CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO … · de água infiltrada abaixo do solo e ainda cerca de 12.900 km3 em forma de vapor. Mesmo com todo este volume, a água potável

da Vinci , Curitiba, v. 1 , n. 1, p. 9-27, 2004

MARCOS TOZZI E JOSÉ JUNJI OTA

2929292929

CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAISPARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL

DEBORA SPERANCETTAEx-aluna - Engenharia Civil - Centro Universitário Positivo / UnicenP

[email protected]

JULIANO VIZZOTTO ALVESEx-aluno - Engenharia Civil - Centro Universitário Positivo / UnicenP

[email protected]

CLÁUDIO MARCHAND KRÜGERProfessor - Centro Universitário Positivo / UnicenP

[email protected]

CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL


RESUMO

Este trabalho pretende contribuir para a redução do desperdício de água em residên-cias através da utilização das águas pluviais em locais onde não se necessita de água potávelcomo: vasos sanitários, regar plantas e jardins e lavar automóveis e calçadas. O sistema paracaptação da chuva é formado por um conjunto de áreas de coleta, calhas, condutores, filtros,bomba e um reservatório de armazenamento. O funcionamento é simples, pois a água cap-tada nos telhados é conduzida até um reservatório subterrâneo, que bombeia esta água paraoutro, elevado, o qual faz a distribuição da água na residência por gravidade. Para odimensionamento do sistema, citam-se os diversos métodos de determinação do volumecaptado de águas pluviais e do volume do reservatório de armazenamento. Com o desenvol-vimento deste trabalho pretende-se criar uma saída alternativa para o problema da escassezde água que vem aumentando a cada dia.

Palavras-chave: Captação de Águas Pluviais, Utilização, Aproveitamento.

ABSTRACT

The present work aims to contribute to the reduction of residential water wastethrough the use of rain water where drinking water is not necessary, such as: toilets, lawnwatering, car and pavemente washing. The rain water collection system is composed ofgutters, filters, pumps and a reservoir. The rain water is conducted to an undergroundreservoir and then pumped to an elevated one, which distributes the water throughout theresidence. Several methods for sizing the reservoir are listed.

Key words: Rain water collection, rain water use.


DÉBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER

3131313131

CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAISPARA ABASTECIMENTO RESIDENCIAL

DEBORA SPERANCETTA, JULIANO VIZZOTTO ALVES E CLÁUDIO KRÜGER

1. INTRODUÇÃO

A Terra possui 1.385.984.610 km3 de água espalhada por toda a superfície, na formade lagos, rios, campos de gelo e oceanos. Além da água superficial, existem 23.400.000 km3

de água infiltrada abaixo do solo e ainda cerca de 12.900 km3 em forma de vapor.Mesmo com todo este volume, a água potável é finita. Do total de água na Terra,

97,5% está nos oceanos, o restante permanece em ciclo de: chuva, neve, evaporação e gelo.Restam, portanto, 24.486.310 km3 de água doce, que pode parecer muito, mas não é. O usoirracional da água transforma o abastecimento num dos maiores problemas que a humanida-de enfrenta.

Em rela-ção à água docedistribuída nomundo, represen-tada na Figura 1,a maior parte(68,7%) está naforma de gelo eneve permanentesna Antártida, re-gião ártica e regi-ões montanhosas.Águas subterrâne-as compreendemmais ou menos30% do total daágua doce. Ape-nas 0,26% da água doce da Terra está concentrada em lagos, reservatórios e rios, sendo estasas formas mais acessíveis economicamente.

A água é um recurso renovável, mas finito, e a perspectiva de um colapso mundial éconsiderada muito preocupante por especialistas, que alertam que até o final do século oproblema dos recursos hídricos será grave.

Com o aumento da população mundial, da indústria e da agricultura, sabe-se que aágua potável está se esgotando e além deste fator, o uso irracional faz com que a situação seagrave ainda mais.

Conseqüentemente, com a escassez da água em praticamente todo o mundo, torna-se importante o seu gerenciamento, e uma das formas é aproveitar as águas pluviais para finsde uso doméstico, industrial e agrícola, através de sistemas de utilização das águas pluviais.

