ANÁLISE DE CUSTO DA IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL PARA UMA RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR NA CIDADE DE RIBEIRÃO PRETO

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1 I CONFERÊNCIA LATINO-AMERICANA DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL X ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO julho 2004, São Paulo. ISBN ANÁLISE DE CUSTO DA IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL PARA UMA RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR NA CIDADE DE RIBEIRÃO PRETO Eng. Mec/Civil André Teixeira Hernandes(1); Eng. Civil Marcus André Siqueira Campos(2); e Prof. Dr Simar Vieira de Amorim(3) (1) Aluno do PPGCIV/DECIV da UFSCAR, São Carlos-SP, Brasil, athernandes@keynet.com.br (2) Aluno do PPGCIV/DECIV da UFSCAR, São Carlos-SP, Brasil, marcussiqueira@yahoo.com.br (3) Professor do PPGCIV/DECIV da UFSCAR, São Carlos-SP, Brasil simar@power.ufscar.br RESUMO O Século XXI começa com grave problema de abastecimento de água em todo o mundo. Entre outros fatores, o crescimento acelerado da população e o avanço tecnológico que modifica hábitos diários, aumentando dessa forma a demanda média diária per capita, além da população que cada dia mais exaure os mananciais abastecedores. Esse crescimento se concentra principalmente nos grandes centros urbanos, desencadeando sucessivos problemas, principalmente nos países em desenvolvimento. O crescimento desses grandes aglomerados urbanos faz com que as limitações de drenagem urbana provoquem enchentes, a disseminação de doenças e outros problemas de ordens econômica e social. Entre as soluções que surgem alternativamente, temos o aproveitamento da água pluvial como opção bastante viável. Entretanto, a sua utilização traz paradigmas que ainda freiam sua aplicação. Entre estes, a falta de conhecimento técnico e o alto custo de implantação do sistema são os principais entraves. Desta forma, este trabalho tem como objetivo contribuir para elucidar a implantação de um projeto de aproveitamento de água pluvial em uma residência unifamiliar. Realizou-se um estudo de implantação de um sistema de captação e aproveitamento em uma residência na cidade de Ribeirão Preto, no Estado de São Paulo. Nesta residência, funções como descarga de vasos sanitários, lavagem de carros, pisos e irrigação de jardim serão supridas com água pluvial. Além da análise de custo tradicional, deverão ser considerados outros fatores, tais como os benefícios ambientais obtidos pela utilização desta técnica. Palavras-chave: Uso residencial; água pluvial; uso racional de água potável. 1. INTRODUÇÃO A crise no abastecimento de água no mundo atual, devido ao crescimento acelerado da população e à mudança de hábito provocado por novo estilo de vida, faz com que aumente a demanda diária per capita drasticamente. Deve-se, portanto, procurar formas alternativas de substituição da água potável por água menos nobre. Uma destas é o aproveitamento de água pluvial em edificações, tanto residenciais quanto comerciais e industriais. Essa tecnologia surge para combater dois problemas das grandes cidades: o de abastecimento de água e o de drenagem urbana. Embora seja utilizada há muito tempo, existindo registros desde antes de Cristo (GOULD, NISSEN- PETERSEN, 1999), o aproveitamento de água pluvial aparece neste início de Século XXI como uma alternativa a fim de substituir o uso de água potável em atividades em que esta não seja necessária tais como descargas de vasos sanitários, irrigação de jardins e lavagens de carros, pisos e passeios. Com isso pode-se, além de conseguir uma redução nos custos relativos à água e esgoto, reduzir o volume de água direcionada à rede de galerias pluviais, atuando, desta forma, como uma medida não

