Escolha de Cisternas para Captação de Água de Chuva no Sertão

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1 Escolha de Cisternas para Captação de Água de Chuva no Sertão Introdução por Terry Thomas1 Esta Conferência coincide com o início de um grande programa para a colheita da água de chuva de telhados residenciais na região Semi-Árida Brasileira (SAB) o Programa de Um Milhão de Cisternas (P1MC). Este programa se baseia em experiências extensivas brasileiras de técnicas de captação de água de chuva experiências que culminaram na 9ª Conferência Internacional de Sistemas de Captação de Chuva, realizada em Petrolina-PE, em O Sertão é uma região de precipitação pluviométrica cuja incerteza é imposta por um nível considerado baixo. Assim, nesta região, a falta de água periódica tem sido há muito tempo um assunto de importância pessoal, econômica e política. Água superficial é reduzida e sem confiabilidade. Condições geológicas não são favoráveis ao desenvolvimento de recursos hídricos subterrâneos. Assim, o transporte periódico de água potável com carros pipas tem sido uma característica da região. A captação de água de chuva é uma técnica para fornecimento de água com potencial para resolver os problemas com abastecimento de água no Sertão e, consequentemente, uma tecnologia-chave. Infelizmente, embora a captação de água de chuva seja mais fácil de se por em prática do que as alternativas principais, ela não pode oferecer 100% de segurança hídrica, porque necessitaria da instalação de cisternas enormes, com capacidade de, talvez, 50 m 3 por residência. Este trabalho trata da seleção de cisternas para armazenamento de água de chuva, com respeito à capacidade e desenho, no contexto do SAB. O custo da construção de cisternas varia entre 50 % e 85 % de um sistema de captação de água de chuva. Então, a escolha certa influencia diretamente na viabilidade financeira de tais sistemas. Análise do benefício que uma família receberia com a instalação de um sistema doméstico de captação de água de chuva Um sistema de captação de água de chuva fornece água em quantidade que depende do clima, da área de captação do telhado, do tamanho da cisterna e dos hábitos de consumo de água daquela cisterna. Uma medida do benefício num ano é a quantidade d água consumida - volume, V. Uma outra medida é a confiabilidade, W, da água a fração dos dias no ano em que as necessidades hídricas da família são atingidas. Geralmente, uma estratégia de uso que maximiza volume é diferente de uma que maximiza confiabilidade: volume e confiabilidade estão, até certo ponto, em conflito um com o outro. Então, é desejável tentar definir uma medida do valor, B, d água, que leve em conta tanto o volume como a confiabilidade. Uma maneira de certo modo arbitrária é definir dois fatores de peso F e G para volume e confiabilidade, respectivamente, definindo o benefício anual como B = F V + G W. Uma alternativa mais real é atribuir valores diferentes para água conforme as épocas do ano. Então, um litro no verão = estação seca poderia ter o valor igual a quatro litros no inverno = estação chuvosa. Claro, esta maneira exige que definamos as estações, por exemplo, chamando de estação seca qualquer dia seguindo pelo menos um mês com chuva insignificante. Se for realista, uma valorização tão alta de água no verão deveria conduzir os consumidores a seguir uma estratégia para aumentar a oferta no verão por meio do sacrifício parcial de consumo no inverno. Uma versão extrema daquela estratégia seria não gastar água da cisterna durante o inverno, para, assim, maximizar a quantidade que sobra para o verão. Uma terceira alternativa é a que parece refletir bem a realidade no Sertão. Ela atribui valor, por exemplo, aos primeiros 4 litros per capita por dia (lcd) muito alto; aos próximos 4 litros não tão alto; aos próximos 4 litros como valor padrão e a quaisquer litros além de 12 por dia, um valor baixo. Tal valorização seria refletida por uma estratégia de uso que variasse a quantidade retirada de uma cisterna conforme o volume restando na cisterna. Vamos usar como exemplo uma casa com uma área de telhado de 50 m2 na região de Petrolina, onde a chuva média é de, aproximadamente, 500 mm por ano. Ainda com uma cisterna enorme, só daria para se captar, aproximadamente, 60 litros por dia; então, vamos tratar como oferta d água nominal. Poderíamos gerenciar e valorizar a oferta da seguinte maneira: penalizando a não confiabilidade (cisterna vazia) com um custo significante.

