XI Simpósio Nacional de Sistemas Prediais SISPRED UFPR UTFPR Curitiba, 17 à 19/06/2009 Detenção Distribuída e Utilização das Águas Pluviais Professor Dr. Roberto Fendrich Departamento de Hidráulica e Saneamento - DHS/UFPR crafen@uol.com.br - fendrich.dhs@ufpr.br
DETENÇÃO E APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS PARA FINS NÃO-POTÁVEIS NUMA CASA UNIFAMILIAR NA CIDADE DE CURITIBA-PR 1) PELO MÉTODO DE FENDRICH (2002) 2) PELOS MÉTODOS DO ANEXO A, NBR 15.527/2007, DA ABNT 1. CARACTERÍSTICAS DA CASA UNIFAMILIAR Casa de 1 Pavimento Construída de Alvenaria Comum N. de Moradores = 5 Pessoas Área do Telhado = Área de Coleta das Águas Pluviais (A c =110m 2 ) Aproveitamento de 85% das Alturas Médias Mensais de Chuva Utilização das Águas Pluviais = 1 B.S. (12 l/descarga) Freqüência de Uso = 5 descargas/dia. pessoa
2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS NA UTILIZAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS 1 ) RESERVATÓRIO DE DETENÇÃO: O RESERVATÓRIO DEVE SER MANTIDO SECO (VAZIO). NÃO É RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO. O ENCHIMENTO É TEMPORÁRIO. 2 ) RESERVATÓRIO DE RETENÇÃO: O RESERVATÓRIO É MANTIDO CHEIO. O RESERVATÓRIO É DE ACUMULAÇÃO, TAL COMO É O RESERVATÓRIO PARA ÁGUA POTÁVEL DO SISTEMA PÚBLICO. 3 ) O SISTEMA DE APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS DEVE SER TOTALMENTE INDEPENDENTE DOS OUTROS SISTEMAS HIDRÁULICO- SANITÁRIOS PREDIAIS. 4 ) EM HIPÓTESE NENHUMA: NÃO PODE FAZER LIGAÇÃO CRUZADA DOS SISTEMAS DE (ÁGUA POTÁVEL X ÁGUA DA CHUVA) E VICE-VERSA.
3. RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO DAS ÁGUAS PLUVIAIS 3.1) PELO MÉTODO DE FENDRICH (2002) V = C r. A c Compensação da Impermeabilização dos Solos da Bacia Hidrográfica. Litologias dos Solos. Enchentes Freqüentes. Sendo: C r = 20,5mm/m 2 = 20,5 l/m 2 e A c = 110m 2 V = 2,3 m 3 3.2 PELOS MÉTODOS DO ANEXO A NBR 15.527/2007 A.1) MÉTODO DE RIPPL (Relatório Técnico de Julho/2004 ) S t = D t Q t Q t = C. Precipitação da Chuva t. Área de Captação V = S t e D t < Q t Sendo: P CTBA = 1.526,6 mm ; C = 85% ; A c = 110m 2 Obtém-se: D t = 109,5m 3 ; Q t = 142,6 m 3
1. Para Reservatório Vazio: S = 142,6 109,5 S = 33,1 m 3 (OK!) Reservatório de Detenção [ 14,5 X > Fendrich (2002)] (P/ Encher: P ACUM = 301,0mm) 2. Para Reservatório Cheio: S = 33,1 9,5 S = 23,6 m 3 (??) Reservatório de Retenção (Acumulação) [ 10,5 X > Fendrich (2002)] (P/ Encher: P ACUM = 214,5mm)
A.2) MÉTODO DA SIMULAÇÃO S t = Q t + S t-1 - D t Onde: Q t = Método de Rippl Sendo: 0 S t V Onde: V = Volume do Reservatório PERGUNTAS 1ª) POR QUE CALCULAR O VOLUME APROVEITÁVEL DA CHUVA? 2ª) É PARA SATISFAZER A DEMANDA DA B.S. TODOS OS DIAS? 3ª) É RESERVATÓRIO DE DETENÇÃO OU DE RETENÇÃO DAS ÁGUAS PLUVIAIS? Para as Condições: P CTBA = 1.527 mm ; C = 85% ; Ac = 110m 2 D cte = 9 m 3 /mês (1 B.S.) V = 7,5 m 3 (No Comércio)