2 estrutural de drenagem urbana. Dada a pouca atenção dispensada na aplicação desta técnica no meio urbano, este trabalho tem como objetivo analisar a viabilidade da implantação de um sistema de captação e utilização de água pluvial em uma residência unifamiliar térrea com 350m 2 de área coberta no município de Ribeirão Preto (São Paulo), pautada nos aspectos de redução de consumo, na substituição da água potável por água pluvial quando utilizada para fins menos exigentes, assim como na melhoria da eficiência dos sistemas hidráulicos prediais. Espera-se com isto quebrar alguns paradigmas como a inviabilidade da utilização de água pluvial diante de seu custo. Ao se ponderar os custos, é de fundamental importância caracterizar os benefícios não tangíveis que esta implantação em larga escala poderá trazer para a sociedade. 2. SISTEMAS DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL A composição de um sistema de captação e aproveitamento de água pluvial depende de diversos fatores. Vários modelos são apresentados na literatura mundial. De acordo com a disponibilidade de recursos disponíveis para a implantação destes sistemas associados com a destinação prevista para o uso da água, estes sistemas podem ser dos mais simples aos mais sofisticados tecnologicamente. Desta forma, entende-se que os elementos constituintes de um sistema de aproveitamento de água pluvial compõem-se dos componentes essenciais e dos acessórios. Os componentes essenciais serão aqueles elementos que estarão presentes em qualquer tipo de sistema, independente dos recursos necessários para construí-lo. São eles a área de captação, as calhas e tubos de queda e o reservatório de armazenamento. A área de captação é o primeiro elemento na qual a precipitação entrará em contato com o sistema. Por ser externa, estará sempre vulnerável à contaminação de diversas origens como poluentes atmosféricos, folhas, galhos, pequenos animais e seus excrementos, entre outros contaminantes. Devido a esta condição, deve-se ter sempre o cuidado com a manutenção e limpeza e em sua operação, descartar sempre os primeiros litros da água pluvial a cada chuva após estiagem mais prolongada. As calhas e tubos de quedas deverão ser dimensionados de forma a evitar perdas significativas do volume precipitado. Deve-se procurar garantir a completa vedação do reservatório para que não entrem elementos indesejáveis (pequenos roedores, insetos, répteis, etc.) que possam prejudicar a qualidade da água presente neste. O reservatório deve ser dimensionado para evitar perdas por cheias ou falta d água por dimensões inferiores à necessária. Conta-se, por exemplo, outros critérios técnicos que evitem uma contaminação. Gould, Nissen-Petersen (1999) ressaltam que este reservatório deve estar livre da entrada de luz, pois esta permite crescimento de algas e bactérias. Na medida do possível o reservatório deverá ser enterrado para que desta forma, a água permaneça com temperatura constante, não aquecendo em excesso durante o verão nem resfriando em demasia durante o inverno. Já os acessórios serão aqueles elementos que seu emprego dependerá de diversos fatores opcionais do projeto. A utilização de alguns destes estará ligada à finalidade da água captada. Poderão ser usados componentes como filtros, freios de água, bombas e esterilizadores (ultravioleta ou ozonização), entre outros. 3. CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA HIDRÁULICO PREDIAL 3.1 Água potável A residência apresenta três quartos, dois banheiros completos, lavabo, duas vagas para garagem e um jardim de 200 m 2, para um número total de seis ocupantes. A água pluvial atenderá os vasos sanitários dos três banheiros, lavagem de carro e irrigação do jardim. Pretende-se desta forma, obter uma economia de 15 a 25 % do consumo mensal de água. Com base nos aspectos de racionalização dos sistemas prediais, a proposta está explicitada abaixo: A)- Instalações Sanitárias As áreas molhadas possuem as seguintes instalações:

