ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICA DO USO DO CARNEIRO HIDRÁULICO NO APROVEITAMENTO DE ÁGUAS CINZA EM RESIDÊNCIAS

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1 ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICA DO USO DO CARNEIRO HIDRÁULICO NO APROVEITAMENTO DE ÁGUAS CINZA EM RESIDÊNCIAS STUDY OF THE TECHNICAL FEASIBILITY OF USING HYDRAULIC RAM TO REUSE RESIDENTIAL GRAY WATER RESUMO ROSSETTO, Leonardo Stefanato 1 DEBONA, Lorena Rosseto 2 TORRES, Herbert 3 A preocupação com a preservação dos recursos hídricos devido ao rápido crescimento populacional e o desenvolvimento das indústrias nos centros urbanos, tem se tornado essencial para o futuro das próximas gerações. Dessa forma, cresce entre a população a busca por práticas de conservá-la e usá-la de forma consciente, por isso, o objetivo desse trabalho é analisar a viabilidade do uso do carneiro hidráulico como bomba para recalque de águas cinza oriundas dos banhos e das máquinas de lavar roupa em residências, permitindo a elevação da água com a energia gerada pelo próprio líquido. A metodologia usada foi estudar o equipamento por meio de revisão bibliográfica e realizar testes técnicos para avaliar se há funcionamento adequado de acordo com as propriedades da água. Os resultados pretendidos são que o carneiro hidráulico funcione de forma adequada e seja viável tecnicamente o seu uso nas residências.nessa toada, deve-se concluir que diante da necessidade atual de utilizar racionalmente os recursos naturais, com notoriedade para a água, o reuso de águas cinza com a utilização do carneiro hidráulico pode ser uma solução de grande eficiência já que não há uso de energia ou outras fontes energéticas custosas, como também o baixo custo do equipamento. Palavras-chave: reutilização deáguas-cinza; carneiro hidráulico; sustentabilidade; bombeamento de águas-cinza. ABSTRACT The concern about the preservation of water resources due to the rapidpopulation growth andindustriesdevelopment in urban centers has become essential to the future ofthe next generations. Thus, grows among the population the search for more judicious use and conservation of them, therefore the objective of this study is to analyze the feasibility of using hydraulic ram as a pump to pump the grey water from the baths and washing machines in residences, allowing the water elevation with the gravitational potential energy generated by water itself. The methodology used consisted of studying the equipment through bibliographic reviews and perform 1 Graduando do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário São Camilo-ES, leonardosr2013@outlook.com; 2 Graduando do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário São Camilo-ES, lorena_debona@hotmail.com; 3 Professor Orientador: Mestre,Centro Universitário São Camilo-ES, herberttorres@saocamilo-es.br

2 2 technical tests to assess whether the functioning is appropriate with the grey water properties. The expected results are that the hydraulic ram work properly and be technical feasible to be used in residences. Accordingly, the conclusion taken is that given the current necessity for rational useofnatural resources, mainly the water, the reuse of grey water using the hydraulic ham, as a pump can be an efficient solution considering that external energy sources are not required along with the low cost of this equipment. Keywords:Grey Water Reuse; Hydraulic Ham; Sustainability; Grey Water pumping. 1. INTRODUÇÃO A água é um bem imprescindível para que haja vida no planeta, além de ser essencial para o desenvolvimento, higiene e bem estar dos seres que aqui habitam. Porém, com o crescimento populacional e concentração dessa população nos centros urbanos, o consumo desse bem aumentou de forma significativa ea procura pela água passou a exceder a quantidade disponível sendo necessário buscar por alternativas de preservar esses recursos. A falta ou a precariedade do acesso à água representa situação de risco que propicia aumento da incidência de doenças infecciosas agudas e da prevalência de doenças crônicas (RAZZOLINI; GUNTHER, 2008). Sendo um bem essencial, indispensável à vida, a água deve, em princípio, ser servida a cada pessoa indistintamente, a menos que se detectem boas razões, eticamente sustentáveis, para agir de outro modo (PONTES; SCHRAMM, 2004) Portanto, pensar em soluções para preservar a água potável se torna cada vez mais urgente e necessário. Por isso, o conceito de substituição de fontes se mostra como a alternativa mais plausível para satisfazer as demandas menos restritivas, liberando as águas de melhor qualidade para usos mais nobres, como o abastecimento doméstico(hespanhol, 2002). Diante disso, uma das alternativas é reutilizar as águas cinza geradas em uma resistência. De acordo com May (2009), essas águas podem ser utilizadas no consumo não potável em uma residência, como por exemplo, em bacias sanitárias, em torneiras de jardins e na limpeza de calçadas, desde que seu uso não ofereça risco a saúde dos usuários. Contudo o termo substituição de fontes não se enquadra só para água, mas também para energia. Buscando preservar ainda mais os recursos naturais, o

