Introdução. Mundo: Aumento populacional (77 milhões de pessoas por ano) 2050: 9 bilhões de pessoas. Brasil: recursos hídricos em abundância (!?

Transcrição

1 INFLUÊNCIA DA PRECIPITAÇÃO PLUVIOMÉTRICA, ÁREA DE CAPTAÇÃO, NÚMERO DE MORADORES E DEMANDAS DE ÁGUA POTÁVEL E PLUVIAL NO DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS PARA FINS DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL EM RESIDÊNCIAS UNIFAMILIARES Trabalho de monografia concurso UFSC: Enedir Ghisi

2 Introdução Mundo: Aumento populacional (77 milhões de pessoas por ano) 25: 9 bilhões de pessoas Brasil: recursos hídricos em abundância (!?) Percentagem Norte Nordeste Sudeste Sul Centro-Oeste Região Área (%) Disponibilidade hídrica (%) População (%)

3 Introdução CLASSIFICAÇÃO DA DISPONIBILIDADE HÍDRICA PELO UNEP (22) Disponibilidade hídrica (m 3 per capita/ano) Maior do que 2. Classificação Muito alta Alta Média Baixa Muito baixa Menor do que 1. Catastroficamente baixa

4 Introdução Região Disponibilidade hídrica no Brasil (km 3 /ano) Ano 19 (m 3 per capita/ano) Ano 2 (m 3 per capita/ano) Norte Nordeste Sudeste Sul Centro-oeste Brasil

5 Introdução DISPONIBILIDADE HÍDRICA NO BRASIL 1 Disponibilidade hídrica estimada (m 3 per capita/ano) Norte Nordeste Sudeste Sul Centro-Oeste Ano Aproveitamento de água pluvial Fonte: Potential for potable water savings by using rainwater in the residential sector of Brazil, Enedir Ghisi, Building and Environment, v. 41, n. 11, p , 26. Dimensionamento de reservatório

6 Objetivo geral Investigar a influência de parâmetros tais como precipitação pluviométrica, área de captação, número de moradores, demanda de água potável e demanda de água pluvial no dimensionamento de reservatórios para fins de aproveitamento de água pluvial em residências unifamiliares.

7 Objetivos específicos Selecionar três cidades brasileiras com série histórica de precipitação pluviométrica diária; Determinar o volume de reservatório de água pluvial adequado e o respectivo potencial de economia de água potável para diferentes demandas de água potável e pluvial, área de captação e número de moradores; Verificar a correlação entre o volume dos reservatórios e a demanda de água potável; Verificar a correlação entre o potencial de economia de água potável e o volume dos reservatórios; Verificar a correlação entre o volume dos reservatórios e uma fração que represente a relação entre a demanda e a disponibilidade de água pluvial.

8 Revisão bibliográfica Consumo de água potável no Brasil; Usos finais de água no setor residencial; Aproveitamento de água pluvial; Qualidade da água pluvial; Dimensionamento de reservatórios.

9 Metodologia Cidades selecionadas Itaquaquecetuba, Espírito Santo do Pinhal e Santos Precipitação pluviométrica Área de captação Departamento de Águas e Energia Elétrica de São Paulo 5, 1, 2 e 4m 2 Demanda de água potável Demanda de água pluvial 5, 1, 15, 2, 25 e 3 litros per capita por dia 1 a 1% da demanda de água potável, em intervalos de 1%

10 Metodologia Número de moradores Duas e quatro pessoas Simulações computacionais Programa computacional Netuno Dados de entrada Precipitação pluviométrica diária para um período qualquer Área de captação Demanda diária de água potável per capita Demanda de água pluvial Número de moradores Volume do reservatório (intervalos de 1 litros) Coeficiente de perdas (2%)

11 Metodologia O algoritmo V ap = P x A x C p Onde: V ap é o volume de água pluvial que escoa diariamente pela superfície de captação de cada residência (litros/dia por residência); P é a precipitação pluviométrica diária de cada localidade (mm/dia = litros/m 2 por dia); A é a área de captação em cada residência (m 2 ); C p é o coeficiente de perdas (adimensional); adotado igual a,8 para representar perdas de 2%.