2 Tabela 1: Estratégia de manejo e valorização usada para modelamento de desempenho Conteúdo Cisterna da Retirada (litros por dia) Valorização litros padronizados Benefício total em litros padronizados Vazia 0-50 Opção de multa Menos de 25% cheia 20 5 x % cheia x % cheia x Mais de 75% cheia x Seca um período de estiagem severa é uma preocupação concreta no Sertão. É, provavelmente, impossível que um sistema de captação de água de chuva doméstico possa garantir água no mês mais seco do ano mais seco e algum tipo de reserva back-up seria necessário. O cenário pior é que um seca grande castigue a região inteira ao mesmo tempo, requerendo uma frota grande de carros pipas para ficar em estado de alerta. Um cenário mais ameno é que uma seca grande é mais localizada, não atingindo todos os estados ou municípios ao mesmo tempo e, assim, permitindo uma frota menor de carros pipas de reserva. Em termos de modelamento (para prever desempenho) temos a escolha de um único cálculo médio de muitos anos, ou vários cálculos dos anos mais chuvosos, médios, e mais secos na última década. Para simplicidade, as previsões neste trabalho são médias anuais baseadas nas precipitações nos últimos 10 anos. Escolhendo a dimensão das cisternas Podemos dimensionar a cisterna para dar um desempenho específico ou para maximizar a relação benefício - custo. Um exemplo do primeiro é um sistema que pode fornecer uma média de 60 litros por dia (pode significar 60 litros todos os dias, ou 90 litros per capita por 2/3 dos dias ou muitas outras combinações). Tanto as organizações não governamentais (ONGs) como os governos gostam da idéia de atingir um desempenho específico, mas isto sempre acompanha uma filosofia de racionalização onde nem todos os beneficiários potenciais podem receber estes sistemas. A maximização da relação benefício custo tem um objetivo diferente, especificamente na identificação de qual dimensão de cisterna corresponde ao benefício máximo total quando um valor x de dinheiro é investido. No contexto doméstico de captação de água de chuva, dimensionar sistemas para fornecer um desempenho específico quase sempre tem como resultado a instalação de uma quantidade de sistemas menor do que se fossem dimensionados para maximizar o benefício total. Qual a estratégia a ser utilizada é sempre uma decisão política, compartilhada entre as famílias e quem está promovendo a tecnologia. Também, depende da fração de subsídio do custo total um subsídio alto sugere um orçamento mais ou menos fixo que favorece o uso de maximização de benefícios (por exemplo, construir cisternas menores). Uma fração com subsídio baixo significa que o total dos recursos aumenta com o número de famílias; isto favorece o uso de desenho com desempenho específico (cisternas maiores). Infelizmente, sistemas domésticos de captação de água de chuva não favorecem um investimento em etapas, onde sistemas inicialmente construídos para um desempenho específico baixo (cisternas pequenas) são aumentados posteriormente com o aumento da capacidade. Há várias razões pelas quais os resultados no investimento adicional são mais baixos do que no investimento inicial. Todavia, é mais econômico instalar uma cisterna de tamanho padrão do que duas cisternas de metade deste tamanho. Normalmente, para cada aumento de 1 % no volume, o aumento no custo da cisterna é só de 0,65%, devido à economia de escala de construção. Vamos agora fazer um cálculo específico, que seja representativo, para que possamos colocar o benefício (média dos últimos 10 anos de litros padrão, já definido, por família por dia) contra o tamanho da cisterna. Vamos supor que a família gaste a água com prudência conforme a estratégia descrita na Tabela 1. A Figura 1 mostra o efeito de variação do tamanho da cisterna de 420 litros (7 dias de escoamento médio) até litros (225 dias). O gráfico mostra cinco medidas de desempenho modulado. Estas são: O Volume de água fornecido durante 10 anos como fração da correnteza do telhado durante aquele tempo; A Confiabilidade, definida como fração dos dias em que a cisterna não está vazia; O Valor ou benefício da água captada, expresso como uma fração do valor ideal (que corresponde a 60 litros por dia todos os dias dos 10 anos). Valor 1 é calculado sem aplicação de uma multa quando a Nota