Figura 1– Distribuição da água doce no mundo



O objetivo deste trabalho é indicar uma alternativa para a redução do consumo deágua em uma residência, baseado no aproveitamento das águas pluviais, composto por su-perfícies de coleta, calhas e condutores, filtros, reservatórios de armazenamento e bombas.

A água armazenada será empregada para ações que não demandam água potável,como lavar carros e calçadas e em descargas de vasos sanitários.

2. SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS

Captar água da chuva significa não só economia nas contas, mas combate aos ciclosde escassez e de enchentes nas cidades, pois ao se armazenar esta água, boa parte deixa deescoar para os encanamentos pluviais, diminuindo o impacto das enchentes.

As técnicas necessárias para operar um sistema de utilização das águas pluviaisdevem seguir as seguintes etapas:

- Coleta das águas pluviais através de telhados, coberturas, marquises, etc;- Armazenamento das águas pluviais em reservatórios;- Verificação da qualidade das águas pluviais;- Abastecimento local pelo uso das águas pluviais;- Drenagem do excesso das águas pluviais provocados pelas chuvas intensas;- Águas pluviais complementares às do abastecimento público das cidades, em épocas deestiagem (emergências);- Eliminação da água coletada no início das chuvas.

A água coletada deve seguir níveis de qualidade para os diferentes modos de utili-zação, os quais variam com o grau de poluição do ar e com a condição de limpeza da área decoleta. Os tratamentos para os diversos fins de utilização das águas pluviais são apresentadosna Tabela 1.

Tabela 1 – Tratamento da água em relação à utilização das águas pluviais. (FENDRICH e OLIYNIK, 2002)

A localização da área de coleta limita a utilização das águas pluviais porque ograu de limpeza está em função desta área. A Tabela 2 mostra o grau de pureza da águareferente ao local onde foi coletada.



3333333333

Tabela 2 – Grau de pureza relacionado à área de coleta indicando sua utilização. (FENDRICH e OLIYNIK, 2002)

3. COMPONENTES DO SISTEMA

3.1 Áreas de Coleta

Em relação à residência, a coleta das águas pluviais é feita diretamente no telhado.Para coletar as águas pluviais,basta direcionar o condutor vertical das calhas para o reserva-tório de armazenamento.

3.2 Calhas/Condutores

As calhas são utilizadas para captar a água das chuvas dos telhados que são trans-portadas diretamente para os reservatórios de armazenamento através dos condutores.

3.3 Filtros e Telas

Ao redor dos ralos das calhas encontram-se folhas, sujeiras ou areias que podemdiminuir, ou obstruir totalmente a passagem da mesma no condutor vertical, além de poluira água. Devido a este fato, é necessário evitar que tais materiais sejam levados para dentrodas tubulações e do reservatório de armazenamento junto com as águas pluviais, utilizandogrelhas.

3.4 Reservatórios de Armazenamento

Os reservatórios de armazenamento das águas pluviais devem atender a três condi-ções básicas: não ter vazamentos; serem construídos com material não poluente, que venhaa contaminar a água armazenada e, que não propicie o aparecimento e proliferação de algas.Devem ter uma tampa para evitar a evaporação da água e prevenir contra a entrada desujeiras, insetos e pequenos animais, tendo uma forma que não dificulte a limpeza do seuinterior.



Os reservatórios devem ser dimensionados de acordo com o uso a que se destinaa água pluvial, do tipo da construção, e da capacidade do local de instalação.

3.5 Bombas

Uma bomba é necessária para elevar a água do reservatório de armazenamentosubterrâneo ao reservatório elevado, o qual fornece água à casa por gravidade. Um eletrodoou uma bóia deve ser acoplado ao reservatório de armazenamento para registrar o nível deágua, para automatizar o bombeamento.

4. CONSUMO DOMÉSTICO DE ÁGUA

A Tabela 3 apresenta os parâmetros do consumo de água potável que pode sersubstituída por águas pluviais em usos internos e externos, segundo TOMAZ (1998), citadopor FENDRICH (2002).

