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NORBERTO ALBERTO GUEVA TÉCNICA DE APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS PARA USO NÃO POTÁVEL EM EDIFÍCIO. APLICAÇÃO A UM CASO DE ESTUDO UNIVERSIDADE ZAMBEZE FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL TÉCNICA DE APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS PARA USO NÃO POTÁVEL EM EDIFÍCIO. APLICAÇÃO A UM CASO DE ESTUDO NORBERTO ALBERTO GUEVA BEIRA 2015 TÉCNICA DE APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS PARA USO NÃO POTÁVEL EM EDIFICIO. APLICAÇÃO A UM CASO DE ESTUDO Orientadora: MSc. Hilda González FernándezMSc. Hilda González Fernándezpelo MSc. Hilda González Fernándezpelo MSc. Hilda González Fernández Monografia submetida a Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Zambeze, Beira, em parcial cumprimento dos requisitos para a obtenção do grau de licenciatura em Engenharia Civil BEIRA 2015 UNIVERSIDADE ZAMBEZE FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL NORBERTO ALBERTO GUEVA IV DECLARAÇÃO Eu, NORBERTO ALBERTO GUEVA declaro que está Monografia é resultado do meu próprio trabalho e está a ser submetida para a obtenção da licenciatura em Engenharia Civil na Universidade na Zambeze, Beira. Ela não foi submetida antes para obtenção de nenhum grau ou para avaliação em nenhuma outra Universidade. _________________________________________ (Norberto Alberto Gueva) Beira, ____ de ______________________ de 20____ V À minha família pelo apoio incondicional VI AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar agradecer a Deus pela vida e saúde que me tem proporcionado até aos dias de hoje. À minha família em especial pela dedicada participação e acompanhamento em meus momentos bons e críticos durante a formação acadêmica. Aos docentes que de uma forma directa ou inderecta deram o seu contributo em favor do meu sucesso do ponto de vista acadêmico bem como socio-cultural, em especial a MSc. Hilda González Fernández, Dra Nereyda Pupo Sintra e Dr. Albano Salzon Maparagem. A minha orientadora MSc. Hilda González Fernández pelo acompanhamento paciente, pela força dada durante o processo da elaboração desta monografia. A todos meus profundos agradecimentos! VII A vida é igual andar de bicicleta. Para manter o equilíbrio é preciso se manter em movimento. (Albert Einstein) VIII ÍNDICE RESUMO ................................................................................................................... X ABSTRACT .............................................................................................................. XI LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ XII LISTA DE TABELAS .............................................................................................. XIII LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ................................................................ XIV LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................ XV INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 1 CAPITULO 1 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................ 4 1.1. Disponibilidade dos recursos hídricos em Moçambique ............................... 4 1.2. Condições climáticas em Moçambique ......................................................... 5 1.3. Usos finais de água ....................................................................................... 5 1.4. Aproveitamento de água pluvial .................................................................... 8 1.5. Aproveitamento das águas pluviais no mundo .............................................. 8 1.6. Sistema aproveitamento de águas pluviais em edifícios ............................. 11 1.6.1. Principais elementos componentes de um sistemas de aproveitamento de água pluvial................................................................................................... 11 1.6.1.1. Área de captação ........................................................................... 12 1.6.1.2. Calhas e condutores ...................................................................... 13 1.6.1.3. Dispositivos de descarte de sólidos ............................................... 14 1.6.1.4. Dispositivos de desvio de água dos primeiros escoamentos ......... 16 1.6.1.5. Reservatórios de armazenamento de água de pluvial ................... 17 1.7. Metodos de dimensionamento de calhas e condutores .............................. 20 1.7.1. Metodos de dimensionamento segundo NBR 10844 .............................. 20 1.7.1.1. Dimensionamento da calha ou caleiras ......................................... 24 1.7.1.2. Dimensionamento dos condutores verticais ................................... 25 1.7.1.3. Dimensionamento dos condutores horizontais .............................. 27 1.8. Métodos de dimensionamento de reservatórios de água pluvial em edificações. ........................................................................................................... 28 1.8.1. Método de Rippl ...................................................................................... 29 1.8.2. Método da simulação .............................................................................. 29 1.8.3. Método Azevedo Neto ............................................................................ 30 IX 1.8.4. Método prático Alemão ........................................................................... 30 1.8.5. Método prático Inglês.............................................................................. 30 1.8.6. Método prático Australiano ..................................................................... 31 1.8.7. Método simplificado definido pela ETA 0701(2015) ................................ 32 1.8.8. Programa computacional de Netuno....................................................... 33 1.9. Analise dos métodos supracitados .............................................................. 36 1.10. Classificação da SAAP ............................................................................ 36 1.10.1. SAAP indireto ou gravítico ................................................................... 36 1.10.2 SAAP direto ......................................................................................... 37 1.11. Aspecto qualitativo da água da chuva ..................................................... 39 CAPÍTULO 2 – ESTUDO DO CASO ....................................................................... 40 2.1. Descrição do objeto de estudo ....................................................................... 40 2.2. Dados pluviométricos da cidade da beira-moçambique ................................. 41 2.3. Dimensionamento geometrico dos elementos componentes de saap. .......... 43 2.3.1. Dimensionamento da caleira ................................................................... 43 2.3.2. Dimensionamento dos condutores verticais ............................................ 