Resultados Obtidos: 1) Q t = 143m 3 > D cte = 108m 3 (9 m 3 /mês) 2) Overflow = 27,5 m 3 3) 4) 5) 6) Outra Fonte: Desnecessária Falha no Sistema: P r = N r /N = 0/12 = 0 Confiança no Sistema: R r = (1-P r ) = (1-0) = 100% [ Reservatório de Retenção (Acumulação)] Confiabilidade Volumétrica: R v = Q t /D t = 143/108 = 132,4% RESPOSTAS 1ª) Não Encontrei Motivos Para Fixação do Volume do Reservatório V = 7,5m 3 2ª) Sim! É Para Satisfazer a Demanda Diária da Bacia Sanitária 3ª) É Reservatório de Retenção (Acumulação) das Águas Pluviais. Vide Nota, P.7, do ANEXO A, da NBR 15.527/2007
QUESTIONAMENTOS/ COMENTÁRIOS/ CONSEQÜÊNCIAS 1 ) Se For Reservatório de Detenção (Vazio), ou seja, Não é Reservatório de Acumulação: Q t < D cte em 2 Meses (Agosto e Abril, Meses de < Média Pluviométrica ) A Confiança no Sistema : R r = (1 2/12) = 83% 2 ) Na Confiabilidade Volumétrica: 1) Se: V = 7,5m 3 (Retenção) R v = 132,4% P CTBA = 1.527mm 2) Então: V = 23,6m 3 (Retenção) R v = 416,6% CTBA = 4.805mm (??) 3) Então: V = 33,1m 3 (Detenção) R v = 584,3% P CTBA = 6.738mm (??) 4) Então Para: R v = 100% Um Reservatório : V = 5,7m 3 é Suficiente [2,5 X > Fendrich (2002)] P 3 ) POR QUE CONSTRUIRIA: V RETENÇÃO (RIPPL) = 23,6 m 3 (??) É ANTI- ECONÔMICO, COM RETORNO DO INVESTIMENTO A LONGO PRAZO.
4 ) OU PIOR AINDA: V DETENÇÃO (RIPPL) = 33,1m 3 (??) É ANTI-ECONÔMICO, COM RETORNO DO INVESTIMENTO A LONGO PRAZO. DESESTÍMULO TOTAL NO APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS. DESEQUILÍBRIO LOCAL DO CICLO HIDROLÓGICO. 5 ) No Faturamento das Concessionárias Públicas? a) > Nº dos Consumidores: Até Demanda Mínima = 10 m 3 b) Tratamento Compacto para Potabilização (Atender Portaria Nº 518/04) c) Registro de Medição Fechado. Aberto Somente nas Grandes Secas. Para: A c = 110 m 2 ; Q t = 143 m 3 /ano D cte = 12 m 3 /mês CONSEQÜÊNCIA: Queda Brutal no Faturamento da SANEPAR, CASAN, SABESP, COPASA, CORSAN, ETC
A.3) MÉTODO DE AZEVEDO NETTO Desenvolvido por Azevedo Netto (1991) Para Abastecimento de Pequenas Comunidades (P 5.000 hab) O Reservatório é de Retenção (Acumulação) Para Atendimento da Demanda da Comunidade Tratamento da Água com Filtros Lentos (T = 4 a 5 m 3 /m 2. dia) V = 0,042 x P x A x T Sendo: P CTBA = 1.526,6 mm A = Ac = 110 m2 (Azevedo Netto : Aproveitamento Muito Bom) T = 2 [Meses de Pouca Chuva: Agosto e Abril ( < 80mm)] V = 0,042 x 1.526,6 x 110 x 2 P V = 14,1 m 3 (??) Reservatório de Retenção [6,1 X > Fendrich (2002)] (P/ Encher: P acum = 128,3 mm)
A.4) MÉTODO PRÁTICO ALEMÃO V adotado = mín (Q (t) ; D (t) ) x 0,06 Para: A c = 110 m 2 ; P CTBA = 1.526,6 mm ; C = 85% Sendo: Q (t) = 142,6 m 3 e D (t) = 109,5 m 3 V adotado = mín (8,6 m 3 ; 6,6 m 3 ) V = 6,6 m 3 (??) Reservatório de Retenção Para Atender Demanda [2,9 X > Fendrich (2002)] (P/ Encher: P acum = 60 mm) A.5) MÉTODO PRÁTICO INGLÊS V = 0,05 x P x A Para: P CTBA = 1.526,6 mm ; A = A c = 110 m 2 V = 0,05 x 1.527 x 110 V = 8,4 m 3 (OK!) Reservatório de Detenção [3,6 X > Fendrich (2002)] (P/ Encher: P acum = 76,4 mm)