Tabela 3 – Substituição de água potável pela utilização das águas pluviais (TOMAZ, 1998)

* Consumo de 6 l/descarga em bacia sanitária acoplada a caixa de descarga

5. MÉTODOS PARA O DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO DE ÁGUAS

PLUVIAISDe acordo com experiências internacionais e nacionais, seja pelo emprego de mé-

todos de demanda de água constantes, ou ainda, pelo empirismo “prático” reinante no meiotécnico, com relação à utilização das águas pluviais, um dos grandes problemas é a determi-nação da capacidade do reservatório de armazenamento, levando-se em conta: a área dotelhado, a precipitação pluvial do local, o intervalo dos dias de estiagem e a demanda deseja-da de água. A seguir serão abordados os métodos pesquisados para estimar o volume doreservatório de armazenamento.

5.1 Critério Utilizado no Japão

Segundo FENDRICH e OLIYNIK (2002) a capacidade do reservatório dearmazenamento é determinada em função da área de coleta das águas pluviais como:



3535353535

(1)Onde:

V = capacidade do reservatório de armazenamento das águas pluviais (m3);A = área da superfície de coleta (m2);C = coeficiente de escoamento superficial regional (m).

O coeficiente Cr da Equação (1), teoricamente, deveria ser um valor represen-tativo das características regionais do clima e das chuvas. Entretanto, no Japão, basean-do-se em dados de estudos obtidos na Região Metropolitana de Tóquio, adota-se o valorpadrão Cr = 0,1 m, aplicado nacionalmente, ou seja, representa um volume de 100 l deáguas pluviais por m2 de área de coleta. Então, para um telhado de 100 m2, o volume doreservatório deve ser de 10 mil litros.

5.2 Método Desenvolvido por Fendrich.

Um dos métodos para quantificar o volume das águas pluviais que merece umamaior atenção é o estudo realizado pelo professor Roberto Fendrich, referente ao volu-me da precipitação pluvial armazenável na Bacia Hidrográfica Urbana do Rio Belém,rio 100% curitibano.

Deve-se citar que a preocupação do estudo de FENDRICH (2002) tem ligaçãodireta aos problemas relacionados às enchentes urbanas, devido às grandes áreas imper-meáveis, que são decorrentes da crescente urbanização das bacias hidrográficas.Segundo FENDRICH (2002), a capacidade dos reservatórios de armazenamento daságuas pluviais é dada pela seguinte expressão:

(2)Onde:

V = capacidade do reservatório de armazenamento das águas pluviais (m3);V = volume unitário de reservação das águas pluviais (m3/m2);A = área de coleta das águas pluviais (m2).

As capacidades dos reservatórios de armazenamento das águas pluviais para asvárias áreas de coleta, em relação às litologias da Bacia Hidrográfica Urbana do RioBelém estão indicadas nas tabelas 4 e 5.

c

r

r

c



Tabela 4 – Capacidade dos reservatórios de armazenamento das águas pluviais nas áreas da Formação Guabirotuba e dosSedimentos Recentes da Bacia Hidrográfica Urbana do rio Belém (FENDRICH, 2002)

Tabela 5 – Capacidade dos reservatórios de armazenamento das águas pluviais nas áreas do Embasamento Cristalino da BaciaHidrográfica Urbana do Rio Belém (FENDRICH, 2002)

5.3 Método de Rippl

O Método de Rippl (PINTO et al., 1976), utilizado pela ABNT no Projeto deNorma de Captação e Uso Local de Águas Pluviais (2000), consiste em estimar o volume deáguas pluviais através de uma seqüência de chuvas e verificar a demanda necessária de águapara cada mês do ano, com o objetivo de armazenar a água da chuva para o consumo não-potável de uma residência. No caso em questão, a aplicação do método equivale ao cálculodo “máximo déficit acumulado” do reservatório de águas pluviais, considerando que o mes-mo reservatório inicia o período de simulação cheio. Mês a mês, são calculadas as diferençasentre o volume de chuva captado e o volume utilizado para consumo e acumuladas asdiferenças negativas (retiradas de água do reservatório). As diferenças positivas são despre-zadas quando o reservatório já está cheio.