44 2.2.3. Dimensioamento dos condutores horizontais .......................................... 44 2.2.4. Dimensionamento do reservatório da água pluvial .................................. 44 CONCLUSÕES ........................................................................................................ 51 RECOMENDAÇÕES ................................................................................................52 REFERÊNCIAS........................................................................................................ 53 ANEXOS .................................................................................................................. 55 X RESUMO O desperdício da água potável nos edifícios residências em determinados usos não potáveis como na bacia sanitária, irrigação de áreas verdes, lavagem de pisos, lavagem de veículos e etc, implica numa demanda elevada no consumo da água potável nas atividades em que não exijam o seu uso, aparecendo a ideia dos sistemas de captação e armazenamento das águas pluviais. Nesta monografia reflecte os resultados duma análise bibliográfica sobre os conceitos principais relacionados com este tipo de sistema, seus elementos componentes assim como os diferentes metodos que permitem o dimensionameto de seus tres elementos esenciais: calhas, condutores e reservatorio.Posteriormente se propoe um sistema de captação e armazenamento no edifício multifamiliar por construir no bairro de Estoril – Beira onde a agua pluvial sera captada pelos telhados, recolhidas e canalizadas pela caleira e em seguida atravez de condutores ou tubo de queda são conduzidas até ao dispositivos de tratamento e direcionadas ao reservatório de armazenamento enterrado, que por intermédio de uma moto-bomba, são bombeadas até o reservatório elevado. Finalmente foi dimensionada a caleira exigendo um diâmetro igual a 100 mm, os tubos de queda com diametro igual a 70 mm e o reservatório de armazenamento de volume igual a 3000 litros. Dita proposta de solução garante uma economia de água potavel em um valor medio estimado em 24.86%, considerando 45% da demanda total da água (100 litros/per capita/dia) a ser suprimida por da água pluvial. Palavras-chaves: Desperdicio, Demanda de consumo, Potencial de economia, Aguas potáveis, Aguas pluviais. XI ABSTRACT The waste of drinking water in residential buildings in certain non-potable uses such as in sanitary bowl, irrigation of green areas, floor washing, car washing, etc., implies a high demand in the consumption of drinking water in activities that do not require your use by appearing the idea of systems for capturing and storing rainwater. This monograph reflects the results of a bibliographic analysis of the key concepts related to this type of system, its component elements and the different methods that allow dimensionameto their esenciais three elements: gutters, drivers and reservatorio.Posteriormente it proposes one collection system and storage in multi- family building to be built in the Estoril district - Beira where the rain water will be captured by the roof, collected and channeled by the gutter and then trough conductors or downpipe are conducted to the treatment devices and directed to the storage tank buried, which by means of a motor pump, are pumped to the higher reservoir. Finally exigendo gutter is sized to a diameter equal to 100 mm, drop tubes with a diameter of 70 mm and the volume of the storage tank exceeding 3000 liters. Said proposed solution guarantees a potable water savings in a mean value estimated at 24.86%, considering 45% of total water demand (100 liters / capita / day) to be removed by rainwater. Keywords: Waste, consumer demand, economic potential, potable water, storm waters. XII LISTA DE FIGURAS Figura 1.1- Consumo doméstico de água sem usos exteriores ................................. 7 Figura 1.2- Consumo doméstico de água com usos exteriores ................................. 7 Figura 1.3 - Pedra Moabita (830 aC) .......................................................................... 9 Figura 1.4 - Esquema representativo de um sistema de recolha de água pluvial a verde ........................................................................................................................ 11 Figura 1.5- Dispositivo de descarte de sólidos para áreas de captação de até 200m2, Modelo VF-1 ............................................................................................................. 15 Figura 1.6 - Dispositivo de descarte de sólidos para áreas de captação de até 1500m², Modelo VF-6 ............................................................................................... 15 Figura 1.7 - Desviador de água dos primeiros escoamentos confeccionado com tubos e conexões de PVC ........................................................................................ 17 Figura 1.8- Curvas I-D-F para Maputo ..................................................................... 22 Figura 1.9- Dimensionamento dos condutores verticais para calha com saída em aresta viva ................................................................................................................ 26 Figura 1.10 - Dimensionamento dos condutores verticais para calha com funil de saída. ....................................................................................................................... 27 Figura 1.11 - SAAP indirecto ou gravítico ................................................................ 37 Figura 1.12 - SAAP direto ........................................................................................ 38 Figura 2.1 - Cobertura do edifício multifamiliar. Representação dos elementos componentes da SAAP ............................................................................................ 41 Figura 2.2 - Precipitação média mensal dos anos 2005-2014 ................................. 42 Figura 2.3 - Gráfico do potencial de economia da água potável (%) ........................ 47 Figura 2.4 – Gráfico do atendimento da água pluvial ............................................... 48 Figura 2.5 – Representação planimetrica do edifício Multifamiliar incluindo a instalacao da SAAP.................................................................................................. 49 Figura 2.6– Representação esquemática em seccao em corte da distribuição da das águas pluviais no edifício residencial multifamiliar ................................................... 50 file:///C:/Users/Navalhaa/Desktop/Para%20Msc%20Hilda%20(Retificado).docx%23_Toc436909061 file:///C:/Users/Navalhaa/Desktop/Para%20Msc%20Hilda%20(Retificado).docx%23_Toc436909061 file:///C:/Users/Navalhaa/Desktop/Para%20Msc%20Hilda%20(Retificado).docx%23_Toc436909071 XIII LISTA DE TABELAS Tabela 1.1 - Uso final de água potável para consumo doméstico em diferentes países ......................................................................................................................... 