3 3 presente trabalho tem como objetivo o reaproveitamento de águas cinza em edificações com o auxílio do carneiro hidráulico. Ou seja, as águas de reuso chegariam aos pontos de utilização sem custo energético. Isso porque, além de influenciar na redução do consumo de água, a redução das perdas e o uso racional atuam diretamente no custo de energia elétrica, visto que, com a diminuição do volume de água recalcada e o uso racional, haverá uma diminuição no consumo de energia elétrica (TSUTYIA, 2001). 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. ÁGUA POTÁVEL A água potável limpa, segura e adequada é vital para a sobrevivência de todos os organismos vivos e para o funcionamento dos ecossistemas, comunidades e economias (ONU, 2010). Porém, com o aumento desordenado da população mundial, o desenvolvimento das atividades agrícolas e industriais, a qualidade e a quantidade desse recurso estão cada vez mais ameaçadas. A problemática da escassez ganha notoriedade mundial e poderá vir a comprometer gerações futuras se não houver conscientização e mudança de hábitos (PERTEL, 2009). Ainda segundo a autora, cerca de 70% da água doce do mundo é consumido na agricultura. O consumo doméstico é responsável por 23% e a indústria com cerca de 7%. Apesar de ¾ da terra estar coberta por esse líquido vital, menos de 1% encontra-se em rios, lagos e pântanos (VILLIERS, 2002), ou seja, uma pequena porcentagem da água existente no planeta é própria para o consumo humano, fazendo com que grande parte da população mundial viva sem acesso a esse bem. Além disso, a má distribuição populacional é outro fator agravante. De acordo com Mancuso e Santos (2003), no Brasil se localizam as mais extensas bacias hidrográficas do planeta. No entanto, muitas delas estão distantes dos principais centros populacionais e industriais do país. Pelo menos 8% da reserva mundial de água doce estão no Brasil, sendo que 80% destes encontram-se na Região Amazônica e os 20% restantes concentram-se nas regiões onde vivem 95% da população brasileira (MANCUSO; SANTOS, 2003).

4 4 Outro fator agravante são as perdas, segundo Pertel (2009), no Brasil, cerca de metade da água que é retirada dos mananciais são perdidas em vazamentos, fraudes e submedições. Essas deficiências no sistema ocasionam a perda física da água, uma vez que, essas águas não podem ser aproveitadas ou reaproveitadas. Contudo, mais grave que as perdas são os desperdícios, isso porque os desperdícios compreendem claramente a negligência dos usuários, pois são perdas perfeitamente evitáveis. É notório que o ser humano precisa de água para se desenvolver e para desenvolver suas atividades, contudo, a qualidade da água usada afeta diretamente a saúde humana. Segundo a ONU (2010), a disponibilidade de recursos hídricos está ligada à qualidade da água, já que a poluição das fontes de água pode coibir diferentes tipos de usos. O aumento do despejo de esgoto não tratado, combinado ao escoamento agrícola e as águas residuais inadequadamente tratadas da indústria, resultaram na degradação da qualidade da água em todo o mundo. Em 2015, a ONU aprovou os 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável que devem ser cumpridos até 2030, sendo que o objetivo diz Assegurar a disponibilidade e gestão sustentável da água e saneamento para todos. Esse objetivo prevê ações para garantir que o acesso a água potável e ao saneamento básico seja possível a todos. Portanto, a necessidade de controle e uso sustentável dos recursos naturais tem se mostrado fundamental, isso porque, a escassez e a má qualidade desses recursos tornaram-se um problema bem próximo à realidade humana. Por isso, surge a necessidade de buscar por soluções que visam minimizar os impactos causados pela falta desse recurso REÚSO DE ÁGUA A escassez de água potável, os conflitos associados aos usos múltiplos e a cobrança pelo uso vem pressionando a tomada de decisões que envolvam o tratamento de água, esgoto e resíduos e o reuso de água (BERTONCINI, 2008). O reuso parte do princípio que nem toda a água consumida nos edifícios necessita de ser potável. Dessa forma, ocorre a preservação de água de melhor qualidade para fins potáveis e uma redução da geração de esgotos sanitários (PERTEL, 2009).

5 5 A situação dos recursos hídricos em diversos países apresenta um desafio enorme para os responsáveis pela sua gestão (PALMIER, 2001), e isso ocorre porque em muitas regiões, a quantidade de água disponível não é suficiente para suprir a demanda. Nesse sentido, para osrecursos hídricos serem suficientes para atender as necessidades da população, esses deverão ser aproveitados de uma maneira mais efetiva do que os são atualmente. A água potável é largamente utilizada em chuveiros, lavatórios, pias, máquinas de lavar roupas, bacias sanitárias, irrigação de jardins, lavagem de pisos, calçadas e em edificações em geral e descartada após o uso. Uma das finalidades do reuso é evitar a utilização de água potável em casos onde não existe a necessidade (CAMPOS, 2009). No Brasil, de acordo com Hespanhol (2002), possui uma série de aplicações potenciais para o reuso da água. Um dos instrumentos para restaurar o equilíbrio entre oferta e demanda de água é o uso, para fins não potáveis, de efluentes tratados na agricultura e nas áreas urbanas. Dessa forma, seria possível atender as necessidades industriais e recarregar os aquíferos. Contudo, para isso acontecer, é preciso promover o reuso de água, desenvolvendo práticas que sejam viáveis social e economicamente, além de seguras para a população e para o meio ambiente. O consumo de água residencial pode constituir mais da metade do consumo total de água nas áreas urbanas (GONÇALVES; SIMÕES; WANKE, 2010). As condições climáticas, o valor da tarifa, a renda familiar, o tamanho do imóvel, a faixa etária e a quantidade de moradores são os principais fatores que contribuem para a quantidade de água consumida em uma residência. De acordo com Santos (2002), a adoção de medição individualizada para edifícios, ou seja, a implantação de um hidrômetro para cada residência, em que os respectivos moradores vão arcar com aquilo que consomem é uma medida que pode ocasionar a diminuição do consumo. Outra medida que pode favorecer a redução do consumo é a implementação de sistemas para o reuso das águas cinza originadas nessas residências. Segundo Gonçalves, Simões e Wanke, (2010), essa medida pode resultar em uma redução de mais 20% do consumo de água potável. Os problemas associados ao reuso urbano não potável são, principalmente, os custos elevados de sistemas duplos de distribuição, dificuldades operacionais e riscos potenciais de ocorrência de conexões cruzadas (HESPANHOL, 2002). Porém,