3 Cozinha: Conjunto misturador água fria/quente na pia; Um ponto de água fria para máquina de lavar louça; Um ponto de água fria para filtro de parede. Lavanderia: Conjunto misturador para água fria/quente no tanque; Um ponto de água fria para máquina de lavar roupa; Um ponto no tanque; Torneira de uso geral. Banheiros (2): Chuveiro com misturador de água fria/quente; Lavatório com misturador de água fria/quente; Bidê com misturador de água fria/quente; Vaso sanitário com caixa de descarga acoplada; Torneira de uso geral. Lavabo: Lavatório (água fria); Vaso sanitário com caixa de descarga acoplada; Os sistemas hidráulicos prediais internos à edificação possuem a seguinte configuração: Lavatórios, pia de cozinha, bidê e conjunto misturador do tanque são abastecidos pelos reservatórios superiores supridos por água potável e as torneiras de uso geral e torneira de tanque são abastecidas diretamente da rede pública; Vasos sanitários são abastecidos pelos reservatórios superiores de água pluvial. B)- Concepção geral dos Sistemas Hidráulicos Prediais (SHP): B.1) Sistemas Hidráulicos Prediais (SHP) internos: Os reservatórios de água potável fria são em quantidade de dois (1.000 litros cada); O reservatório de água potável quente possui a capacidade de 300 litros; A distribuição horizontal de água fria (barrilete) foi executada em tubos e conexões de PVC; A distribuição horizontal de água quente (barrilete) foi executada em tubos de cobre; As prumadas e os sub-ramais (frio/quente) foram executados em polietileno reticulado (sistema PEXGOL); Foram adotados os tubos em polietileno reticulado em função da facilidade apresentada em eventual manutenção futura, assim como do menor número de pontos vulneráveis que possam apresentar vazamentos (como má soldagem das conexões, movimentações estruturais que causam rompimento de tubulações e conexões, etc.). B.2) - Sistemas Hidráulicos Prediais (SHP) externos: Nas áreas externas (pisos e jardins), existe um total de 14 torneiras de uso geral (sete abastecidas por via direta da rede pública e sete pelo sistema de reservatórios de água pluvial); Foram utilizados tubos em PVC para ambos os sistemas, mas nas instalações de água pluvial foram utilizados tubos com 32 mm de diâmetro, objetivando reduzir as perdas de carga.

4 3.2 Água pluvial O sistema de aproveitamento de água pluvial é composto por: Área de captação - A captação da água se dá pelo telhado da residência e da edícula, totalizando 350 m 2. Utilizou-se a telha cerâmica tipo francesa, com um coeficiente de escoamento superficial estimado da ordem de 0,80 (ver figura 1). Figura 1 Vista da área de captação Calhas e tubos de queda - As calhas utilizadas são metálicas em aço galvanizado. Tubos de queda em PVC, com diâmetro nominal, DN, de 75 e os de condução horizontal com DN 100 (ver figura 2). A proteção e limpeza destes componentes serão essenciais para evitar a entrada de contaminantes na cisterna.

5 Figura 2- Calhas metálicas Cisterna - Construída em concreto armado, apresenta o volume de 14,70 m 3 (ver figuras 3 e 4), sendo seu dimensionamento demonstrado no item 4. Figura 3- Vista da cisterna em construção

6 Figura 4 Cisterna acabada Dispositivo de retenção de partículas sólidas - É composto por dois elementos, um em malha metálica (abertura 0,83 mm, fio 0,23 mm) para retenção de detritos maiores e outro em manta de geotêxtil com gramatura de 130 g/m 2, para retenção de finos. A figura 5 mostra o sistema utilizado. Figura 5 - Dispositivo de retenção de partículas sólidas Dispositivo de descarte das primeiras águas precipitadas (ver figura 6). - Instalado entre o retentor de particulados e a cisterna, encontra-se permanentemente vazio através de dreno com controle de vazão no fundo do reservatório de 50 litros, recebendo as primeiras águas da lavagem das áreas de captação ocorridas no início da chuva. Após seu enchimento, a água captada é direcionada então para a cisterna. Ao término da chuva, ela esvazia gradualmente, ficando em condições operacionais para o próximo