Para o cálculo do consumo residencial diário, CREDER (1995) estima que cadaquarto social é ocupado por duas pessoas e cada quarto de serviço é ocupado por umapessoa. A demanda de água necessária em uma residência é calculada através do número depessoas, juntamente com o consumo per capita. Como se trata da utilização das águas pluvi-ais para usos não-potáveis, somente serão considerados os consumos de vasos sanitários,lavagens de carro, lavagens de pisos externos e irrigação de jardins.



3737373737

6. APLICAÇÃO DOS MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DO RESERVA-TÓRIO A UMA RESIDÊNCIA DE ALTO PADRÃO

6.1 Critério Utilizado no Japão

Para a aplicação deste critério foram utilizados os dados mensais dos índicespluviométricos de Curitiba, no período de 1889 – 2002.

- Volume do reservatório:

Área do telhado = 244,68 m2

Coeficiente de escoamento superficial regional (Japão) = 0,1 m

Da Equação (1):

V= 244,68 x 0,1 = m3 = 24.470 l

6.2 Método Desenvolvido por Fendrich

- Volume do reservatório:

Área do telhado = 244,68 m2

Volume unitário de reservação das águas pluviais = 0,0205 m3/m2

Da Equação (2):

V = 0,0205 x 244,68 = 5,0 m3

6.3 Método de Rippl

Para a aplicação do Método de Rippl foram utilizados os dados mensais dosíndices pluviométricos de Curitiba, no período de 1889 – 2002, e os valores de consu-mo médio de água não-potável em uma residência.

Foi realizado o dimensionamento para uma residência unifamiliar de alto pa-drão, com 9 habitantes (quatro quartos sociais e um de serviço), onde as águas pluvi-ais serão utilizadas exclusivamente nos vasos sanitários com consumo estimado em 60l/hab.dia e em uma torneira externa para lavagem de carros, pisos e regar plantas.

Como se trata de uma residência de alto padrão, foram considerados 2 carros,com um consumo aproximado para lavagem de cada carro de 150 l/semana, de 2 l/dia.m2 para a lavagem dos pisos externos com 100 m2, e para a irrigação do jardimcom 50 m2, um consumo de 2 l/dia.m2, segundo a Tabela 3.



- Cálculo da demanda de águas pluviais para uso não-potável

Lavagem de carro = 150 x 2 x 4 = 1200 l / mêsLavagem de pisos externos = 100 x 2 x 4 = 800 l / mêsIrrigação de jardim = 50 x 2 x 4 = 400 l / mêsDemanda na descarga do vaso sanitário = 60 x 9 x 30 = 16200 l / mêsDemanda mensal = 18600 l / mês = 18.6 m3 / mês

- Volume Reservado

Através do Método de Rippl, que nada mais é do que um balanço de entradas esaídas de água em um reservatório hipotético, calcula-se o volume do reservatório dearmazenamento que deve ser suficiente para suprir a demanda nos períodos de carência epara isso se utilizou algumas estimativas de chuvas, a fim de analisar as diferentes capacida-des de armazenamento das águas pluviais nos períodos de estiagem e períodos de ocorrênciade muita chuva.

As tabelas a seguir apresentam os cálculos de volume do reservatório utilizandoestimativas de chuva mínima, média e máxima.

Tabela 6 – Capacidade do reservatório com chuva mínima (ano de 1985)

(*) Volume do Reservatório = 63,74 m3



3939393939

Tabela 7 – Capacidade do reservatório com chuva média


Tabela 8 – Capacidade do reservatório com chuva máxima (ano de 1998)


A tabela 7 utiliza um ano fictício, construído com as chuvas médias mensais dasérie histórica de chuvas adotada, e a Tabela 8 utiliza um ano real (1998), com o maior totalprecipitado da série, apesar disto, o ano de 1998 contém valores pequenos de chuvas emmaio, junho e novembro, o que resulta em um reservatório maior que o obtido com a chuvamédia.

Analisando os resultados mostrados pelas Tabelas, percebe-se que a diferença devolumes é bastante grande, isto porque não é possível prever em qual período aconteceráum ano de estiagem ou um ano bastante chuvoso.