A.6) MÉTODO PRÁTICO AUSTRALIANO Q t = A x C x (P t - I t ) OBS: Única Diferença Entre os Métodos Australiano e da Simulação é o Valor de I = Interceptação da Água que Molha as Superfícies e Perdas Por Evaporação 2 mm/mês Resultados Obtidos Para: V = 7,5 m 3 (Fixado) Sendo: A c = 110 m 2 ; C = 85% ; CTBA = 1527 mm ; I t = 2 mm/mês D cte = 9 m 3 /mês (1 B.S.) P 1) Q t = 139 m 3 > D cte = 108 m 3 3) Outra Fonte: Desnecessária 5) Confiança no Sistema = 100% 2) Overflow = 23,5 m3 4) Falha no Sistema = 0 6) Confiabilidade Volumétrica: Rv = 128,7% Questionamentos/ Comentários/ Conseqüências: Os Mesmos do Método da Simulação
4. CASA UNIFAMILIAR EM CURITIBA (A c =110 m 2 ; P = 1300 mm ; 5 Hab ; 1 B.S.) Método V (m 3 ) Tipo Conceitos Aplicabilidade 1. Fendrich (2002) 2,3 Detenção (Vazio) Impermeabilização e Litologias dos Solos. Enchentes. Alturas de Chuva. SIM 2.1 Rippl (2007) 2.2 Rippl (2007) 33,1 23,6 Detenção (Vazio) Retenção (Cheio) Regularização de Vazões Para Atender Demanda Mensal Idem NÃO NÃO 3. Simulação (2007) 7,5 (R v =132,4%) 5,7 (R v =100%) Retenção (Cheio) Retenção (Cheio) Regularização de Vazões Para Atender Demanda Mensal Idem NÃO NÃO 4. Azevedo Netto (2007) 14,1 Retenção (Cheio) Para Atender Demanda Mensal da Comunidade NÃO 5. Alemão (2007) 6,6 Retenção (Cheio) Para Atender a Demanda Mensal dos Usuários NÃO 6. Inglês (2007) 7. Australiano (2007) 8,4 7,5 (R v =128,7%) Detenção (Vazio) Retenção (Cheio) Alturas Pluviométricas Para Atender Demanda Mensal dos Usuários SIM (Anti-Econômico) NÃO 8. Japonês (1995) 11,0 Detenção (Vazio) Alturas Pluviométricas SIM (Anti-Econômico)
CONCLUSÃO Como os Métodos de Rippl, da Simulação, de Azevedo Netto, Prático Alemão e Prático Australiano, Não São Aplicáveis no Dimensionamento dos Reservatórios de Aproveitamento das Águas Pluviais, o ANEXO A da NBR 15.527/2007 (ABNT) Deverá Ser Reformulado. Exceto o Método Prático Inglês, com a Ressalva de que Sua Construção Será Anti-Econômica, Não Incentivando os Usuários a Utilizarem Tal Sistema e, o Ciclo Hidrológico Local Tenderá ao Desequilíbrio.
5. ANTECEDENTES PARA NÃO EDITAR O ANEXO A - NBR 15.527/2007 5.1) JULHO/2003 (Roberto Fendrich Of. 17/07/03):ABNT/RJ [CE-02/ PNBR (03/2000): 144: 07 005] Captação e Uso Local de Águas Pluviais - Uma crítica técnica: Na estimativa de água pluvial a ser coletada, e com detenção temporária, não se aplica o Método de Rippl, pois ele é um método de regularização de vazões em reservatórios de hidroelétricas e de captação de água para abastecimento público. 5.2) JULHO/2004 (Roberto Fendrich Of. 15/07/04) Relatório Técnico Para: - ABNT/SP [CE-02/PNBR (03/2000): 144:07-005] Captação e Uso Local de Águas Pluviais - 7 Bibliotecas: PUCPR; UFPR; USP; UNIPOSITIVO; UTP; UTFPR; UNIOESTE - 10 Autoridades: RBRH/ABRH; ABES/ Fundo Editorial; MF Navegar Editora (SP); 6 Pesquisadores de Drenagem Urbana/ Saneamento Ambiental; Autor dos Livros: Aproveitamento de Água de Chuva (2003) e Conservação da Água (1998)... estou enviando ao CE-02: Comitê Brasileiro de Construção Civil da ABNT, que está estudando o PNBR02: 144:07-005, Relatório Técnico de minha Autoria, que Demonstra a Total Incoerência do Método de Rippl para esta Finalidade.