7 evento. Figura 6 - Dispositivo de descarte da primeira água precipitada Aspirador flutuante da bomba de recalque e controle de nível do reservatório - Internamente à cisterna existem dois extravasores. Em nível mais elevado, dois condutores com DN 100 garantem a segurança do reservatório no caso de um excessivo volume de água captado devido a uma precipitação intensa. Abaixo do mesmo, um segundo extravasor com controle da vazão operado por registros localizados externamente à cisterna. O volume reservado até este nível é aquele necessário para o período de estiagem, garantindo o funcionamento contínuo do sistema. O volume entre o primeiro e o segundo extravasores é o de retenção provisória da água da chuva, retardando sua chegada no fundo de vale. Sua velocidade de esvaziamento é dada pela abertura dos registros citados anteriormente. O conjunto aspirador flutuante permite que a água seja succionada a aproximadamente 0,20 m da superfície da água (acompanhando o nível do reservatório), região menos propensa a presença de sólidos em suspensão. O dispositivo é ilustrado na figura 7. Figura 7- Dispositivo de aspiração da água e de controle de nível da cisterna Freio d água- Dispositivo de quebra de energia da água na entrada na cisterna, - Promove a redução da velocidade da água na entrada da cisterna, contribuindo para que os eventuais depósitos de sedimentos acumulados no fundo do reservatório não sejam revolvidos, reduzindo a turbidez da água. Foi

8 construído conforme figura 8. Figura 8- Freio d água Bomba de recalque, bóia, sensores de nível e válvulas solenóides - O recalque da água se dá através de bomba centrífuga elétrica (0,5 CV) posicionada ao lado da cisterna (figura 9), elevando a água até os reservatórios superiores. Seu acionamento se dá de forma automática, utilizando-se sensores de nível nos reservatórios superiores e bóia de nível na cisterna para impedir o funcionamento quando o seu nível for muito baixo. Para garantir o funcionamento contínuo dos vasos sanitários, seu reservatório específico de abastecimento conta com um conjunto de sensores de nível que acionam duas válvulas solenóides que quando acionadas, liberam a passagem da água das caixas d água supridas pelo sistema público, como ilustra figura 9. Figura 9- Ssitema de bombeamento, válvulas solenóides e sensor de nível Dois reservatórios superiores (um de 1000 l e outro de 250 l)- A cisterna abastece o reservatório de 1000 l, que por sua vez alimenta o sistema hidráulico predial de água pluvial das áreas externas da edificação, assim como o reservatório de 250 l específico para o suprimento dos vasos. 3.3 Esquema de funcionamento Neste sistema, a capacidade de reserva é de 11,25 m 3, sendo 10,00 m 3 no reservatório inferior e 1,25 m 3 no reservatório superior. A transferência se dá por um sistema de recalque constituído por uma

9 bomba alimentado por energia elétrica convencional. Há previsão de substituição por um sistema alimentado por energia fotovoltaica. O reservatório inferior foi construído em concreto armado e impermeabilizado com materiais convencionais disponíveis no mercado. O armazenamento superior tem a capacidade de 1,25 m 3, divididos em 2 reservatórios, sendo um específico para abastecer os vasos sanitários, com capacidade de 250 litros. Por meio de sensores de nível, o reservatório superior será automaticamente alimentado pelo inferior, sendo que o reservatório dos vasos está abaixo do nível dos demais, para que seja abastecido por gravidade e seu enchimento será controlado por uma torneira de bóia convencional. O funcionamento desse sistema está exemplificado na figura 10. Figura 10- Sistema de abastecimento de água pluvial/potável Como dispositivo de segurança a fim de evitar o colapso no abastecimento dos vasos sanitários, o sistema de controle possui ainda uma válvula solenóide que, por meio de um sensor de nível posicionado no nível mínimo de funcionamento, quando numa eventual falta total de água de chuva no sistema, libera água potável dos reservatórios abastecidos pela rede pública. Desta forma, o sistema opera independentemente da ação do usuário. 4- DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS DO SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUA PLUVIAL A cisterna é o item responsável pela maior parcela de custo do sistema. Por isso, deve ser realizado um dimensionamento criterioso da mesma. Diversos métodos e programas informatizados podem ser usados para este fim, entretanto, adotou-se o método de Riplle. De acordo com Tomaz (2003), esse método leva em conta a diferença acumulada entre a demanda e o volume captado. Portanto para realizar o dimensionamento, deve-se determinar a demanda da residência. Pretende-se, ao realizar esse projeto, elaborar uma casa onde o uso racional de água seja a tônica. Visando este objetivo, diversos aparelhos economizadores serão utilizados, tais como arejadores em torneiras dos banheiros e das cozinhas, chuveiros restritores de vazão, bacias sanitárias com caixa acoplada (seis litros). Será também elaborado um manual do usuário que visará, entre outras coisas, a orientação e a conscientização dos usuários para a prática do uso racional da água. Neste manual, estarão recomendações para um uso eficiente, permitindo assim um funcionamento adequado do sistema de