3 cisterna fique vazia. Valor 2 é calculado usando uma multa significante como uma maneira de punir a falta de confiabilidade. Uma relação (Valor 1:Custo) para comparar investimentos diferentes. Embora o cálculo tenha sido feito para um certo local, tamanho de telhado e estratégia de manejo, ainda mostra as escolhas que têm que ser feitas em qualquer lugar no Sertão. Particularmente, mostra que um aumento no tamanho da cisterna melhora o desempenho (Volume, Confiabilidade, Valor) mas causa um aumento ainda maior no custo da cisterna. Então, a cisterna menor ( 7 dias ) mostra a melhor relação Valor: Custo. Assim, para um certo orçamento total, um programa para instalar muitas cisternas menores (420 litros) daria quatro vezes mais benefício do que um Programa para instalar menos cisternas grandes ( litros). Se aplicarmos a multa pela falta de oferta (cisterna vazia), a cisterna pequena tem um desempenho pior, enquanto nas cisternas maiores tem pouco efeito. Temos que decidir qual critério utilizar dos cinco apresentados e qual desenho do modelo. No clima do Sertão, é necessário uma cisterna muita grande por exemplo, litros para obter um desempenho razoável. Observe-se que no modelamento temos colocado o nível mais baixo de consumo de água como somente 20 litros por dia. Um nível maior é só sustentável com um telhado maior do que os 50 m 2 usados nos cálculos. Se os valores de tamanho de cisterna e demanda nominal permanecem fixos, um aumento de 1 % no tamanho do telhado geraria um aumento de 0,5 % em água captada e um aumento menor em confiabilidade. Ao contrário, se a demanda nominal for aumentada em 1 % (para 60,6 litros por dia neste caso) mas o tamanho do telhado e da cisterna permanecerem fixos, o resultado de volume aumentará, mas confiabilidade cairá (ambos em 0,5 %). Então, o proprietário da cisterna pode negociar volume contra segurança com uma mudança na estratégia de manejo da cisterna. Figura 1 : Desempenho x Tamanho da cisterna (Petrolina, telhado 60 m2, ) Desempenho 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Tamanho da cisterna em litros Volume Reliability Value 1 Value 1:Cost Value 2

4 Escolhendo o tipo de cisterna Supondo que durabilidade e segurança fossem satisfatórias, normalmente escolheríamos um tipo de cisterna principalmente com base no custo mínimo. Todavia, existem outros critérios que devemos contemplar, além do que custo mínimo depende do contexto do programa. Os outros tipos de critérios são segurança do modelo, preferência do usuário, sustentabilidade e geração de emprego. Em qualquer programa grande, é prudente assegurar-se contra uma falha geral do programa (devido a alguma falha no modelo escolhido) com o emprego de mais de um modelo. Isto é certamente verídico durante as primeiras etapas de um programa. Um desenhista que afirme antes do teste em larga escala que tal configuração é superior a todas as outras é excessivamente otimista e tolo. A próxima etapa é a escolha pelo usuário. Usuários são diferentes em suas necessidades e suas circunstâncias, mas, também, são as pessoas com a melhor informação sobre estes assuntos. Muitos programas ao longo dos últimos 30 anos têm imposto uma única tecnologia subsidiada em cima dos usuários. Em quase todos os casos sendo em agricultura, água, saneamento, saúde tais programas têm um desempenho baixo ou terminaram antes do tempo sendo um fracasso. Os desenhistas de programas ignoram as preferências dos usuários por seu próprio risco. A chance de escolha e a educação dos usuários sobre como poderão exercitar tal escolha em nível de família ou comunidade, chegaram, com toda razão, a se tornar um dos pré-requisitos para projetos de desenvolvimento obterem êxito. A palavra Sustentabilidade tem muitos sentidos, variando de equidade entre gerações, ser acessível ou poder de multiplicidade. Quase nenhum programa de intervenção permanece por décadas. Então, a forma mais segura de sucesso é ter introduzido alguma inovação que continua e se multiplica após o fim do período de intervenção. (O programa da jarra de água de chuva na Tailândia é um bom exemplo). Este estado desejável requer produção, seleção de modelo e manutenção para serem absorvidos pelos processos da comunidade receptora, se estes processos foram no nível das famílias, do comércio ou governamental. Podemos associar sustentabilidade simplesmente como viabilidade econômica (os