6 Tabela 1.2 - Ilustração dos tipos de calhas .............................................................. 14 Tabela 1.3- Comparação das vantagens e desvantagens da escolha da localização do reservatório ......................................................................................................... 18 Tabela 1.4- Dispositivos de proteção sanitária e conservação da qualidade da agua da Pluvial .................................................................................................................. 19 Tabela 1.5 - Período de retorno em função dos parâmetros adimensionais ........... 21 Tabela 1.6- Área de contribuição incluindo a ação do vento. ................................... 23 Tabela 1.7- Fatores multiplicativos da vazão de projeto .......................................... 24 Tabela 1.8 - Coeficientes de rugosidade .................................................................. 25 Tabela 1.9 - Capacidade de condutores horizontais de seção circular .................... 27 Tabela 1.10 - Coeficiente de escoamento superficial para diferentes materiais da superfície de captação. ............................................................................................34 Tabela 1.11- Comparação entre vantagens e desvantagens dos tipos de sistemas de SAAP ................................................................................................................... 38 Tabela 2.1- Precipitação Mensais em [mm] registradas na cidade da Beira de 2005- 2014. ........................................................................................................................ 42 Tabela 2.2- Dados de entrada utilizados no Programa Netuno ................................ 45 Tabela 2.3 – Planilha de dados de diversos volumes simulados apartir do programa computacional de Netuno 2014 ................................................................................ 46 Tabela 2.4 - Resultados mensais do volume selecionado (3000 litros).................... 49 Tabela A.1 - Consumos unitários e anuais por dispositivo ou utilização .................. 55 Tabela A.2 - Precipitação diarias em [mm] registradas na cidade da Beira de 2005- 2014 ......................................................................................................................... 55 XIV LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas a.C. Antes de Cristo ANQIP Associação Nacional para a Qualidade nas Instalações Prediais Ca Calha EPA Environmental Protection Agency(Serviço de Proteção Ambiental) ETA 0701 Especificação Técnica ANQIP LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil NBR Norma Brasileira PEAD Polietileno de alta intensidade PROSAB Programa de pesquisa em Saneamento Básico PVC Policloreto de vinilo RGSPPDADAR Regulamento Geral dos Sitemas Publicos Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem da Aguas Resduais SAAP Sistema de Aproveitamento das Águas Pluviais SADC Comunidade para o Desenvolvimento da África Austral TQ Tubo de Queda UFSC Universidade Federal de Santa Catarina XV LISTA DE SÍMBOLOS Área de contribuição Parâmetros adimensionais; CO2 Gás carbônico Di Diâmetro interno Coeficiente de atrito Altura da lâmina de água na calha, em HNO3 Ácido nítrico Declividade da calha ( ); Intensidade de Precipitação Comprimento do condutor vertical ( Litros Coeficiente de rugosidade; NH3 Amônia Perímetro molhado (m); Vazão de projeto ; Raio hidráulico ; Área molhada ; SO2 Dióxido de enxofre Período de retorno (anos); Duração ( ); 1 INTRODUÇÃO A água é uma substância mineral essencial à vida. Já na antiguidade o considerado um dos setes sábios da Grécia, Tales de Mileto, a definia como “o princípio de todas as coisas”. Toda a evolução dos seres vivos está associada e depende deste precioso líquido, que se encontra espalhado por todo planeta, nas mas diversas formas e estados, formando oceanos, glaciares, lagos e rios, a água cobre cerca de ¾ da superfície da terra, com um volume estimado em . Abaixo da superfície infiltrada no solo, existem mas de em cavernas, formando poços, lençóis freáticos e aquífero. Em torno do planeta, na atmosfera terrestre, existem mais de sob a forma de vapor. Embora exista muita água no planeta terra, o maior volume, cerca de 97%, está nos oceanos e é salgada. Da restante parcela de 3%, que representa a totalidade da água doce existente, cerca de 2% esta concentrada nas regiões polares, no estado sólido, e menos de 0.1% encontram-se na atmosfera, sob a forma de vapor. Dos cerca de 1% que existem no estado líquido, a maior parte encontra-se no subsolo a elevadas profundidades, o que dificulta a sua utilização, e apenas 0.01% se encontra disponível em rios e lagos superficiais. A humanidade tem o seu desenvolvimento associado aos usos de água e durante milénios o homem considerou-a um recurso inesgotável. Só há algumas décadas a humanidade despertou para a dura realidade que, face aos usos desregrados do passado, os recursos naturais estão a tornar-se escassos e que é preciso acabar com a falsa ideia de que os recursos hídricos, ou seja, a água, são inesgotáveis. Não sendo inesgotável e definida como um recurso renovável, mas em que apenas uma pequeníssima parcela é facilmente acessível, torna-se necessário geri-la de uma forma racional e sustentável.é neste contexto que a presente monografia vem contribuir, para aplicação da técnica de aproveitamento das águas pluviais como fonte alternativa e complementarde abastecimento potável. A ação humana desvia a água do ciclo natural, em aplicações como agricultura e consumo humano. A cidade impermeabiliza o solo, impedindo a reposição do lençol freático. As canalizações e os pavimentos provocam um aumento na velocidade de vazão superficial, promovendo enchentes urbanas. Os movimentos de terra da agricultura ou de urbanização provocam erosões, modificando os fluxos naturais. 