RELATÓRIO TÉCNICO Dimensionamento de Reservatórios de Detenção e Utilização das Águas Pluviais (Roberto Fendrich, Curitiba PR, 23p. + Anexos, Julho/2004) CONCLUSÕES 1ª) 2ª) 3ª) Reservatórios de detenção das águas pluviais não são reservatórios destinados para acumulação de água Reservatórios de detenção das águas pluviais são reservatórios que devem ser mantidos secos A diferença entre os volumes de detenção das águas pluviais, de 1.206%, determinados pelo Método do Coeficiente de Escoamento Superficial Regional das Áreas de Coleta das Águas Pluviais de Curitiba, em comparação ao Método de Rippl é muito grande, portanto o ciclo hidrológico local será afetado no seu balaço hídrico, desequilibrando os seus componentes de escoamento superficial, infiltração e recarga dos aqüíferos, pois o enchimento do reservatório de detenção das águas pluviais dimensionado pelo Método de Rippl, de regularização de vazões, Vd = 23,6 m 3, somente acontecerá com uma chuva acumulada P = 214,5 mm 4ª) O Diagrama de Rippl ou Diagrama de Massa das Vazões não deve ser aplicado na determinação da capacidade dos reservatórios de detenção das águas pluviais
RECOMENDAÇÕES 1ª) 2ª) 3ª) Em TOMAZ (2003) 1) Reformular o Capítulo 9 Dimensionamento do Reservatório pelo Método de Rippl, da Página 110 até a Página 120 2) Reformular a Tabela 12.2 da Página 161, e a Tabela 12.4 da Página 163, porque as mesmas recomendam reservatórios de detenção das águas pluviais, para várias capitais brasileiras, com volumes exagerados, ou seja, totalmente absurdos, para uma área de coleta A c = 100m 2 4ª) Na determinação da capacidade dos reservatórios de detenção das águas pluviais, preferencialmente, determinar o volume do reservatório utilizando o método do coeficiente de escoamento superficial regional das áreas de coleta das águas pluviais Na dificuldade de obter-se o coeficiente de escoamento superficial regional das áreas de coleta das águas pluviais, deve-se aplicar outro método para obtenção da capacidade dos reservatórios de detenção das águas pluviais, que não o Diagrama de Rippl, procedendo a leitura dos capítulos dos livros e dos artigos técnico-científicos indicados nas 23 bibliografias recomendadas Em TOMAZ (1998) Reformular no Capitulo 8 Aproveitamento de Água de Chuva para Fins não-potáveis em Áreas Urbanas o Sub-Item 11.2 Método de Rippl para demanda constante, das Páginas 184 e 185
E-MAIL 25/07/2004 de PLINIO TOMAZ: Agradecimento Fiquei Bastante Satisfeito com as Suas Observações Sobre o Dimensionamento de Reservatório de Águas Pluviais com o Método de Rippl. Irei Fazer as Devidas Modificações e Agradeço as Observações Feitas, com as Quais Concordo. 5.3) MARÇO/2005 (Fendrich, R., IAHS Nº 293: Sustainable Water Management Solutions for Large Cities) Economy of Drinking Water By The Use of Detention and Rainwater Utilization Systems (P. 155-163) (P. 155): A capacidade do reservatório de detenção das águas pluviais foi determinado para as áreas de coleta 20,5mm/m 2. Este critério é o coeficiente de escoamento superficial regional das áreas de coleta das águas pluviais da Cidade de Curitiba, desenvolvido para promover a detenção distribuída das precipitações pluviais...
5.4) DEZEMBRO/2005 (Fendrich, R., Periódico Téchne, São Paulo SP, Nº 105, Ano 13, P. 54-59) Drenagem Urbana de Curitiba (C r = 20,5 mm/m 2 ) (P. 58): Tabela 5 Área de Coleta A c (m 2 ) V Detenção (m 3 ) 10 0,20 100 2,05 E-MAIL 30/12/2005 de JACK M. SICKERMANN: Artigo seu na Téchne O que chama especialmente a atenção no Trabalho do Sr. é a comprovação de uma retenção de 20 litros por m 2, volume este muito superior ao que reza a legislação de diversos municípios, inclusive Curitiba, Rio e São Paulo. A falha nestas leis, no nosso entender, é conceitual.