benefícios são maiores do que os custos), embora exista uma longa lista de outros critérios que são objetos de discussão por economistas e tecnologistas apropriados. Sem dúvida, alguns são importantes para o Sertão. Geração de emprego é um assunto central em comunidades carentes. Tecnologias novas como Captação de Água de Chuva Doméstica (CACD), que custam dinheiro, têm que ser pagas, sendo a maior parte de seu valor adicional gerada dentro da própria comunidade (com pedreiros locais) ou através da ajuda na produção de alguma outra parte da economia local (por exemplo, economizando tempo). Este requisito, muitas vezes, está em conflito com os interesses dos promotores da tecnologia. Finalmente, podemos notar que cada agente de promoção tem interesses que vão além do fornecimento de água. Organizações Não Governamentais (ONGs), muitas vezes, usam o fornecimento de água como carro chefe para objetivos como mobilização da comunidade ou valorização das mulheres. Políticos, obviamente, precisam de votos, etc. Estes interesses são normais, mas o sucesso de qualquer programa de intervenção será aumentado, se estes interesses forem reconhecidos por ambas as partes, os promotores e os usuários. A maneira como a acessibilidade da tecnologia depende das circunstâncias do programa é, ao mesmo tempo, óbvia e sutil. É óbvia com respeito aos custos dos componentes como mão-de-obra e transporte. A cisterna mais barata (escolhida entre vários modelos) numa área urbana será diferente daquela numa área rural afastada, onde a relação de custos de material contra custos de mão-de-obra é mais alta. O custo de permanecer no local por vários dias enquanto o concreto endurece é mais barato para um prático local do que para o supervisor de construção vindo da cidade. Os méritos de produção em quantidade tipo fábrica depende das circunstâncias do programa. Na teoria, produção assim oferece vantagens de dois tipos: escala e controle de qualidade (o resultado sendo economia substancial em materiais). Na prática, o custo de transportar um produto do tamanho de uma cisterna para um local rural pode ser maior do que qualquer economia no custo de construção. Por exemplo, na Austrália tanques enormes para captação de água de chuva são transportados ou montados no local por máquinas complicadas tipo carretas. Na Tailândia e Camboja, muitas vezes, empregam-se vários jarros de água (cada um de litros) em paralelo, porque este é o maior tamanho que pode ser transportado facilmente das fábricas de jarros de cidades próximas. Ao contrário, na África e Sri Lanka, quase todos os tanques / cisternas são construídos no

5 local. Há um interesse crescente na produção em massa de componentes transportáveis, como placas, ou na zona urbana ou numa localidade onde muitas sistemas de captação de água de chuva estão em construção ao mesmo tempo. Comparação de custos para prováveis tipos de tanques Foi feito um exercício para comparar tanques de diferentes partes do mundo e calcular o custo para, assim, ajudar aqueles envolvidos no emprego de Sistemas de Captação de Água de Chuva a fazer uma escolha informada. Tais escolhas são complicadas pelo fato de que custos de material, mão-de-obra, renda per capita, moedas e câmbios variam de um local para outro. O custo de armazenamento por litro cai à medida que o tamanho do tanque aumenta. Para levar em conta esta variabilidade, houve um esforço para normalizar os números. Calculou-se o custo de 8 tipos de tanques para cada um dos três países: Uganda, Sri Lanka e Brasil, usandose notas de material dos desenhos e custo de material de cada país no ano 2000/2001. Apenas os dados do Brasil são mostrados aqui. Todos os custos foram convertidos para uma equivalência de 5 m 3, usando-se sensibilidade para o tamanho de 0,6. Os tanques em consideração são de 4 países em 3 continentes. Os países são Quênia e Uganda (África), Sri Lanka (Ásia) e Brasil (América do Sul). Os tanques são listados na Tabela 2 e os custos finais estão na Figura 2. Tabela 2: Tanques usados no exercício de custo Nome do Tanque Tamanho do tanque Fonte de informação 1 Tanque PBG litros (tamanho variável) 2 Tanque de Ferro cimento 3 Jarro pequeno de tijolo DTU Technical Release e litros Eric Nissen-Peterson, ASAL, Kenya (Nissen- Petersen & Lee, 1990) 750 litros DTU Technical Release 07 (Rees & Whitehead, 2000a) 4 Tanque de lona litros ACORD, Uganda e DTU página do internet 5 Ferrocimento Tanque Pumpkin 6 Tanque de Alvenaria, subterrânea litros Lanka RWH Forum e CWSSP Relatórios, Sri Lanka (Hapugoda, 1995) litros Lanka RWH Forum e CWSSP Relatórios, Sri Lanka (Hapugoda, 1995) 7 Cisterna de placas e litros Johann Gnadlinger, IRCSA. Data de Juazeiro, Bahia, 1998 (Gnadlinger, 1999) 8 Cisterna de cal e tijolo e litros Johann Gnadlinger, IRCSA. Data de Juazeiro, Bahia, 1998 (Gnadlinger, 1999)