2 Aliados aos problemas de controle e gestão das inundações é necessária também uma atenção especial ao uso da água tratada, em finalidades onde pode ser substituída por fontes alternativas.Nestes dois casos o aproveitamento de águas pluviais, se mostra como sendo uma solução inovadora tanto do ponto de vista técnico quanto econômico. A chuva é um recurso natural de nosso alcance que nos permite dispor de uma reserva de água de ótima qualidade para destinar à rega de jardins, e lavagem de piso e outros espaços. É uma água que cai do céu de forma gratuita e que infelizmente em alguns países do universo é desperdiçada se misturando ao sistema de esgoto. Na Alemanha, por exemplo, essa água é coletada em um sistema individual de água de chuva, onde alguns distritos subsidiam estas instalações. Aproveitando essa água, contribuímos com a diminuição da escassez de água, que já atinge várias regiões do país. Já passou o momento de planejar um novo consumo, mais racional, mais inteligente e mais solidário. Uma das maneiras de evitar esse desperdício é utilizando o sistema de aproveitamento de água da chuva para uso não potável nas edificações, que pode significar mais de 50% do consumo total. Partindo das pesquisas realizadas e entrevistas aos moradores do bairro das novas construções de Estoril foi possível identificar as seguintes manifestações fáticas: • Uso inadequado da água potável, para fins não potáveis • Aumento na velocidade de vazão superficial, promovendo enchentes urbanas A análise acima e as dificuldades encontradas, leva-se a identificar o problema científico gerado nessa investigação como desperdício da agua potável nos edifícios residenciais para determinados usos não potável tais como em bacia sanitária, irrigação de áreas verdes, lavagem de pisos, lavagem de veículos e etc. Atendendo a esta problemática, o objetivo geral da presente monografia é: • Propor um sistema de captação e armazenamento das águas pluviais para uso não potável a uns dos edifícios residenciais multifamiliares por construir no bairro de Estoril – Beira. Para conseguir o cumprimento do objetivo geral propõem-se os seguintes objetivos específicos: • Fazer uma revisão bibliográfica sobre os principais aspectos teóricosque sustentam o objeto de estudo. 3 • Propor um sistema de aproveitamento das águas pluviais para o edifício objeto de estudo. • Dimensionar geometricamente elementos componentes do sistema proposto. Assim, poderia colocar-se a seguinte hipótese: Hipótese do estudo Se se aplica a técnica de aproveitamento das águas pluviais para uso não potável no edifício residencial multifamiliar por construir no bairro de Estoril – Beira possibilita-se a redução no consumo da água potável em atividades onde não exijam o seu uso, tais como na descarga do vaso sanitário, na limpeza geral e etc. Estrutura do trabalho Apresente monografia fica estruturado em: introdução, dois capítulos, conclusões, recomendações, referências e anexos. Na introduçãoconstam diversos pontos como as manifestações fáticas, problema, objetivos e hipótese. No primeiro capítulo, dá-se o enfoque ao desenvolvimento teórico da técnica de aproveitamento das águas pluviais, seguindo-se da breve descrição das diversas componentes de um sistema de captação, que vão desde a superfície de recolha ao reservatório de armazenamento para posterior utilização. Com esta informação logra-se no capítulo 2 aplicar esta técnica ao edifício multifamiliar objecto do estudo. 4 CAPITULO 1 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 1.0. INTRODUCAO Neste capítulo é apresentada uma breve revisão bibliográfica, das técnicas de aproveitamento das águas pluviais nas edificações para uso não potável. Analisando teorias essenciais associados a: componentes comumente encontrados nestes sistemas e processo de dimensionamento das calhas, condutores e reservatórios. Finamente apresenta-se a classificação dos sistemas de aproveitamento das águas pluviais. O que permitirá servir de sustento dos conteúdos do capítulo 2. 1.1. DISPONIBILIDADE DOS RECURSOS HÍDRICOS EM MOÇAMBIQUE Conforme 22ª sessão do conselho de ministros (2007) Moçambique possui treze bacias hidrográficas principais, sendo de sul a norte, as bacias dos rios Maputo, Umbeluzi, Incomati, Limpopo, Save, Buzi, Pungoé, Zambeze, Licungo, Ligonha, Lúrio, Messalo e Rovuma. Moçambique é um país de jusante, partilhando nove das quinze bacias hidrográficas internacionais da região da SADC. Os rios são os maiores transportadores dos principais recursos hídricos dopaís, dos quais mais de 50% são originados nos países de montante. São de notar as diferenças que se verificam entre regiões no que se refere à variação da precipitação, período húmido e seco e de ano para ano com cheias e secas. De acordo com dados disponíveis, o escoamento superficial total é cerca de 216 km³/ano, dos quais cerca de 100 km³ (46%) são gerados no país. Os restantes 116 km³ são gerados nos países vizinhos. Em termos de valores per capita, Moçambique dispõe de um total de cerca de 11500m³/pessoa/ano. Sendo vulnerável aos desastres causados pelas irregularidades climáticas. Nos últimos anos, o país tem registado com frequência secas, cheias e ciclones causando impacto negativo no desenvolvimento sociale económico. Os desastres mais significativos foram as secas de 1981-1984; 1991- 1992; 1994-1995 e as cheias de 1977-1978; 1985, 1988, 2000 e 2001. Os desafios de moçambique na gestão e desenvolvimento dos recursos hídricos em cumprimento das metas do plano de acção com finalidade de redução da pobreza absoluta e das metas de desenvolvimento do milénio, incluem água potável e saneamento, água para segurar alimentação e desenvolvimento rural; prevenção da poluição da água, e conservação dos ecossistemas; mitigação dos desastres e 5 gestão do risco; gestão dos recursos hídricos transfronteiriços e partilha de benefício (22ª sessão do conselho de ministros, 2007). Torna-se necessário e urgente desenvolver planos detalhados relativos ao desenvolvimento dos recursos hídricos para a promoçãodos serviços de abastecimento de água e saneamento, desenvolvimentoda agricultura, gestão de desastres e proteção dos ecossistemas. Um dos planos para o desenvolvimento dos recursos hídricos seria a busca de fontes alternativas de abastecimento das águas (22ª Sessão do Conselho de Ministros, 2007). 1.2. CONDIÇÕES CLIMÁTICAS EM MOÇAMBIQUE Conforme (22ª sessão do conselho de ministros, 2007) o clima de Moçambique é predominantemente tropical húmido a semi-húmido. A variação anual da precipitação segue um padrão marcadamente sazonal, e depende igualmente da posição geográfica, sendo mais marcante na direção norte a sul, e da costa para o interior. A precipitação média anual do país é de cerca de 980 mm, contudo, com muita variação de ano para ano. A precipitação média anual ao longo da zona costeira varia de 800 a 1000 mm, com valores altos, entre Beira e Quelimane (acima de 1200 mm). Na região norte do país, a precipitação é elevada, na ordem de 1000 aos 2000 mm, excetuando a região ao longo do vale do Zambeze onde a precipitação varia de 500 aos 800 mm. Na região sul do país, a precipitação anual média varia de 500 aos 1000 mm. A região mais seca do país localiza-se na zona alta do vale do Limpopo, onde a precipitação anual média varia de 300 aos 500 mm. A estação chuvosa ocorre entre outubro e março, coincidindo com o período quente. 