6 6 ainda segundo o autor, conservar água potável para usos mais nobres pode adiar ou eliminar a necessidade de desenvolvimento de novos mananciais, para abastecimento público ÁGUAS CINZA As águas cinza são os esgotos provenientes de lavatórios, chuveiros, banheiras e máquinas de lavar roupas. Essa distinção dos outros tipos de esgotos é devido à diferença significativa de características entre eles, no qual as águas cinza contêm muito menos organismos patogênicos por tratar-se de águas de lavagem (CAMPOS, 2009). Nas residências essas águas de reuso podem ser usadas para fins não potáveis, como em descargas de bacias sanitárias, lavagem de áreas externas como varandas e calçadas e para irrigação de jardins, desde que seus parâmetros físicos, químicos e biológicos estejam dentro dos critérios recomendados para tal uso. De acordo com May (2009), as águas cinza apresentam um grande potencial de reuso para fins não potáveis, isso porque, diferentemente das águas pluviais, que os volumes de água disponível dependem do índice pluviométrico da região, os volumes de águas cinza são oriundos do consumo de água potável da edificação. De acordo com Fiori, Fernandes e Pizzo (2006),o reuso da água em edificações é perfeitamente possível, desde que seja projetado para este fim, respeitando todas as diretrizes a serem analisadas, ressaltando a importância de evitar que a água reutilizada seja misturada com a água tratada e não permitir o uso da água reutilizada para consumo direto, preparação de alimentos e higiene pessoal. Nesse sentido, de acordo com Gonçalves, Simões e Wanke, (2010), o sistema hidrossanitário deverá ser concebido de forma a coletar separadamente as águas cinza e águas negras. Ainda segundo os autores, a coleta e a condução dessas águas deverá ocorrer por tubulações distintas, assim como os reservatórios de água de reuso e água potável também deverão ser independentes. Vale lembrar que nesse sistema deverá ser previsto a reversão do sistema de reuso para o abastecimento com água potável. Para Bazzarella (2005)é de fundamental importância o conhecimento dos consumos específicos de água que ocorrem nos diversos pontos de utilização de uma residência, dessa forma, será possível identificar onde se deve priorizar as

7 7 ações de conservação do uso da água na edificação. Estudos realizados no Brasil e no exterior mostram que o maior local de consumo em uma residência é o banheiro apresentando mais da metade do consumo de água potável das residências (PERTEL, 2009). Um exemplo de aplicação é a utilização do efluente de lavatórios e chuveiros em descargas de bacias sanitárias. Deste modo a água é aproveitada, pelo menos duas vezes, além de evitar utilizar a água potável onde seu uso é totalmente dispensável (CAMPOS, 2009). A qualidade e concentração de substâncias nas águas cinzas depende das condições locais, como estilo de vida, costumes e produtos químicos utilizados (RÊBELO, 2011). De acordo com May (2009), a qualidade e características das águas cinza em uma residência estão ligadas também as instalações utilizadas, nesse sentido é nítido que há variações nos parâmetros dessa água residual a depender do uso na residência. Essas variações, no entanto, podem ser mensuradas e não são tão diferentes a ponto de não ser possível um denominador comum CONSUMO DE ENERGIA LIGADO Á ÁGUA A energia é algo fundamental para mover a água nos sistemas municipais e privados de tratamento e distribuição, nesse sentido, é coerente a análise dos dois como fatores ligados entre si, e não independentes (PERTEL, 2009). Ainda de acordo com a autora, as perdas e ineficiências no bombeamento da água alteram de forma direta a quantidade de energia necessária para o recalque. Dessa forma, métodos que visem a economia pensando tanto na energia quanto na água podem ter melhores resultados (PERTEL, 2009). De acordo com Alliance Aliança Pra Conservação de Energia (2002), cerca de 2 a 3% da energia consumida no mundo é para o bombeamento de água, e cerca de 25% desse total é gasta em perdas, furtos e no próprio sistema que pode ser superdimensionado ou ineficiente. Por isso, melhorar a eficiência no bombeamento é de importante relevância no tocante a preservação ambiental e para o crescimento sustentável, já que, em muitos países a base energética é constituída por carvão e outros meios não tão adequados para produção de energia.