6 Figura 2 : Custos totais por tanque de litros usando custos de materiais e mão-de-obra brasileiros. (Custo de material é mostrado com barra escura; mão-de-obra com barra clara. Câmbio é UK 1 = R Brasil 4 ) Tarpaulin Tank Cement Plate Cistern Brick Lime Cistern Partially Below Ground Tank Brick Tank Below Ground Brick Tank Pumpkin Tank Ferrocement tank Como pode ser visto, o custo de construção dos tanques difere por um valor considerável: O tanque de ferro-cimento tradicional foi o pior, devido, provavelmente, ao desenho do Quênia ser velho e conservador; desenhos atuais brasileiros deveriam ser mais baratos; O tanque Pumpkin, também de concreto, parece fornecer economia pela sua forma mais otimizada, desenho mais recente e moldura (forma) que pode ser reutilizada; O tanque parcialmente subterrâneo fornece boa economia, com redução de uso de material e custos de mãode-obra similares aos de outros tanques; Os tanques de tijolos mostram alguma economia em materiais, mas o custo um pouco maior com mão-deobra favorece países onde a mão-de-obra for barata; O tanque mais barato é o de lona, devido ao uso extensivo de materiais locais de graça para a sua estrutura, sua construção rápida e a maneira que emprega o chão como estrutura principal; A cisterna de placas é, também, uma opção econômica, especialmente em países com cimento barato, como o Brasil. Sua construção única, usando seções controladas de concreto montado no local resulta na redução considerável da espessura da parede. Outras variações neste tema incluem tanques cilíndricos montados a partir de seções pré-fabricadas de altura completa, e tanques esféricos montados a partir de placas pentagonais. Na situação onde a mão-de-obra seja fornecida pela família ou comunidade beneficiada, basta comparar apenas os custos de materiais que para cada tipo de tanque, são maiores do que os custos de mão-de-obra nos países em vias de desenvolvimento. Conclusões Em qualquer grande programa de captação de água de chuva, a seleção de modelos de tanques é uma tarefa importante do ponto de vista técnico e econômico. Não é prudente padronizar um único modelo e tamanho, porque as vantagens aparentes de custos são menores do que a flexibilidade, os riscos são menores e o compromisso do consumidor que alguma escolha permita. Sucesso num programa doméstico de captação de água de chuva deve ser medido não apenas pelo seu impacto imediato, mas, também, por como ele estabelece uma capacidade a longo prazo para construir e manter sistemas acessíveis. O Sertão é caracterizado por precipitação tão baixa e variável que áreas de captação de telhados e cisternas terão que ser grandes se a maior parte das necessidades de água tiverem que ser atendidas pela água do telhado. Ainda, um sistema de captação de água de chuva utilizando um telhado de 50 m 2 e uma cisterna de litros, necessitará de uma outra fonte de água. Já possuindo a cisterna talvez facilite esta outra fonte. Ainda mais, num ano seco, com precipitação de apenas 300 mm, é necessário limitar a oferta diária de água para menos de 0,7 litro por metro quadrado de telhado. Na prática, o limite econômico é de, mais ou menos, 0,5 litro/m 2.

7 O dimensionamento de tanques requer que o critério de desempenho seja decidido. As duas principais aproximações são ou maximizar o benefício de um investimento total ou definir um nível de desempenho e tamanho de tanque para combinar com o investimento. Usar o primeiro critério tem como resultado a seleção de tanques bem menores do que o uso do segundo critério. Existem muitos modelos de tanques disponíveis, dos quais vários tipos já estão bem difundidos no Nordeste do Brasil. Os dois modelos que indicam maior promessa para custo baixo são o buraco revestido com lona e o tanque de superfície com segmentos pré- fabricados. (*)Esse trabalho foi traduzido por Elizabeth Szilassy