1.3. USOS FINAIS DE ÁGUA A análise dos usos finais de água é essencial para determinar a percentagem na qual a água potável será substituída pela água pluvial, em atividades emque a potabilidade da água é dispensável, dentre os quais se destaca a descarga da bacia sanitária e as atividades de limpeza em geral. A tabela 1.1 mostra resultados de alguns estudos sobre o uso final de água no meio residencial em diferentes países. Pode-se perceber que os valores divergem de um país para outro quando se consideram as atividadesisoladamente, porém isso não influencia significativamente o consumo total de água utilizada para fins não potáveis nessas edificações, que pode variar de 45% a 55%. Isto indica que a água 6 pluvial poderia ser utilizada para substituir a água potável em alguns usos residenciais, proporcionando economia e colaborando para a conservação dos recursos hídricos (ROCHA, 2009). Tabela 1.1- Uso final de água potável para consumo doméstico em diferentes países (TOMAZ (2000), TOMAZ (2003) e SABESP (2007)) apud (ROCHA, 2009) Aparelho sanitário/atividade Uso final por país (%) Dinamarca Holanda Alemanha EUA Suiça Colômbia Bacia sanitário* 20 32 27 27 40 40 Banho (chuveiro e/ou banheira) 30 35 36 17 37 30 Lavagem de roupa* 15 19 12 22 4 - Limpeza de piso, carro e jardim* 10 - 6 - 7 - Limpeza* - - - - - 15 Lavagem de pratos ou louças 20 7 6 2 - 10 Comida e/ou bebida 5 2 4 - 5 - Cozinha - - - - 6 5 Vazamentos - - - 14 - - Outros - 5 9 18 1 - Total 100 100 100 100 100 100 Total não Potável (*) 45 51 45 49 51 55 Outros autores entre eles RODRIGUES (2010); ANDRADE, et al (2010) e a ETA 0701, (2015) confirmam a teoria desenvolvida peloRocha, (2009) quem plantea que a água da chuva em edificações residenciais pode ter, entre outros, os seguintes usos: ✓ Descarga de bacia de retrete; ✓ Lavagem de roupas; ✓ Lavagem de pavimentos, automóveis (Lavagem geral); ✓ Rega de zonas verdes. RODRIGUES (2010) plantea também que de acordo com um estudo realizado pelo LNEC (abrangendo uma amostra populacional de 100 pessoas em 40 habitações), é possível estimar o consumo doméstico de água, como se pode verificar nos diagramas apresentados pelas figuras 1.1 e 1.2. 7 perdas 5% Torneiras 16% Maquina de lavar Loiça 2% Maquina de Roupa 9% Autoclismo 31% Duche, banho 37% Figura 1.1- Consumo doméstico de água sem usos exteriores adaptado de (RODRIGUES, 2010) perdas; 4% Torneiras; 16% Maquina de lavar loica 2% Maquina de Roupa; 8% Autoclismo; 28% Duche, banho; 32% usos exteriores; 10% Figura 1.2- Consumo doméstico de água com usos exteriores adaptado de (RODRIGUES,2010) Contudo torna-se relevante ressaltar que o consumo de água não potável em edificações residências estima-se entre 45% - 55%. Nota-se claramente a falta que faz uma fonte alternativa de abastecimento da água, não potávelque permita a conservar a água potável e preservar o ambiente local. 8 1.4. Aproveitamento de água pluvial Existem vários aspectos positivos no uso de sistemas de aproveitamento de água pluvial, pois estes possibilitam reduzir o consumo de água potável, diminuindo os custos de água fornecida pelas companhias de abastecimento; minimizando riscos de enchentes e preservarvando o meio ambiente reduzindo a escassez de recursos hídricos (MAY, 2004) apud (MARINOSKI, 2007), tais como ׃ Além disso, podem-se citar outras vantagens do aproveitamento de água de pluvial (SIMIONI et al., 2004) apud (MARINOSKI, 2007): • Utiliza estruturas existentes na edificação (telhados, lajes e rampas); • Baixo impacto ambiental; • Água com qualidade aceitável para vários fins com pouco ou nenhum tratamento; • Complementa o sistema convencional; • Reserva de água para situações de emergência ou interrupção do abastecimento público. Rodrigues (2010) cita algumas desvantagens do aproveitamento das águas da chuva que são neste caso: • O custo da instalação de um sistema de aproveitamento de águas pluviais; • Diminuição do volume de água que é captada em momentos de seca. 1.5. APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS NO MUNDO Uma das inscrições mais antigas do mundo é a conhecida pedra moabita, encontrada no oriente médio, datada de 850 a.C. Nela, o rei Mesha dos moabitas, sugere que seja feita um reservatório em cada casa para aproveitamento da água pluvial. (TOMAZ, 2008), Ilustra-se na figura 1.3. Imagem da pedra moabita. 9 Figura 1.3- Pedra Moabita (830 aC) (TOMAZ, 2007) No palácio de Knossos na ilha de Creta a aproximadamente 2000 aC era aproveitada a água de chuva para descarga em bacias sanitárias (p. 100 The Rainwater Technology Handbook, 2001, Alemanha) apud (TOMAZ, 2008) A famosa fortaleza de Masada, em Israel, tem dez reservatórios escavacados nas rochas com capacidade total de 40 milhões de litros (TOMAZ, 2008) Na Península de Iucatã, no México, existem reservatórios que datam de antes da chegada de Cristóvão Colombo à América, e que estão ainda em uso (TOMAZ, 2008). Foi descoberto em 1885 em Monturque, Roma, doze reservatórios subterrâneas com entrada superior. Cada unidade tinha largura de 3,08m, comprimento de 6,65m e altura de 4,83m que perfaziam 98,93m cada perfazendo o volume total de 1.187m e que era usado para abastecimento público (TOMAZ, 2008). A Environmental Protection Agency (EPA) – Serviço de Proteção Ambiental, aponta, nos Estados Unidos, a existência de mais de 200 mil reservatórios para aproveitamento de água de chuva. O volume dos reservatórios na Jordânia varia entre 35 mil litros e 200 mil litros. Em Jerusalém, existe reservatório com 2,7 milhões de litros (TOMAZ, 2008). Na Califórnia, são oferecidos financiamentos para a construção de captação de água de chuva, o mesmo acontecendo na Alemanha e Japão (TOMAZ, 2008). Em Hamburgo, na Alemanha, é concedido gratuitamente cerca de US$ 1.500,00 a US$ 2.000,00 a quem aproveitar a água de chuva, que também servirá para conter picos de enchentes. Hamburgo foi o primeiro estado alemão a instalar sistemas de aproveitamento de águas de chuva iniciando em 1988, havendo até o ano 2000 10 aproximadamente 1500 sistemas privados de coleta de água de chuva funcionando durante sete anos (The rainwater technology handbook, 2001, Alemanha) apud (TOMAZ, 2008). Na Alemanha o aproveitamento da água de chuva é destinado a irrigação (jardins), descarga de bacias sanitárias, máquinas de lavar roupa e uso comercial e industrial e vem sendo feito desde o ano de 1980. Sempre a água de chuva é usada para fins não potáveis (TOMAZ, 2008). Embora no momento ainda não está sendo feito, acredita-se que no futuro o aproveitamento de água pluvial seja feito pelas companhias de água potável e por companhias privadas para abastecimento de hotéis, complexos de apartamentos (p.102 The Rainwater Technology Handbook, 2001, Alemanha) apud (TOMAZ, 2008). Na grande fortaleza e convento dos templários localizada na cidade de Tomar, Portugal que teve início de construção em 1 de março de 1160, existe dois reservatórios para aproveitamento de água de chuva, sendo um com 215m3 e outro com 145m3 (TOMAZ, 2008). 