12 Metodologia O algoritmo VR = VR da + (V ap D ap x D x n) Volume do reservatório Onde: VR é o volume de água pluvial disponível no reservatório (litros); VR da é o volume de água pluvial do dia anterior disponível no reservatório (litros); V ap é o volume de água pluvial que escoa diariamente pela superfície de captação de cada residência (litros/dia por residência); D ap é a demanda diária de água pluvial (adimensional; % da demanda de água potável); D é a demanda diária de água potável (litros per capita/dia); n é o número de moradores da residência. D ap x D x n representa a demanda diária de água pluvial (em litros) e deve ser menor ou igual ao volume de água pluvial disponível no reservatório

13 Metodologia O algoritmo E = 1 Onde: d i= 1 V c D x n x d E é o potencial de economia de água potável obtido através do aproveitamento de água pluvial (%); d é o número de dias no período analisado; D é a demanda diária de água potável (litros per capita/dia); n é o número de moradores da residência; V c é o volume de água pluvial consumido na residência durante o período analisado (litros); é obtido somando-se o volume de água pluvial consumido diariamente que, dependendo da precipitação pluviométrica, pode ser menor do que a demanda de água pluvial.

14 Metodologia Correlações Análise paramétrica Simulações realizadas para todas as combinações de área de captação, demanda de água potável, demanda de água pluvial e número de moradores Volumes de reservatórios e demandas de água potável Potenciais de economia de água potável e os volumes de reservatório de água pluvial Volumes de reservatórios e a fração que representa a relação entre a demanda e a disponibilidade de água pluvial em base anual

15 Resultados Período considerado e precipitação pluviométrica para cada cidade Cidade Período considerado Precipitação média Total Dias Anos (mm/ano) Itaquaquecetuba 1943 a Espírito Santo do 1936 a Pinhal Santos 1937 a

16 Resultados Variação do potencial de economia de água potável em função do volume do reservatório e da demanda de água pluvial em Itaquaquecetuba captação de 5m 2, duas pessoas 2 1% 2% 3% 4% 5% 6% 5 7% % 2 9% 25 31% Potencial de economia de água potável (%) Volume do reservatório (1 litros) Potencial de economia de água potável (%) Volume do reservatório (1 litros) (a) 5 litros per capita/dia (b) 3 litros per capita/dia

17 Resultados Variação do volume do reservatório em função das demandas de água potável e pluvial, da área de captação e do número de pessoas para residências localizadas em Itaquaquecetuba Volume do reservatório (1 litros) litros per capita/dia 35 1 litros per capita/dia 15 litros per capita/dia 2 litros per capita/dia 3 25 litros per capita/dia 3 litros per capita/dia Volume do reservatório (1 litros) Demanda de água pluvial (% da demanda de água potável) Captação de 5 m 2 e duas pessoas Demanda de água pluvial (% da demanda de água potável) Captação de 5 m 2 e quatro pessoas Volume do reservatório (1 litros) Volume do reservatório (1 litros) Demanda de água pluvial (% da demanda de água potável) Demanda de água pluvial (% da demanda de água potável) Captação de 4 m 2 e duas pessoas Captação de 4 m 2 e quatro pessoas

18 Resultados Variação da economia de água potável em função das demandas de água potável e pluvial, da área de captação e do número de pessoas para residências localizadas em Itaquaquecetuba 5 litros per capita/dia 1 litros per capita/dia 15 litros per capita/dia Economia de água potável (%) Economia de água potável (%) Demanda de água pluvial (% da demanda de água potável) Captação de 5 m 2 e duas pessoas Demanda de água pluvial (% da demanda de água potável) Captação de 4 m 2 e duas pessoas 1 2 litros 1per capita/dia 25 litros per capita/dia 3 litros per capita/dia Economia de água potável (%) Economia de água potável (%) Demanda de água pluvial (% da demanda de água potável) Captação de 5 m 2 e quatro pessoas Demanda de água pluvial (% da demanda de água potável) Captação de 4 m 2 e quatro pessoas

19 Resultados Correlação entre volume do reservatório e demanda de água potável 35 Volume do reservatório (1 litros) Demanda de água potável (litros per capita/dia) Cada demanda de água pluvial (de 1 a 1% da demanda de água potável) R 2 =,1 a,3225 Separação dos resultados por número de moradores e por demanda de água pluvial, para as três cidades conjuntamente (R 2 =,3 a,3866) e para cada uma (R 2 =,13 a,8884)