8 8 Nessa toada, uso de águas cinza em residências familiares reduziria a pressão sobre o sistema de bombeamento e tratamento de água potável, que, associando-se a melhor gestão da tubulação no que diz respeito à prevenção de perdas e furtos, pode ser determinante para um sistema mais eficiente. No Canadá, Austrália e Estados Unidos já há preocupação nesse sentido e até na Índia, em cidades como Indore conseguiu-se um excelente ganho de eficiência apenas gerindo melhor a capacidade já instalada, em Pune, houve instalação de uma parte dos projetos elaborados foi melhor ainda(alliance ALIANÇA PRA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, 2002). Ainda segundo Alliance Aliança Pra Conservação de Energia (2002),um exemplo mais próximo é a cidade de Fortaleza que conseguiu economizar um valor significativo assim que implantou esse sistema, na casa de 5MW em um ano de operação. Portanto, o uso do carneiro hidráulico substituindo as bombas comuns nas residências pode ser de grande valia já que não utiliza energia externa para o seu funcionamento. Contudo, ainda não existe dados disponíveis em abundância no tocante a relação consumo de energia e bombeamento de água, entretanto, considerando os sistemas, principalmente edifícios, espera-se um valor relevante (PERTEL, 2009). Além disso, de acordo com o autor, o consumo energético para a distribuição também varia de acordo com a topografia local, podendo haver diferenças nos resultados. Assim, o uso do carneiro hidráulico pode promover a redução do consumo energético, além da acentuada redução no consumo de água potável, devido ao reaproveitamento das águas cinza CARNEIRO HIDRÁULICO O carneiro hidráulico foi desenvolvido em 1772 por John Whitehurst, porém, precisava de um operador para que funcionasse, esse problema foi resolvido pelos irmãos Montgolfier na França no ano de 1796 quando substituíram o operador por uma válvula automática eliminando a necessidade de abertura manual (LOURENÇONI et al., 2016). Esse sistema automatizado corresponde hoje a uma bomba de sucção adaptada com um parafuso e mola, permitindo que o equipamento executeo que era antes função de um operador. Esse sistema de bombeamento embora muito antigo e melhorado com o passar dos anos ficou, durante certo período, ofuscado pelo surgimento e uso de

9 9 sistemas mais modernos como a bomba convencional movida à energia elétrica ou a combustíveis fósseis. Por isso, de acordo comferreira, Santos e Santos-Rosa (2017), no início do século XX ocorreu o abandono destes equipamentos e desinteresse pela sua otimização. Hoje em dia, devido à crescente escassez dos combustíveis fósseis, aumento do seu custo e preocupações ambientais, reverteu-se essa tendência e verifica-se a necessidade de promover a implementação de sistemas de bombeamento mais eficientes, sustentáveis e com custos baixos de operação (FERREIRA; SANTOS; SANTOS-ROSA, 2017). De acordo com Ziliel (2017), o carneiro hidráulico ou bomba de aríete, como também é conhecido, é um equipamento capaz de transportar o fluído a diferentes alturas manométricas utilizando-se apenas de um desnível geométrico entre o reservatório de entrada e o equipamento, dispensando qualquer fonte energética convencional, como energia elétrica ou combustível. A bomba utiliza o desnível para provocar um golpe aríete e por meio dele pressiona o fluído a mover-se no sentido desejado. De acordo com Ferreira, Santos e Rosa-Santos (2017), o sistema com bomba de aríete possui uma configuração bem simples, que consiste em uma fonte de água, o conduto de alimentação, a própria bomba, o conduto de elevação e um reservatório de armazenamento. E sua a instalação consiste em posicionar um reservatório em uma cota superior à da bomba para que a diferença de altura manométrica seja suficiente para haja velocidade e gere o golpe aríete com força compatível à elevação pretendida. Deve-se, no entanto, considerar a altura mínima de um metro de altura manométrica para que o funcionamento seja adequado. O princípio de funcionamento do carneiro hidráulico baseia-se no uso da energia proveniente do próprio fluído para transportá-lo ao local desejado. O fechamento da bomba de sucção situada no cano causa a interrupção brusca do movimento levando a uma sobre pressão no interior da câmara, conhecida como golpe de aríete (DARDOT, 2012). Ainda segundo Dardot (2012), esse equipamento é capaz de manter o bombeamento em funcionamento 24 horas por dia, sem interrupção, isso devido a válvula presente interior da bomba sucção que reinicia o ciclo a cada movimento de abertura e fechamento, além disso, não é necessário para tal, fonte de energia externa.