11 1.6. SISTEMA APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS EM EDIFÍCIOS Conforme RODRIGUES (2010), o sistema aproveitamento de águas pluviais consiste na recolha, desvio e armazenamento de águas pluviais para posterior utilização doméstica. O objetivo principal deste sistema consiste em substituir a água de uso doméstico sem exigência de potabilidade por água pluvial devidamente recolhida e fornecida, sendo tratada durante o percurso entre recolha e fornecimento. (figura 1.4). Na imagem ilustrada, os telhados captam a água pluvial para o canal de recolha que são neste caso as calhas ou caleiras, em seguida conduzidas até ao filtro onde a água é tratada e direcionada ao armazenamento subterrâneo de onde por intermédio de uma bomba a água pluvial é bombeada para o reservatório superior, para posterior uso não potável. 1.6.1. Principais elementos componentes de um sistema de aproveitamento de água pluvial ConformeAndrade, et al (2010) os principais componentes de um sistema de aproveitamento de água pluvial são: • Área de captação. • Calhas e condutores verticais e horizontais. • Dispositivos que servem principalmente para a remoção de sólidos grosseiros (como folhas e gravetos) evitando o entupimento de calhas e coletores, como Agua potavel Agua nao potavel Recolha Reservatório de armazenamento inferior inferior Filtro Superfíçie de captação Da água pluvial Consumo não potável Condução Consumo potável Figura 1.4 - Esquema representativo de um sistema de recolha de água pluvial a verde adaptado de (RODRIGUES, 2010) 12 telas dispostas sobre as calhas e grelhas flexíveis instaladas na saída das calhas (no bocal). • Dispositivo de descarte de sólidos (folhas e detritos) com menor abertura de peneira para promover o descarte de folhas que passam pelas grelhas flexíveis, ou todos os sólidos grosseiros quando não são utilizadas tais grelhas. • Caixas de inspeção, quando necessárias, deverão ser instaladas a cada 20 metros lineares ou nas mudanças de direção da tubulação. • Dispositivo de desvio de água dos primeiros escoamentos (ou de água das primeiras chuvas). • Freio de água. • Sifão extravasor. • Conjunto flutuante de sucção. • Conjunto moto-bomba (quando necessário). • Sistema de suprimento com alimentação, com ligação atmosférica não cruzada, e com válvula solenoide. • Reservatório superior de água de chuva. • Sistema de desinfeção, quando necessário. A seguir será apresentada uma breve descrição de cada um dos principais componentes comumente encontrados em sistemas de aproveitamento de água pluvial. 1.6.1.1. Área de captação Conforme ABNT NBR 15527 (2007) área de captação é definida como área em metros quadrados projetada na horizontal da superfície impermeável da cobertura onde a água é captada. Estas áreas podem ser de diversos materiais como: • Cobertura das edificações (telhados, lajes de concreto, telhados vegetados). • Diretamente do solo, principalmente em encostas e de preferência em áreas gramadas ou com vegetação similar. • Pavimentos (estradas, estacionamentos, pátios). Assim, sendo possível captar água de chuva de diversas áreas, deve-se dar preferência para as mais limpas, que não sejam destinadas para o trânsito de peões ou animais e que estejam acima do local onde será instaladoo reservatório de 13 armazenamento, garantindo assim que a alimentação seja por gravidade. Daí a preferência, inclusive na NBR 15527, por áreas de coberturas (ANDRADE et al, 2010). Os materiais das áreas de captação não devem apresentar toxicidade e substâncias que comprometam a qualidade da água, por exemplo, devem ser evitados telhados de amianto, com pintura a base de metais pesados. Quando utilizadas telhas cerâmicas, caso a limpeza destas telhas seja realizada com jatos de água, deve-se evitar a utilização de ácido ou outro reagente nocivo e o efluente desta operação de limpeza;de ser assim, deve ser descartado. Também evitar coberturas com chumbo, cromo e zinco, entre outros materiais que possam causar efeitos nocivos à saúde ou ao meio ambiente (ANDRADE et al, 2010). Após a instalação de um sistema de aproveitamento de água pluvial a cobertura não terá mais apenas a função comumente requerida a uma cobertura (impermeabilidade, resistência, estética), mas também será uma área de captação, portanto, como área de captação a cobertura precisa ser conservada limpa. É muito importante que ocorra uma mudança de paradigma para que as novas edificações contemplem sistemas de aproveitamento de água pluvial. Assim, os projetistas precisam incorporar conceitos que possibilitem que as coberturas tenham também a função de áreas de captação. Devem ser adequadas a esta nova função, ou seja, devem favorecer a implantação das instalações de águas pluviais, drenagem para a cisterna e, se possível, contemplar a execução de sistemas que promovam, além da economia de água, e energia. Ou seja, é interessante que a água pluvial seja armazenada em uma cota que permita sua utilização, por gravidade, sem a necessidade de consumo de energia elétrica (ANDRADE, et al, 2010) 1.6.1.2. Calhas e condutores Baseando-se na norma Brasileira ABNT NBR 10844 (1989) as calhas podem ser definidas como canal que recolhe a água de coberturas, terraços e similares e a conduz a um ponto de destino. Três tipos de calhas podem ser identificados: • Calha de água-furtada • Calha de beiral • Calha platibanda 14 Em seguida faz-se uma breve descrição na tabela 1.2 dos três tipos de calhas supracitados Tabela 1.2 - Ilustração dos tipos de calhas Quanto aos condutores a ABNT NBR 10844, (1989) classifica em dois tipos verticais e horizontais onde: ➢ Condutor horizontal: Canal ou tubulação horizontal destinado a recolher e conduzir águas pluviais até locais permitidos pelos dispositivos legais. ➢ Condutor vertical: Tubulação vertical destinada a recolher águas de calhas, coberturas, terraços e similares e conduzi-las até a parte inferior do edifício. As calhas tanto quanto os condutores podem ser de materiais como: PVC, alumínio, chapas galvanizadas, geomembranas, entre outros materiais. Em termos de secções as calhas geralmente apresentam-se em forma semicircular, U, V, quadrada ou retangular (ANDRADE, et al 2010). 1.6.1.3. Dispositivos de descarte de sólidos Sabendo-se que a água da chuva sofre perda de qualidade ao passar pela troposfera e pela área de captação, acumulando impurezas, faz-se necessária a Calha beiral: Calha instalada na linha de beiral da cobertura Calha platibanda: Calha instalada na linha de encontro da cobertura com a platibanda. Calha de água-furtada: Calha instalada na linha de água-furtada da cobertura 15 utilização de dispositivos de descarte de sólidos e de desvio de água dos primeiros escoamentos que precipitam sobre os telhados. Para o descarte de folhas, gravetos e detritos pode-se também utilizar peneiras autolimpantes. Apresenta-se na figura 1.5 um dispositivo de descarte de sólidos para áreas de captação de até 200m² e na Figura 1.6 para áreas de até 1500m². Para áreas menores que 40m², existem no mercado dispositivos de descarte de sólidos que podem ser instalados diretamente nos condutores verticais ou mesmo no interior dos reservatórios de armazenamento de água pluvial. (ANDRADE, et al 2010). Figura 1.5- Dispositivo de descarte de sólidos para áreas de captação de até 200m2, Modelo VF-1 (ACQUASAVE, 2008) apud (ANDRADE et al, 2010) Figura 1.6 - Dispositivo de descarte de sólidos para áreas de captação de até 1500m², Modelo VF-6 (ACQUASAVE, 2008) apud (ANDRADE et al, 2010) Entrada da água de chuva bruta Entrada da água de chuva bruta Entrada da água de chuva bruta Entrada da águade chuva bruta 16 1.6.1.4. Dispositivos de desvio de água dos primeiros escoamentos Durante as precipitações pluviométricas a água da chuva carrega consigo partículas em suspensão da troposfera. Nas áreas urbanas os compostos como dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio são alguns dos principais contaminantes atmosféricos que podem alterar a qualidade das águas de chuva. Além disso, a poeira e fuligem que se acumulam nos telhados utilizados como áreas de captação também influenciam na qualidade desta água. A contaminação mais forte ocorre nos primeiros milímetros de precipitação e após um longo período sem chuvas, portanto, a água da chuva referente aos primeiros escoamentos deve ser desviada e não armazenada no reservatório de acumulação de água de chuva. Assim, a água de escoamento inicial é a água proveniente da área de captação correspondente às primeiras precipitações pluviométricas, suficiente para lavagem da poluição atmosférica e das áreas de captação. Esta água deve ser suficiente para carregar poeira, fuligem e compostos solúveis indesejáveis, de acordo com a qualidade requerida. Assim, o volume de água a ser desviado depende, não somente da qualidade da água de chuva captada, mas também da finalidade, ou uso a que se destina. Não se deve, portanto, informar um valor de volume ou tempo genéricos de desvio dos primeiros escoamentos para todas as situações. O volume a ser desviado ou o tempo de desvio deve ser calculado para cada situação (ANDRADE, et al 2010). Dentre as várias maneiras de se realizar o desvio de água das primeiras chuvas, esta a utilização do dispositivo com “torneira de boia” ou do dispositivo de “boia que flutua” Na figura 1.7 pode observar-se com o início da chuva, o reservatório de desvio recebe a água transportada pelas calhas e condutores até que atinja seu limite, e a passagem de água para seu interior é interrompida através do fechamento automático de uma boia. A partir desse momento a água passa a escoar para o reservatório de armazenamento de água de chuva. Ao término da chuva, a água retida no reservatório de desvio é descartada por meio de um pequeno orifício ou pela abertura de um registro. 17 Figura 1.7- Desviador de água dos primeiros escoamentos confeccionado com tubos e conexões de PVC (ANDRADE et al 2010) 1.6.1.5. Reservatórios de armazenamento de água de pluvial Conforme ETA 0701 (2015) os reservatórios de armazenamento de água de pluvial podem ser definidos como todos os locais que recolham a água pluvial e que, devido às suas características, permitam o armazenamento da água para utilizações não potáveis. Segundo ANDRADE, et al, (2010) os reservatorios de armazenamento pluvial pode ser construído com diversos materiais como: concreto armado, fibra de vidro, geomembrana de PVC ou de PEAD, ferrocimento, aço inoxidável, alvenaria de tijolo e em placas de ardósia armada. Os autores ANDRADE et al, (2010) e RODRIGUES (2010) coincidem em ideias ao classificar os reservatórios de acordo com sua disposição no terreno em: • Reservatório apoiados ou sobre o solo, • Reservatórios semienterrados, • Reservatórios enterrados (cisternas) / reservatório inferior, • Reservatórios elevados/ reservatório superior Em seguida ilustra-se na tabela 1.3 as vantagens e desvantagens da escolha da localização do reservatóriode armazenamento da água pluvial. Calha metálica Água de chuva para o Reservatório de armazenamento Água de chuva desviada Torneira para esgotamento do Reservatório de desvio Água de chuva para o reservatório de armazenamento 18 Tabela 1.3- Comparação das vantagens e desvantagens da escolha da localização do reservatório (RODRIGUES, 2010) Disposição do reservatório no terreno Reservatório à superfície Reservatório semienterrado ou enterrado Vantagens • Estruturas á superfície permitem inspeção simples • Existem várias opções de reservatórios • Pode ser comprado pelo público em geral • Pode ser construído com uma vasta variedade de materiais • Construção fácil com materiais tradicionais • Extração de água pode ser feita graviticamente em alguns casos • Pode ser elevada a sua posição para aumentar a pressão no sistema • Geralmente é a solução mais barata • Mais difícil de esvaziar • Requer pouco ou nenhum espaço • Discreto • O terreno envolvente suporta a impulsão da água fazendo com que as paredes do reservatório sejam mais finas, reduzindo os custos Desvantagens • Requer espaço para a instalação • Sujeito ao ataque das intempéries • A falha do reservatório pode levar a problemas graves • Água mais susceptível á luz solar • Extração de água é mais problemática - exige bomba • Perdas são mais difíceis de detetar • Contaminação da água por infiltração de água • Raízes de árvores podem danificar a estrutura do reservatório • Flutuação do reservatório pode ocorrer se o nível freático for elevado e o reservatório estiver vazio • Veículos pesados a circular acima do reservatório podem causar danos • Geralmente mais caros Para proteção sanitária e conservação da qualidade da agua pluvial nos reservatórios de armazenamento, este deve ser equipado por: freio de água; conjunto flutuante de sucção e sifão extravasor. Na tabela 1.4 ilustra-se os dispositivos de proteção sanitária e conservação da qualidade da água pluvial. 19 Tabela 1.4- Dispositivos de proteção sanitária e conservação da qualidade da água da Pluvial (Autor) Freio de água: Este dispositivo, instalado no fundo do reservatório de armazenamento, onde se dá a entrada de água no reservatório, tem como finalidade amortecer o fluxo de água e contribuir para a sedimentação dos sólidos, dificultando a agitação do material sedimentado (ANDRADE et al, 2010). Conjunto flutuante de sucção: Com este dispositivo faz-se com que a água seja retirada do reservatório sempre próximo à superfície e, portanto, com menor teor de sólidos e maior concentração de oxigênio dissolvido. Este dispositivo contribui para a sedimentação de sólidos e melhoria da qualidade de água da chuva a ser utilizada. Ele é constituído por uma boia ligada a uma válvula de retenção (quando necessária) e a uma peneira, conectados a uma das extremidades de uma mangueira, enquanto a outra extremidade geralmente é ligada a uma motobomba (quando necessária) (ANDRADE, et al 2010). Sifão extravasor: No meio urbano, o extravasor do reservatório de acumulação é geralmente conectado à rede de drenagem pluvial. Para evitar a penetração de gases, oriundos da rede de drenagem pluvial, utiliza-se no interior do reservatório de armazenamento de água de chuva um sifão junto ao extravasor. Outras funções do sifão extravasor são: possibilitar a retirada das impurezas da superfície da água (decantação de material flotante, como pólen) e restringir a entrada de animais, principalmente roedores, no reservatório (ANDRADE, et al 2010). 