrado na Figura 3. A Figura 4 mostra um exemplo de tela do programa. O resultado dessa etapa foi o lançamento de um programa beta, disponibilizado a alguns usuários para testes. Figura 3: Ícone do programa. ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Figura 4: Tela de cálculo através do Método de Rippl. Após a compilação, finalização e resolução de alguns problemas na execução do programa beta (versão 0.1), o mesmo foi submetido a um maior número de usuários, para obter a avaliação e as impressões sobre o software. Preliminarmente, o programa foi testado por alunos do curso de pós-graduação em Engenharia Civil da Unesp - Campus de Ilha Solteira e da Engenharia Urbana da UFSCar, em disciplinas, que tratam especificamente do assunto. Como produto da análise foi elaborada uma série de comentários e observações que permitiram o aprimoramento da primeira versão do programa, lançando a versão 0.2. Posteriormente, foi elaborada a última correção estrutural do programa que consistiu na elaboração de uma rotina para travamento e disponibilização automática da ficha de avaliação do programa. Nesta versão, lançada como 0.3, foi definido que o programa travaria após seis aberturas demandando a entrada de uma chave de destravamento que estaria condicionada ao preenchimento e envio de uma ficha de avaliação elaborada pelos autores. Na versão atual, intitulada 0.4, foram aprimorados os textos do item Ajuda e os arquivos LEIAME bem como a disponibilização do arquivo anexado, denominado dotnetfx35setup, necessário para instalação do programa. Por fim, a versão 0.4 foi submetida a universidades (UFSCar, UFT, UFMT, UNICAMP, USP), empresas de projeto, profissionais liberais, grupos de pesquisa e demais interessados para que a fase de avaliação fosse iniciada. Para facilitar a avaliação pelo usuário, decidiu-se transpor a ficha para o programa. A Figura 5 mostra a tela da ficha de avaliação implementada no programa. 4 ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

5 Figura 5: Tela de avaliação do software. A análise das fichas consistiu em aspectos referentes à funcionalidade e à facilidade de uso, aspectos considerados fundamentais para a utilização do programa. Nesta fase foram analisados os erros ao rodar o programa desde a instalação até a apresentação de resultados bem como foi avaliada a flexibilidade e facilidade na entrada de dados e obtenção do relatório final de resultados. Uma das tônicas do projeto consistiu na elaboração de um programa flexível e de fácil manipulação. Para tal, é imprescindível importante que o sistema de Ajuda do software contemplasse, na medida do possível, todas as dúvidas que poderiam surgir no decorrer da utilização do programa bem como algumas questões fundamentais para o entendimento de um sistema de aproveitamento de águas pluviais. Assim, dedicou-se um especial tratamento à elaboração dessa etapa do projeto. O conteúdo referente ao item Ajuda abrangeu aspectos referentes à utilização do programa, métodos de cálculo e entradas de dados bem como aqueles referentes às principais variáveis envolvidas nos cálculos do volume do reservatório. A última etapa do desenvolvimento do projeto foi a elaboração da documentação do programa. A documentação de um programa é um item imprescindível, pois apresenta as características da construção do programa (fluxogramas, algoritmos, linhas de comando), permitindo que futuras alterações possam ser realizadas com maior rapidez e facilidade. O conteúdo da documentação envolveu a apresentação do dicionário de dados, os fluxogramas das rotinas e o código fonte. RESULTADOS E DISCUSSÃO As Figuras de 6 a 10 mostram algumas das telas do programa final, como exemplo. A Figura 6 mostra a tela inicial do programa, após ser destravado. Nesta figura pode-se observar os métodos de cálculo perfilados na parte superior da tela, como abas. Para mudar de método, basta um clique na aba correspondente. Assim, fica claro ao usuário qual método ele está utilizando diferentemente de outros programas estudados, nos quais o método utilizado não é claramente exposto. Além disso, a facilidade na utilização também aumenta. ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Figura 6: Tela inicial do Rezz. A Figura 7 mostra os resultados obtidos com um cálculo pelo Método da Análise da Simulação, o qual simula o comportamento do reservatório de acordo com as características de captação e demanda. Na tela deste método, assim como nas telas dos outros métodos, os campos de entrada de dados foram distribuídos na tentativa de formar um conjunto harmônico, que permitisse a rápida identificação de cada variável requerida. Outro diferencial do Rezz em relação a outros softwares disponíveis é a ajuda rápida, que trata-se de um pequeno texto explicativo que aparece na tela quando o usuário move o cursor do mouse sobre o ícone correspondente ( ). Na Figura 7, por exemplo, é possível observar o texto da ajuda rápida explicando sobre a entrada de dados Mês. Assim, como esse campo, todos os outros tinham a sua ajuda rápida. Com esse mecanismo, o entendimento sobre os dados requeridos para cada método podia ser obtido rapidamente, na mesma tela do cálculo, sem a necessidade de recorrer a fontes externas ou à própria Ajuda inserida no programa. Figura 7: Uma simulação utilizando o MAS. Na Figura 8 é mostrada parte da janela de Ajuda, referente às informações sobre o coeficiente de escoamento. A Ajuda do programa foi inserida na forma de aba, para facilitar o acesso. Os itens componentes da Ajuda também foram configurados desta forma pela facilidade de acesso. O conteúdo da Ajuda foi composto por sete itens que poderiam apresentar algum grau de dificuldade no seu entendimento: Sobre o programa (onde são explicados de forma sucinta a função e o modo de operação do programa), Métodos de cálculo (que mostra o funcionamento de cada método utilizado no programa), Hidrogramas (onde é explicado o que é um hidrograma, seus tipos e ainda é mostrado como obter um da internet), Área de captação (que aborda os conceitos sobre o tema), Coeficiente de escoamento (conceitua e dá exemplos), Descarte de chuva (onde é explicado o motivo de se descartar a primeira chuva e são 6 ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