10 CARACTERZAÇÃO DAS ÁGUAS CINZA São chamadas de águas cinza as águas já utilizadas em tanques e máquinas de lavar roupa, no banho e em lavatórios de banheiro. Não se incluem as águas da pia da cozinha e da bacia (ALVES et al., 2016). Segundo Campos (2009), seu reuso é perfeitamente possível, desde que haja quantidade disponível e com a qualidade necessária para o uso. Porém, não existe um consenso entre os pesquisadores a respeito da definição das águas provenientes das pias de cozinha, por conta da presença de óleos e gorduras nessas águas. Por isso, no presente estudo essas águas não serão consideradas cinza. Para a carcterização da composição,considerou-se que as águas são provenientes dos banhos e das máquinas de lavar roupas, e que todas possuem uma compoisção muito similar de sabões e produtos de higiene pessoal, diferindobasicamente, em seu teor, sendo passível, nesse sentido, seu uso para os fins não potáveis, que é o abastecimento das bacias sanitárias e das torneiras de uso geral. Nas águas dos chuveiros, as maiores concentrações seriam de sabões, e produtos de higiene pessoal como shampoo, condicionador e sabonetes. Existe também a presença de excreções, porém, como são em menor quantidade, e, considerando o volume de água, esse fato não seria algo determinate para requerer um maior grau de tratamento.já nas águas oriundasdas máquinas de lavar roupaexiste uma maior quantidade de partículas de sujeira, sabões, amaciantes, fiapos e alvejantes. Assim, é notório que a maior impureza presente nas águas cinzas constituemse em sabões, e, dessa maneira, é nítido que isso não compromete o seu uso em locais não potáveis, sendo segura e eficiente no sentido de obtenção de uma nova fonte de água. Entretanto, é importante salientar, que quando as águas cinza ficam guardadas sem renovação ou uso, é necessário realizar um processo de desinfecção. O processo de desinfecção é importante para evitar problemas relacionados a higiene e segurança no seu uso, dessa forma,esse processo seria realizado seguindo as recomendações do Alves et al. (2016), que consiste em misturar água

11 11 sanitária nas águas cinza, com o objetivo de retardar a proliferação de germes e bactérias e de diminuir ou eliminar os odores dessas águas. O método de flutuação e decantação natural também é válido, isso porque, quando as águas permanecem paradas por um tempo as partículas tendem a decantar ou flutuar e podem ser retiradas facilmente com o auxílio de uma peneira. Também pode ser instalados sistemas de tratamento e controle avançados para desinfecção dessa águas, dessa forma será possível obter água de maior qualidade, contudo, os custos podem tornar essa alternativa inviável. Isto é, quanto maior o grau do tratamento, maior o custo (CAMPOS, 2009). Por isso, o objetivo desse trabalho é priorizar o reuso para fins não potáveis, usando métodos baratos e de fácil acesso para o processo de desinfecção, tornando a aplicação útil e viável. 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. MATERIAIS CARACTERIZAÇÃO DO ESTUDO O desenvolvimento desta pesquisa se baseou através de procedimentos experimentais, de caráter quantitativo, de natureza aplicada, com o objetivo de analisar a viabilidade técnica do uso do carneiro hidráulico no reaproveitamento de águas cinza em residências. Por conta da pandemia do novo Coronavírus, os testes foram realizados nas instalações da empresa Graniluxi, situada em Cachoeiro de Itapemirim, que cedeu o espaço e equipamentos. Utilizou-se um carneiro hidráulico artesanal (figura 1), com diâmetro de entrada de ¾ e de saída de ½.

12 12 Figura 1. Carneiro hidráulico artesanal Fonte: Os Autores, A água cinza utilizada neste estudo constituiu-se em 5% de detergente e impurezas no tambor utilizado, já que o mesmo foi reutilizado depois de esvaziado de resina epóxi. Nesse sentido, como a maior concentração nas águas cinza é de sabão esse valor adotado é representativo no tocante a avaliação do funcionamento do carneiro hidráulico na substituição da bomba de recalque MÉTODOS O reservatório de alimentação com capacidade de 200 litros foi suspenso poruma ponte rolante com auxílio de uma balança suspensa a 1,2 m de altura em relação ao carneiro hidráulico. Com intuito de simular o funcionamento do sistema para uma residência unifamiliar de 1 pavimento, realizou-se os ensaios para uma altura de recalque de 4 metros.

13 13 Figura 2. Carneiro hidráulico montado Fonte: Os Autores, Para avaliação do funcionamento do equipamento foram utilizadas 3 regulagens: 70 BPM, 80 BPM e 90 BPM com 3 repetições. O número de batidas por minuto (BPM) foi obtido por meio de contagem com auxílio de um cronômetro. Para cada regulagem foram realizados e coletados os seguintes dados: vazão de recalque e vazão de alimentação. A vazão de recalque, assim como a vazão perdida, foi obtida pelo método volumétrico, no qual consiste em determinar a taxa de escoamento a partir da relação entre volume e o tempo necessário para encher um recipiente de volume conhecido.já a vazão de alimentação foi obtida pela soma da vazão perdida e a vazão de recalque. De posse das vazões de alimentação e de recalque, realizou-se o cálculo da eficiência/ rendimento do carneiro hidráulico por meio da equação 1. (1) Onde: n Eficiência do carneiro hidráulico, em %; q Vazão de recalque, em l/mim; Q Vazão de alimentação, em l/min; H Altura de recalque, em m; h Altura de sucção, em m. A coleta dos dados se deu através de planilhas em que foram registrados todos os dados predeterminados e coletados. Dessa forma, foi possível analisar e definir qual conjunto de dados proporciona uma maior eficiência do equipamento para o uso proposto.