5.5) X Simpósio Nacional de Sistemas Prediais: Desenvolvimento e Inovação (UFSCAR ANTAC, São Carlos-SP, 30-31 /08/2007) OBS.: Um Mês Antes da Edição da NBR 15.527/2007 (ABNT) ART.7 Cálculo do Volume do Reservatório de Sistemas de Aproveitamento de Água de Chuva: Comparação Entre Métodos Para Aplicação em Residência Unifamiliar Autores: Carvalho, G. S., et al..(unesp/ Rio Claro SP) (P.7):... Observou-se que, independentemente da área de captação, para demanda de 0,09 m 3 /dia, o máximo volume aproveitável fica entre 30 e 35 m 3 ;..., e quando a demanda é de 0,15 m 3 /dia, esse valor varia de 45 a 55 m 3 (??) E se a Demanda de Águas Pluviais Fosse de 0,3 m 3 /dia, Qual Seria o Volume Aproveitável??
ART.23 Discutindo a Lei 10.785 PURAE: Programa de Conservação e Uso Racional da Água nas Edificações do Município de Curitiba Autores: Fendrich, R. & Santos, D. C. (UFPR/ Curitiba - PR) (P.5): Prevê-se que a Comissão de Estudo Especial Temporária de Aproveitamento de Água de Chuva CEET sofrerá sérios questionamentos, caso não reveja os métodos propostos para dimensionamento do volume dos reservatórios de detenção, entre os quais alguns são voltados para a regularização de vazões, tais como o Método de Rippl (Anexo A.1) e o Método da Simulação (Anexo A.2), e outros voltados para satisfazer o consumo médio, tais como o Método Prático Brasileiro (Anexo A.3) e o Método Prático Alemão (Anexo A.4)
ART.28 Aproveitamento de Água Pluvial em Fins Não Potáveis na Indústria Autores: Bonna, F.L., et al. (Universidade São Marcos/ São Paulo - SP) (P.5): (P.7): Valores Para Simulação: I) Fixos: a) Área de cobertura: 9.644,68 m 2 ; b) Dados diários de chuva para o ano 2000; c) Coeficiente de escoamento superficial: 0,80. II) Variáveis: a) Demandas a serem atendidas: 20 a 100 m 3 /dia; b) Volume do reservatório: 100 a 1.200 m 3. Atualmente os métodos para cálculo de reservatório de aproveitamento de águas pluviais são baseados na regularização de vazão ao longo do ano, isto é, estão associados ao acúmulo de água para os dias de seca. Isto faz com que, em algumas situações, o reservatório seja tão grande que se torna inviável a sua construção.
(P.8): Observa-se que o volume do reservatório calculado pelo Método de Rippl, para a indústria estudada, para uma demanda de 60 m 3 /dia, o reservatório dimensionado seria de 11.617,61 m 3, sendo esta capacidade... (??): E se a demanda fosse de 100m 3 /dia? COMENTÁRIO: Relação de Detenção das Águas Pluviais em Piscinões R D = 333 m 3 /ha (Piscinão Ribeirão Pacaembu com A c = 222 ha) R D = 12.000 m 3 /ha (Indústria com A c = 9.645 m 2 ) (P.8): No caso estudado torna-se inviável construir o reservatório, considerando apenas o espaço físico disponível. (P.8): Em relação ao custo de implantação do sistema de aproveitamento de águas pluviais, para este reservatório, o valor seria R$ 1.380.000,00, uma redução de volume de 11.895 m 3 /ano, para D cte = 60m 3 /dia, correspondendo a uma economia de R$ 151.700,00/ano. Com tempo de amortização de 18,5 anos, período bastante desestimulador para sua implantação.
RECORDANDO OS CONCEITOS BÁSICOS O MÉTODO DE RIPPL É UTILIZADO NA REGULARIZAÇÃO DE VAZÕES DE ESTIAGEM, PARA DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS DE ACUMULAÇÃO (RETENÇÃO) DE ÁGUA, EM CAPTAÇÕES PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO, EM HIDROELÉTRICAS, AÇUDES, LAGOS PAISAGÍSTICOS E DE LAZER, NUNCA SENDO UTILIZADO PARA DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO DAS ÁGUAS PLUVIAIS. OS MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS DE APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS PARA FINS NÃO POTÁVEIS, BASEADOS NA DEMANDA DIÁRIA, MENSAL OU ANUAL, NÃO SÃO APLICÁVEIS PARA RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO DAS ÁGUAS PLUVIAIS. DÚVIDA QUAL A CREDIBILIDADE TÉCNICA DA NBR 15.527/2007 (ABNT) PERANTE OS PROJETISTAS DOS SISTEMAS DE APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS, COM O DIMENSIONAMENTO INCORRETO DO SEU PRINCIPAL COMPONENTE?