Figura 2 – Projeto do sistema de utilização das águas pluviais

7. CORTES ESQUEMÁTICOS DA RESIDÊNCIA DE ALTO PADRÃO MOS-TRANDO O SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS

A Figura 2 apresenta o projeto do sistema de utilização das águas pluviais naresidência de alto padrão e a Figura 3 mostra um corte da residência que identifica astubulações de águas pluviais.

8. CONCLUSÃO

Avaliações feitas pela SANEPAR indicam que Curitiba pode viver uma crise deabastecimento entre 2030 e 2050 dependendo do ritmo de crescimento populacional e dedegradação dos mananciais. Se algo não for feito, em pouco tempo faltará água para uma

Figura 3 – Corte mostrando a tubulação de águas pluviais

Figura 2



4141414141

parcela da população, o que resultaria em sistemas de rodízio permanente de fornecimentode água potável.

Com o objetivo de reduzir o consumo de água potável em uma residência, atravésda utilização das águas pluviais, foram citados neste projeto alguns métodos para a determi-nação do volume de água da chuva a ser reservado.

Os métodos abordados para encontrar o volume do reservatório de armazenamentodas águas pluviais possuem diferentes enfoques, como o emprego de métodos de demandade água constantes, o empirismo “prático” reinante no meio técnico, e a preocupação ambientaldevido às enchentes urbanas, que tem por objetivo reter as águas pluviais nos logradourospara não sobrecarregar as redes públicas, e assim, aproveitar esta água para o uso não potávelem residências, indústrias, postos de gasolina, supermercados, etc.

Verifica-se que o método de Rippl, utilizado pela ABNT no Projeto de Norma paraa Captação e Uso Local de Águas Pluviais (2000), não possui um parâmetro que indiquequal evento de chuva utilizar para a determinação da capacidade do reservatório das águaspluviais, por isso decidiu-se aplicar várias possibilidades de chuvas, o que resultou em volu-mes bastante diferentes.

O método de Rippl, que se preocupa exclusivamente com a redução do consumode água potável, exige que o reservatório esteja cheio, pois é dimensionado para suprir anecessidade de água para o ano todo.

O método de Fendrich foi desenvolvido para diminuir as enchentes provocadaspela impermeabilização do solo, fazendo com que cada logradouro “segure” a água dachuva e em conseqüência utilize-a para a redução do consumo de água potável. Nestecaso, o reservatório deve estar sempre vazio para que possa receber a água da chuva, eentão utilizá-la.

A instalação do sistema de utilização das águas pluviais requer alguns cuidados,FENDRICH e OLIYNIK (2002) citam que as tubulações das águas pluviais devem serutilizadas separadamente das tubulações das águas do abastecimento público, pois a conexãolevaria à poluição ou diminuição da qualidade da água da cidade pelas águas pluviais. Paraevitar isso, uma das medidas preventivas seria pintar a tubulação das águas pluviais, segundoFENDRICH (2002), de verde escuro, para sua fácil identificação, pois se trata de uma solu-ção ambiental.

AGRADECIMENTOSOs autores agradecem a colaboração e o apoio do Orientador Cláudio Marchand Krüger

e aos Professores Roberto Fendrich e Selma Aparecida Cubas.



REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Captação e uso local de águaspluviais (projeto de norma). Rio de Janeiro, 2000.

CREDER, H. Instalações Hidráulicas e Sanitárias. São Paulo: LTC, 1995.

FENDRICH, R. Coleta, armazenamento, utilização e infiltração das águas pluviaisna drenagem urbana. Curitiba, 2002. 499p. Tese (Doutorado) – Universidade Federal doParaná.

FENDRICH, R.; OLIYNIK, R. Manual de utilização das águas pluviais: 100 maneiraspráticas. Curitiba: Livraria do Chain, 2002.

PINTO, N. L. de S, HOLTZ, A. C. T., MARTINS, J. A., GOMIDE, F. L. S. HidrologiaBásica. São Paulo: Edgard Blücher, 1976.

TOMAZ, P. Aproveitamento de água da chuva para fins não-potáveis em áreas urbanas.Conservação da água. Guarulhos: Edição do Autor, 1998.

Documents

CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA ABASTECIMENTO … · de água infiltrada abaixo do solo e ainda cerca de 12.900 km3 em forma de vapor. Mesmo com todo este volume, a água potável