14 14 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1. RESULTADOS A tabela 1 apresenta os valores de rendimento, vazão de alimentação e de recalque em função da regulagem da válvula do carneiro hidráulico. Pulso/ Minuto Tempo (mim) Volume de Alimentação (L) Volume de Recalque (L) Vazão de Alimentação (L/ mim) Vazão de Recalque (L/mim) Rendimento (%) 1,04 5,70 1,10 5,48 1,06 48% 1,00 5,35 1,00 5,35 1,00 47% 1,00 4,85 0,85 4,85 0,85 44% 1,05 4,75 0,90 4,52 0,86 47% 1,00 5,00 0,90 5,00 0,90 45% 1,04 5,00 1,00 4,81 0,96 50% 1,00 4,35 0,75 4,35 0,75 43% 1,05 4,25 0,75 4,05 0,71 44% 1,03 4,25 0,75 4,13 0,73 44% Tabela 1. Tabela com resultados obtidos Fonte: Os Autores, De acordo com a tabela 1, é possível verificar que a melhor eficiência foi obtida com o carneiro regulado a 80 batidas por minuto. A eficiência média ficou em 47,33% nessa regulagem, ante 43,66% para 90 batidas por minuto e, 46,33% para 70 batidas por minuto. O rendimento do carneiro hidráulico depende da relação entre a altura do manancial hídrico e a altura em que está o reservatório que receberá a água recalcada, podendo esse rendimento chegar perto de 80% segundo Macintyre (1997) e de 20 a 70%, segundo estudo do Netto et al. (1998). Portanto, o rendimento do equipamento está associado ao desnível entre o carneiro e o reservatório, a altura de recalque, e as características da água. Dessa forma, os valores obtidos nos experimentos realizados podem ser explicados pelos fatores como, altura de recalque de cerca de 4 metros, visto que essa altura é consideravelmente alta, e pelo desnível entre o reservatório e o carneiro, que foi de 1,20 metros, bem próximo ao mínimo.

15 15 Com os resultados obtidos, tornou-se nítido que para a situação proposta nesse estudo, à utilização da regulagem em 80 batidas por minuto é mais eficiente, nesse sentido, a análise permitiu notar também, que o aumento para 90 BPM reduziu muito o volume de água recalcada, e consequentemente, reduziu a eficiência do carneiro. Já para a configuração de 70 batidas por minuto, a eficiência foi menor, embora com maior volume de água recalcada. Conforme Denículi (1992), o rendimento do carneiro hidráulico depende da perfeição da fabricação do aparelho e do número de golpes por minuto que a válvula produz. Ainda segundo o autor, um maior número de golpes implica em um maior rendimento, porém, a vazão elevada é menor e, para um menor número de golpes, o rendimento é menor e a vazão elevada maior. Dessa forma, é possível notar que a regulagem ideal depende do local a ser instalado, isso porque, embora normalmente quanto maior a quantidade de batidas por minuto maior a eficiência, isso não é uma regra, pois somente ocorre quando há pressão suficiente. Esse fator é explicado pelo fato de que quanto maior a quantidade de batidas, maior a altura manométrica que é requerida para um funcionamento adequado. Considerando a altura manométrica de 1,20 metros, sendo próxima a mínima de 1 metro, e altura de recalque de 4 metros, relativamente alta, o valor obtido de eficiência para 80 batidas por minuto ser maior que para 90 batidas por minuto é explicado por esse fator, já que não pressão suficiente na tubulação. Ao analisar a vazão recalcada, observa-se que o carneiro hidráulico apresenta a maior vazão média recalcada (0,97 l/min) para a regulagem de 70 BPM e a menor vazão recalcada (0,73 l/min) para a regulagem de 90 batidas por minuto. Vale também destacar, que a regulagem adequada do carneiro hidráulico de acordo com o local instalado é de grande importância para obtenção da maior eficiência possível. Segundo Ziliel (2017), para um correto dimensionamento, o ideal é reproduzir o carneiro e testar o seu desempenho antes da instalação.

16 DISCUSSÕES CONCEPÇÃO E FUNCIONAMENTO DO SISTEMA Todo o sistema hidráulico predial de abastecimento de água, incluindo as fases de execução e projeto, é regido por normas que visam padronizar as instalações, tornando as mesmas mais eficientes, duráveis e econômicas. Conforme a ABNT (1998), dimensionamento é o ato de determinar dimensões e grandezas para que as instalações de água fria possam garantir o fornecimento de água de forma continua e em quantidade suficiente. Além de preservar a potabilidade da água e garantir o máximo de conforto aos usuários. Já a ABNT (1999), trata das instalações de esgoto sanitário e assegura que essas instalações devem ser projetadas para evitar a contaminação da água, tanto no interior do sistema, quanto nos ambientes receptores, permitir escoamento dos despejos de maneira rápida, sem que haja a ocorrência de vazamentos e depósitos no interior das tubulações, impedir que os gases provenientes do sistema atinjam áreas de utilização e permitir acesso fácil para eventuais manutenções e substituições. Portanto, é fundamental seguir as normas e cumprir todas as exigências e recomendações que constam nelas para que todos os objetivos do projeto tanto das instalações de água fria, quanto do sistema de esgoto, sejam alcançados. Esse sistema incluindo as fases de captação, recalque e reuso são totalmente independentes do sistema de água potável. As tubulações deverão ter cores diferentes para fazer essa distinção e os pontos de utilização também deverão ter uma indicação, conforme ilustrado na imagem abaixo.