7 mostrados alguns mecanismos de descarte) e Demanda (que explica o que é demanda e mostra alguns valores usuais). Cada um destes itens pode ser acessado de forma independente, e há referências a eles nos textos das ajudas rápidas, presentes nas telas de cálculo. Figura 8: Uma das telas da Ajuda do programa. A Figura 9 mostra a janela na qual pode-se identificar o projeto, para que esses dados constem em um relatório que o próprio sistema gera a pedido do usuário. Para utilizar o programa ou mesmo para a geração de relatório não é necessária a identificação do projeto. Para gerar um relatório com os cálculos obtidos, basta clicar no botão Obter relatório, localizado na parte inferior da janela. Assim, será aberta uma nova janela como a mostrada na Figura 10. Note que nem todos os métodos estão disponíveis para serem impressos, apenas podem constar no relatório os métodos que foram utilizados. Escolhendo os métodos desejados, basta clicar no botão Gerar relatório. A Figura 11 mostra um exemplo de relatório gerado. Figura 9: Tela na qual é possível identificar o projeto. ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Figura 10: Tela de seleção dos métodos exibidos no relatório. Figura 11: Modelo de relatório gerado pelo Rezz. Como pôde ser notado, o software foi elaborado buscando ao máximo facilitar a utilização, através da diagramação dos componentes da tela, da disposição das informações, da presença de textos explicativos e da implementação da Ajuda. Há ainda alguns detalhes a acrescentar, principalmente no que diz respeito à geração de dados (tabelas, gráficos, etc.). Porém, de forma geral, o Rezz é um sistema confiável e de fácil utilização. CONCLUSÕES Considerando a proposta inicialmente delineada, verificou-se que os objetivos foram atingidos. Evidentemente, a construção do programa é um processo dinâmico e as futuras versões devem incluir ferramentas adicionais tais como: apresentação gráfica de resultados, tratamento dos hidrogramas, incorporação de hidrogramas dentro da rotina de cálculo, inclusão de novos métodos de cálculo, independência em relação a outros softwares, entre outras. Além dos incrementos que naturalmente ocorrerão 8 ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

9 em futuras versões, a correção de bugs (falhas) que ocasionalmente possam surgir deve estar inclusa nos projetos destas versões. Contudo, verificou-se que o programa na sua versão atual pode constituir uma importante ferramenta de auxílio aos projetistas de sistemas de aproveitamento de água pluvial. A relevância e atualidade da proposta de concepção do programa puderam ser verificadas por meio das diversas mensagens recebidas pelos seus idealizadores. Tais mensagens, de incentivo ou mesmo crítica, reforçam que a importância do programa extrapola seu principal objetivo contribuindo também para a popularização de métodos para aproveitamento de água pluvial. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR : Água de chuva Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis Requisitos. São Paulo, p. 2. APPAN, A. Rainwater Catchment Systems Technology: concept, classification, methodologies and application. Artigo publicado no 1º Simpósio Sobre Captação de Água de Chuva no Semi-Árido Brasileiro, 17 a 21 de novembro, Petrolina, PE p. 3. CARVALHO, A. M. B. R.; CHIOSSI, T. C. S. Introdução à Engenharia de Software. 1 ed. Campinas, SP: Editora da Unicamp, p. 4. MAY, S. Estudo da viabilidade do aproveitamento de água de chuva para consumo não potável em edificações. São Paulo, SP: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, p. Dissertação (Mestrado). 5. PETROUTSOS, E. Dominando o Visual Basic 6: A Bíblia. São Paulo, SP: Makron Books, p. 6. PFLEEGER, S. L. Engenharia de Software: Teoria e prática. 2 ed. São Paulo, SP: Prentice Hall, p. 7. PRESSMAN, R. S. Engenharia de Software. São Paulo, SP: Makron Books, p. 8. PROSAB. Uso Racional da Água em Edificações. Ricardo Franci Gonçalves (Coord.). Rio de Janeiro: ABES, p. 9. ROBERTO, A. N., PORTO. R.L.L. e ZAHED, K.F. Sistema de Suporte a Decisões para Análise de Cheias em Bacias Complexas. Anais do XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, SCOTT, R. S.; MOOERS, J. D.; WALLER, D. H. Rain Water Cistern Systems A Regional Approach to Cistern Sizing in Nova Scotia. 11. SIQUEIRA CAMPOS, M. A. Aproveitamento de água pluvial em edifícios residenciais multifamiliares na cidade de São Carlos. São Carlos, SP: UFSCar, p. Dissertação (Mestrado). 12. TOMAZ, P. Aproveitamento de água de chuva para áreas urbanas e fins não potáveis. 2. ed. São Paulo: Navegar Editora, p. 13. WERNECK, G. A. M. Sistemas de utilização da água da chuva nas edificações: o estudo de caso da aplicação em escola de Barra do Piraí. Rio de Janeiro, RJ: UFRJ/ FAU, f. Dissertação (mestrado). ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9