10 aproveitamento de água pluvial. Para o dimensionamento foram considerados alguns aspectos. Todas as bacias sanitárias da residência serão de seis litros por descarga e cada usuário usando-a cinco vezes ao dia. Para a lavagem de carros e pisos e irrigação do jardim, os valores usualmente utilizados foram alterados. Como o objetivo desta casa é racionalizar a água, determinou-se que lavagens de carros ocorreriam apenas duas vezes por mês, gastando-se cerca de 100 litros por lavagem. Já para a irrigação do jardim considera-se o consumo de 1 l/m 2 /dia, realizado em dias alternados. A lavagem do piso será realizada uma vez por semana e terá o mesmo parâmetro de consumo da irrigação (TOMAZ, 2000). Desta forma, temos uma demanda mensal de água pluvial calculada em: DESCARGAS 6 x 5 x 30 x 6 = litros = 5,40 m 3 LAVAGEM DE CARROS 2 x 100 x 2 = 400 litros = 0,4 m 3 IRRIGAÇÃO DO JARDIM 200 x 15 x 1 = litros = 3 m 3 LAVAGEM DE PISO 300 x 4 x 1 = litros = 1,2 m 3 TOTAL = l = 10,00 m 3 A precipitação utilizada foi obtida pelo DAEE ( e utilizou-se o posto de coleta do Clube Regatas. Este posto apresenta registros de 1943 até Com estes registros, determinou-se a média mensal para a determinação dos valores utilizados. Para o dimensionamento, utilizou-se a planilha mostrada na tabela 1: Tabela 1: Dimensionamento da cisterna. MESES CHUVA MÉDIA(mm) DEMANDA CONSTANTE (m3) ÁREA DE CAPTAÇÃO (m2) VOLUME DE CHUVA (m3) EXCEDENTE DE CHUVA (m3) DIFERENÇA ACUM. (m3) JANEIRO 260, ,06 63,06 0 FEVEREIRO 210, ,08 49,08 0 MARÇO 153, ,91 32,91 0 ABRIL 68, ,22 9,22 0 MAIO 46, ,14 3,14 0 JUNHO 28, ,09-1,91-1,91 JULHO 20, ,79-4,21-6,12 AGOSTO 19, ,54-4,46-10,98 SETEMBRO 52, ,56 4,16-6,62 OUTUBRO 127, ,66 25,26 0 NOVEMBRO 167, ,00 36,60 0 DEZEMBRO 256, ,93 61,53 0 TOTAL 1414, ,97 Adota-se a maior diferença acumulada para determinação do volume da cisterna. Portanto, o volume utilizado é de 11,25 m 3, sendo 1,25 m 3 para o reservatório superior e 10 m 3 para o reservatório inferior. A composição arquitetônica da residência obrigou uma altura do reservatório superior à necessária. Este volume extra propicia ainda a reservação de 4,70 m 3 adicionais. Na sua operação atual é utilizado para reter por mais tempo no lote a água precipitada. Eventualmente poderá se somar às reservas no caso de expansão do consumo. Os outros itens do sistema de aproveitamento deverão ser dimensionados de acordo com a NBR 10844/1989, que trata de instalações prediais de água pluvial. Os coletores verticais terão DN ANÁLISE DE CUSTO Dada à descrição dos componentes anteriormente citados, o custo total do sistema foi de R$ 4.518,86 conforme detalhado na Tabela 2.