17 17 Imagem 1: Isométrico de água potável e não potável da edificação da UFES Fonte:Bazzarela (2005) Para caso de necessidade ou emergência, será prevista a reversão do sistema de reuso para o sistema de abastecimento com água potável (MARTINS; MEMELLI, 2011). Caso ocorra algum problema ou falta de água cinza, essa previsão deve ocorrer, pois o sistema de distribuição de água aos equipamentos que utilizam a água cinza é único e não pode ficar sem funcionamento. Dessa forma, visando atender a essa necessidade, uma ideia para isso é a implantação de uma bóia de nível que reverteria o sistema para uso de água potável em momentos em que possa haver falta das águas cinza ou problemas no sistema que impeçam o seu uso. As águas cinza do chuveiro e máquina de lavar seriam coletadas por uma tubulação e levadas até um reservatório. Esses reservatórios seriam 2 ou 3 galões de 200 litros interligados entre si, o que acarretaria na diminuição dos custos quando se comparado com a instalação de um reservatório convencional. O carneiro ficaria interligado aos galões, mas posicionado em uma cota inferior a eles para garantir o funcionamento do equipamento. Porém, considerando que a água perdida devido ao funcionamento do sistema será descartada, o carneiro deverá ficar dentro de um pequeno reservatório ligado a tubulação de descarte. Conforme as águas de reuso vão enchendo os galões, essas águas serão recalcadas para um reservatório na parte superior da residência e abastecerão os pontos de consumo determinados ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS

18 18 Diante de um sistema como esse, a principal dúvida que surge é: as águas cinza geradas são suficientes para abastecer os pontos de utilização? Tudo depende do número de bacias sanitárias, das áreas de piso a serem lavadas, do perfil de consumo da família e do tempo de permanência da família em casa. Para ter uma visão melhor da quantidade de águas cinza geradas em uma residência e do consumo nos pontos de utilização que essas águas seriam usadas, realizou-se uma análise em duas residências. Para ficar mais claro o entendimento, em uma casa vivem 4 pessoas, 2 com um tempo de permanência longo dentro de casa e 2 com um tempo moderado por conta do trabalho. A média de banhos diários variam de 6 a 8 com duração média de 8 minutos. A lavagem de roupas ocorre todos os dias na lavadora de 8kg. E são dadas de 10 a 12 descargas por dia (de acordo com um levantamento que foi feito). Esse levantamento consistiu em pregar uma folha na parede do banheiro para que fosse assinalada toda vez que a descarga fosse acionada. A lavagem da área de serviço ocorre 2 vezes no dia (todos os dias), e gastase para isso cerca de 15 a 20 litros de água. Essa estimativa se deu baseado na quantidade de baldes de água usadas para isso. Diante dos dados apresentados e fazendo uma média utilizando os menores valores dos dados apresentados nas figuras 2 e 3, ou seja, considerando que são gastos 100 litros de água para lavagem de roupa e, em média, 24 litros de água por banho, nessa residência são geradoscerca de 292litros de águas cinza/ dia. Já a quantidade de água que é gasta para a utilização do vaso sanitário e da torneira para lavagem da varanda nessa residência é cerca de115 litros de água/ dia. Já na outra residência analisada, vivem 5 pessoas, sendo que apenas permanece um longo período na residência, as demais, devido aos afazeres diários saem pela manhã, retornam para almoço e voltam ao tardar o dia. A média de banhos consiste em 8 a 10 por dia, podendo ser maior em dias em de realização de atividades físicas.

19 19 As roupas são lavadas diariamente na lavadora de 8kg, e, com alguma frequência o tanque também é usado para esse fim, entretanto, o maior uso é para a lavagem de panos utilizadas na limpeza da residência. Descargas são em média 15 a 20 por dia. A varanda é lavada cerca de 2 a 3 vezes por semana, utilizando-se da mangueira para tal, o consumo é estimado em cerca de 30 litros. Por se tratar de um apartamento, a quantidade de água utilizada para esse fim é menor. A quantidade de água cinza gerada, utilizando como base os valores apresentados nas figuras 2 e 3, é, em média, 340 litros/ dia nessa residência, podendo variar um pouco dependendo das atividades do dia, entretanto, a média obtida pode ser considerada muito conservadora e próxima a realidade. Nessa residência quantidade de água que é gasta para a utilização do vaso sanitário e da torneira para lavagem da varanda é cerca de155 litros de água/ dia. Imagem 2: Que quantidade de água cinza devo coletar? Fonte: Manual para aproveitamento emergencial de águas cinza do banho e da máquina de lavar (2016). Imagem 3: Que quantidade de água cinza devo coletar? Fonte: Manual para aproveitamento emergencial de águas cinza do banho e da máquina de lavar (2016).