20 Resultados Correlação entre volume do reservatório e demandas de água potável e pluvial por número de pessoas Volume do reservatório (1 litros) Demanda de água potável (litros per capita/dia) 2 1% 2% 3% 4% 5% Volume do reservatório (1 litros) 2 6% 5 7% % 2 9% 25 31% Demanda de água potável (litros per capita/dia) Volume do reservatório (1 litros) Itaquaquecetuba - duas pessoas Volume do reservatório (1 litros) Itaquaquecetuba - quatro pessoas Demanda de água potável (litros per capita/dia) Demanda de água potável (litros per capita/dia) Santos - duas pessoas Santos - quatro pessoas

21 Resultados Correlação entre volume do reservatório e demandas de água potável e pluvial por área de captação para as três cidades conjuntamente Volume do reservatório (1 litros) % 2% 3% 4% 5% Volume do reservatório (1 litros) 2 6% 5 7% % 2 9% 25 31% Demanda de água potável (litros per capita/dia) Demanda de água potável (litros per capita/dia) Volume do reservatório (1 litros) Captação de 5 m 2 Captação de 1 m Demanda de água potável (litros per capita/dia) Demanda de água potável (litros per capita/dia) Captação de 2 m 2 Captação de 4 m 2 Volume do reservatório (1 litros)

22 Resultados Correlação entre potencial de economia de água potável e volume do reservatório Economia de água potável (%) y = 4,762x R 2 =, Volume do reservatório (1 litros)

23 Resultados Correlação entre economia de água potável e volume do reservatório por número de pessoas Economia de água potável (%) Economia de água potável (%) Itaquaquecetuba - duas pessoas Santos - duas pessoas y = 4,856x R 2 =, Volume do reservatório (1 litros) y = 8,527x R 2 =, Volume do reservatório (1 litros) Economia de água potável (%) Economia de água potável (%) Itaquaquecetuba - quatro pessoas Santos - quatro pessoas y = 4,475x R 2 =, Volume do reservatório (1 litros) y = 5,8288x R 2 =, Volume do reservatório (1 litros)

24 Resultados Correlação entre economia de água potável e volume do reservatório por área de captação e número de pessoas para Itaquaquecetuba Economia de água potável (%) y = 4,9591x R 2 =,5523 Economia de água potável (%) y = 4,5821x R 2 =, Volume do reservatório (1 litros) Volume do reservatório (1 litros) Captação de 5 m 2 e duas pessoas Captação de 5 m 2 e quatro pessoas Economia de água potável (%) y = 6,451x R 2 =, Economia de água potável (%) y = 4,7349x R 2 =, Volume do reservatório (1 litros) Volume do reservatório (1 litros) Captação de 4 m 2 e duas pessoas Captação de 4 m 2 e quatro pessoas

25 Resultados Correlação entre volume do reservatório e a fração F 35 Volume do reservatório (1 litros) Fração F

26 Resultados Correlação entre volume do reservatório e a fração F Volume do reservatório (1 litros) Volume do reservatório (1 litros) Fração F Fração F 2% 3% Volume do reservatório (1 litros) Volume do reservatório (1 litros) Fração F 4% 5% Fração F

27 Conclusões Todos os parâmetros considerados influenciam no dimensionamento do reservatório para fins de armazenamento e aproveitamento de água pluvial; Não existe boa correlação entre o volume dos reservatórios e a demanda de água potável; Não existe boa correlação entre o potencial de economia de água potável e o volume do reservatório; Através da correlação entre o volume dos reservatórios e a fração da demanda pela disponibilidade de água pluvial, verificou-se uma grande variação dos volumes dos reservatórios nos casos em que a demanda é inferior ou igual à disponibilidade de água pluvial; Para garantir a eficiência de um sistema de aproveitamento de água pluvial, o reservatório para armazenamento de água pluvial deve ser dimensionado para cada caso específico, considerando a precipitação pluviométrica do local, a área de captação, o número de moradores, a demanda de água potável e a demanda de água pluvial.

28 Conclusões Limitações do trabalho Uso de um número reduzido de cidades (apenas três) para a realização do estudo; Não validação do algoritmo e dos resultados através de experimentos de campo. Sugestões para trabalhos futuros Aplicar o método proposto neste trabalho em outros tipos de edificações, tais como edifícios comerciais e públicos, industriais e residenciais multifamiliares; Realizar a mesma análise para um número maior de cidades com maior variação da precipitação pluviométrica; Utilizar outros métodos ou algoritmos para determinar os volumes de reservatórios e potenciais de economia de água potável; Validar, experimentalmente, o algoritmo utilizado.