11 Tabela 2: Custo de implantação do sistema de aproveitamento de água pluvial Reservação e captação Custo (R$) reservatório superior (1.000 litros) 251,00 reservatório inferior ( litros) 2500,00 bomba com 0,5 CV 200,00 filtro volumétrico/freio d'áua/ conjunto aspiração para a cisterna 682,00 Tubos, conexões e demais acessórios 108,86 Sistema de descarga 3741,86 reservatório superior de 250 litros 107,00 válvula solenóide de 25 mm 250,00 Tubos, conexões e demais acessórios 120,00 Irrigação 477,00 Tubos, conexões e demais acessórios 300,00 Custo total do sistema 4518,86 A demanda mensal total da residência seria de 250 x 6 x 30 = L, ou 45 m 3, o que custaria, ao preço de Março de 2003, a quantia de R$ 83,80 (preços fornecidos pelo Departamento de Água e Esgoto de Ribeirão Preto). Com o abatimento de 10 m 3 proporcionado pelo aproveitamento da água pluvial, o valor mensal pago reduziria para R$ 47,95, gerando uma economia de R$ 35,85, representando cerca de 43% do valor total pago anteriormente, o que nos dará um período de retorno igual a seis anos e nove meses, com juros de 1,0%. Neste valor, já está inclusa a tarifa de esgoto, que é de 80% do valor da água consumida. Pode-se considerar que esse período de retorno possa ser reduzido quando utilizadas tarifas mais elevadas como na cidade de São Paulo. Neste caso, esse período seria reduzido para 5 anos e 9 meses. 6. CONCLUSÕES Um fator relevante a ser apontado é o impacto ambiental positivo que este investimento trará para a sociedade como um todo. Além da redução do consumo de água potável, o que permitirá o aumento de usuários atendidos, reduzirá também as medidas estruturais necessárias de drenagem urbana, já que grande parcela da precipitação está sendo captada e reservada. Essas vantagens serão significativas se consideradas sua implantação em larga escala na cidade. Os resultados obtidos mostram a viabilidade da implantação do sistema, com o período de retorno estimado em seis anos e nove meses. Levando em conta novas medidas que as Administrações Públicas Municipais estão tomando para reter a água pluvial nos lotes urbanos que apresentam significativa área impermeável, visando minimização dos prejuízos causados por enchentes, os custos de implantação devem cair dados a obrigatoriedade legal de sua adoção. Poderia ser considerado pela autoridade pública algum tipo de benefício ou incentivo fiscal para a implantação deste tipo de medida, reduzindo os prazos apontados e concomitantemente, proporcionando benefícios para a sociedade pelo menor nível de investimentos em equipamentos urbanos para combate às enchentes. Esses incentivos já existem em diversos países e funcionam como forma de impulsionar a implantação destes sistemas.

12 Deve-se considerar também, que em poucos anos o custo da água potável deve aumentar consideravelmente, devido à poluição dos mananciais e ações públicas tais como a cobrança pela captação da água como ocorre, por exemplo, na Bacia do Rio Piracicaba. 7. RECOMENDAÇÕES Deve-se, após o início de utilização da água pluvial nessa edificação, verificar a qualidade da mesma, garantindo que esta atenda o padrão de qualidade necessário para uso previsto. Em continuidade a este estudo, será monitorada a eficiência deste dimensionamento, em relação à capacidade do reservatório, nível de eficiência do sistema, consumo específico para descargas e lavagem/irrigação de áreas externas. O estabelecimento de alguns parâmetros, objetivando a formação de índices que possam apontar referências padrão, tais como área de captação/nº de usuários, capacidade dos reservatórios/área de captação, volume captado/volume utilizado e outros mais devem ser estudados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GROUP RAINDROPS. Aproveitamento da água da chuva. Curitiba, Ed. Organic Trading 2002, 196 p. GOULD, JONH; NISSEN-PETERSEN; ERIK. Rainwwater catchment systems for domestic supply: Design, construction and implementation. Londres, ITDG Publishing 1999, 335p. TOMAZ, PLÍNIO. Previsão de consumo de água. São Paulo, Navegar Editora. 2000, 250p. TOMAZ, PLÍNIO. Aproveitamento de água de chuva para áreas urbanas e fins não potáveis. São Paulo, Navegar Editora. 2003, 180p. < > Acesso em : 02 de março de AGRADECIMENTOS À CAPES- Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior- pela concessão da bolsa de mestrado.