20 20 Com os resultados obtidos, para a situação proposta nesse estudo, à utilização da regulagem em 80 batidas por minuto proporcionou um rendimento médio de 47,33% do carneiro, portanto, seriam recalcados, em média, 146 litros de água cinza para utilização na primeira residência e cerca de 170 litros de água cinza na segunda residência. Ou seja, o sistema seria abastecido perfeitamente e ainda sobraria água de reuso. CAMILO 5. CONCLUSÃO A preocupação com a preservação dos recursos hídricos, principalmente da água, devido ao rápido crescimento populacional e o desenvolvimento das indústrias nos centros urbanos, tem se tornado essencial para o futuro das próximas gerações. Dessa forma, cresce entre a população a busca por práticas de conservá-la e usá-la de forma consciente. Nessa toada, o conceito de substituição de fontes vem ganhando grande importância, já que permite utilizar águas de menor qualidade para funções em que não seja exigida a sua total potabilidade, preservando essas para usos mais nobres e consequentemente, preservando os recursos naturais. O reuso das águas cinza em residências com a utilização do carneiro hidráulico mostrou-se muito interessante, já que além de reutilizar a água, dispensa qualquer forma de energia externa para o recalque, sendo uma forma dupla de tecnologia sustentável. Dessa forma, os resultados apresentados mostraram que o carneiro hidráulico é viável tecnicamente para o recalque de águas cinza. Portanto, a reutilização das águas cinza geradas, sendo recalcada com o carneiro hidráulico se mostrou uma ótima alternativa, visto que a quantidade de água gerada é suficiente para o funcionamento do sistema e que o equipamento funciona para essa finalidade, valendo como alternativa mais barata com relação à bomba convencional. REFERÊNCIASSÃO 6.

21 21 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5626: Instalação predial de água fria. 1 ed. Rio de Janeiro: Moderna, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8160: Sistemas prediais de esgoto sanitário - Projeto e execução. 1 ed. Rio de Janeiro: Moderna, p. ALLIANCE ALIANÇA PRA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA (District of Columbia) (org.). Água e energia: aproveitando as oportunidades de eficientização de água e energia não exploradas nos sistemas de água municipais. Washington: Alliance, ALVES, Wolney Castilho et al. Manual para aproveitamento emergencial de águas cinza do banho e da máquina de lavar. Sao Paulo: Ipt - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, p. BAZZARELLA, Bianca Barcellos. Caracterização e aproveitamento do uso de água cinza para o uso não-potável em edificações f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Ambiental, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, BERTONCINI, Edna Ivani. Tratamento de efluentes e reúso da água no meio agrícola. Revista Tecnologia & Inovação Agropecuária, Piracicaba, p , jun CAMPOS, Renata Braga de Albuquerque. Aspectos para implantação de sistema de reúso de águas cinzas em edificações f. Monografia (Doutorado) - Curso de Engenharia Sanitária e Meio Ambiente, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, DARDOT, Jean-paul. Comportamento hidráulico de gotejadores pressurizados por carneiro hidráulico f. Monografia (Especialização) - Curso de Pós Graduação Lato Sensu em Formas Alternativas de Energia, Universidade Federal de Lavras, Lavras, DENÍCULI, W. Hidráulica. Instalações de recalque. Viçosa: Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Agrícola V.2.115p. FERREIRA, Alfredo; SANTOS, Cristina; ROSA-SANTOS, Paulo. Elevação de água com base apenas na energia do próprio escoamento. In: JORNADAS DE HIDRÁULICA RECURSOS HÍDRICOS E AMBIENTE DA FEUP, 11., 2017, Porto. Artigo. Porto: Feup, p. 1-8.

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23 23 PERTEL, Monica. Caracterização do Uso da Água e da Energia Associada à Água em uma Edificação Residencial Convencional e uma Dotada de Sistema de Reúso de Águas Cinza f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Ambiental, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, PONTES, Carlos Antonio Alves; SCHRAMM, Fermin Roland. Bioética da proteção e papel do Estado: problemas morais no acesso desigual à água potável. Cad. Saúde Pública, Rio de Janeiro, v. 20, n. 5, p , set RAZZOLINI, Maria Tereza Pepe; GUNTHER, Wanda Maria Risso. Impactos na Saúde das Deficiências de Acesso a Água. Saúde Soc., São Paulo, v. 17, n. 1, p , jan REBÊLO, Marcelle Maria Pais Silva. Caracterização de águas cinzas e negras de origem residencial e análise da eficiência de reator anaeróbio com chicanas f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Recursos Hídricos e Saneamento, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, SANTOS, Daniel Costa dos. Os sistemas prediais e a promoção da sustentabilidade ambiental. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 2, n. 4, p. 7-18, dez TSUTIYA, M.T. (2001) Redução do custo de energia elétrica em sistemas de abastecimento de água. São Paulo: ABES. 185 p. VILLIERS, M..Água: Como o uso deste precioso recurso natural poderá acarretar a mais séria crise do século XXI. Rio de Janeiro: Ediouro, ZILIEL, Fernanda Kemel. Montagem e funcionamento de uma bomba de aríete f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal do Pampa, Alegrete, IV ENCONTRO NACIONAL E II ENCONTRO LATINO-AMERICANO SOBRE EDIFICAÇÕES E COMUNIDADES SUSTENTÁVEIS, 2007, Campo Grande. Gerenciamento sustentável de água potável e de águas residuárias na estação antártica comandante ferraz. Campo Grande: Elecs, 2007.