20 1.7. METODOS DE DIMENSIONAMENTO DE CALHAS E CONDUTORES Pode constatar-se da pesquisa que a informação é restritiva no que concerne aos métodos de dimensionamento das calhas tanto quanto condutor (tubos da queda), somente foi possível identificar a Norma Nrasileira NBR 10844 que neste caso será aplicável no dimensionamento dos dois elementos componentes da SAAPmencionados.Em seguida apresenta-se os detalhes do dimensionamento das calhas e condutores pela Norma Brasileira NBR 10844. 1.7.1. Metodos de dimensionamento segundo NBR 10844 A NBR 10844 é a Norma Brasileira que regula os sistemas prediais de drenagem de águas pluviais. Nesta norma são identificadas como principais prescrições a serem observadas e adoptadas as seguintes: • O sistema de esgotamento das águas pluviais deve ser completamente separado da rede de esgotos sanitários, rede de água fria e de quaisquer outras instalações prediais. Deve-se prever dispositivo de proteção contra o acesso de gases no interior da tubulação de águas pluviais, quando houver risco de penetração destes. • Nas junções e, no máximo de 20 em 20 metros, deve haver uma caixa de inspeção. • Quando houver risco de obstrução, deve-se prever mais de uma saída. • Lajes impermeabilizadas devem ter declividade mínima de 0,5%. • Calhas de beiral e platibanda devem ter declividade mínima de 0,5%. • Nos casos em que um extravasamento não pode ser tolerado, pode-se prever extravasores de calha que descarregam em locais adequados. • Sempre que possível, usar declividade maior que 0,5% para os condutores horizontais. Para o cálculo da vazão do projecto se prescisa conhecer previamente a intensidade de prescipitação e a área de contribuição em seguida se explica como obter os dois parâmetros: Para se determinar a intensidade pluviométrica ( ) para fins de projeto, deve ser fixada a duração da precipitação e do período de retorno adequado, com base em dados pluviométricos locais. 21 Com relação a duração da precipitação: deve ser fixada em 5 minutos. Para o cálculo do periodo de retorno a ABNT NBR 10844 (1989) indica considerar ׃ • T = 1 ano: para áreas pavimentadas onde empoçamentos possam ser tolerados; • T = 5 anos: para coberturas e/ou terraço; • T = 25 anos: para coberturas e áreas onde empoçamentos ou extravasamentos não possam ser tolerados. Intensidade de precipitação: Conforme DECRETO no 30/2003 para determinação da intensidade de precipitação faz-se necessário obedecer os seguintes passos: 1. Localização da área de estudo no mapa e identificação da região pluviométrica. 2. Cálculo da intensidade da precipitação paraa duração de período de retomo escolhidos com base nas curvas I-D-F de Maputo (figura 1.6). 3. Afetação do valor obtido pelo fator multiplicativo correspondente a região pluviométrica em causa. Para obter o valor de intensidade se prescisa das curvas de intensidade – frequência – duração. Na figura 1.8. mostra-se a curva utilizada correspondente a Maputo, única existente no país. A expressao analitica destas curvas responde a seguinte expressão: Onde: - período de retomo (anos); - intensidade da precipitação (mm/h); - parâmetros adimensionais; duração(min); Sendo e obtidos pela tabela 1.5. Tabela 1.5- Período de retorno em função dos parâmetros adimensionais (DECRETO n0 30/2003) 2 5 10 20 25 50 534.0468 694.504 797.3841 896.5751 930.8815 1026.694 -0.6075 -0.59383 -0.58197 -0.58197 -0.58119 -0.57749 (1.1) 22 Figura 1.8- Curvas I-D-F para Maputo (DECRETO n0 30/2003) ➢ Área de contribuição O vento deve ser considerado na direção que ocasionar maior quantidade de chuva interceptada pelas superfícies consideradas. A área de contribuição deve ser tomada na horizontal e receber um incremento devido à inclinação da chuva. Estes incrementos são calculados de acordo com a NBR 10844. Alguns exemplos estão apresentados na tabela 1.6 23 Tabela 1.6- Área de contribuição incluindo a ação do vento (ABNT NBR 10844, 1989). Superficie plana horizontal Superficie inclinada Superficie plana vertical unica Duas superficiesplanas verticais opostas Duas suoerficies planas verticais opostas Duas superficies planas verticais adjacentes e perpendiculares Tres superficies planas verticais adjacentes e perpendiculares, sendo as duas opostas adjacente Quatro superficies planas verticas, sendo uma maior altura 24 Vazão de projeto ✓ Cálculo de vazão de projeto A vazão de projeto é determinada pela fórmula definida na Norma Brasileira ABNT NBR 10844 (1989). Onde: Q = vazão de projeto ; I = intensidade pluviométrica ; A = área de contribuição Em calhas de beiral ou platibanda, quando a saída estiver a menos de 4 metros de uma mudança de direção à vazão de projeto deve ser multiplicada pelos seguintes fatores de acordo com a tabela 1.7. Tabela 1.7- Fatores multiplicativos da vazão de projeto (GHISI & GUGEL, 2005) Tipos de Curva Curva a menos de 2m de saida (d <2m) Curva entre 2m e 4m da saida (2<d<4) Canto recto 1.2 1.1 Canto arredondado 1.1 1.05 1.7.1.1. Dimensionamento da calha ou caleiras Por tratar-se de conduções livres o cálculo da capacidade hidráulica realiza-se aplicando a equação 1.4 desenvolvida por Manning-Strickler: Onde: Vazão da calha (l/min); Área molhada (m²); Raio hidráulico (m); Perímetro molhado (m); Declividade da calha (m/m); Coeficiente de rugosidade; 60000 (coeficiente para transformar a vazão em para ). (1.2) (1.3) 25 A tabela 1.8.Indica os coeficientes de rugosidade dos materiais normalmente utilizados na confecção de calhas. Tabela 1.8- Coeficientes de rugosidade (ABNT NBR 15527, 2007) Material Coeficiente (n) Plástico, fibrocimento, alumínio, aço inoxidável, aço galvanizado, cobre, latão 0,011 Ferro fundido, concreto alisado, alvenaria revestida 0,012 Cerâmica e concreto não alisado 0,013 Alvenaria de tijolos não revestida 0,015 1.7.1.2. Dimensionamento dos condutores verticais Os condutores verticais devem ser projetados, sempre que possível, em uma sóprumada. Quando houver necessidade de desvio, devem ser usadas curvas de 90o deraio longo ou curvas de 45o e devem ser previstas peças de inspeção, podendo integrar-se externae internamente ao edifício, dependendo de considerações de projeto, do uso e da ocupação do edifício e do material dos condutores, possuindo um diâmetro interno mínimo dos condutores verticais de seção circular de 70 mm. O dimensionamento dos condutores verticais deve ser feito a partir dos seguintes dados: Vazão de projeto, ( ) Altura da lâmina de água na calha, ( ) Comprimento do condutor vertical, ( ) O diâmetro interno do condutor vertical é obtido através dos ábacos das figuras 1.9 ou 1.10. Para calhas com saída em aresta viva corresponde a figura 1.9 e para calhas com funil de saída a figura 1.10. Os dados de entrada ao ábaco são: , e ; incógnita: . O procedimento aseguir no trabalho com o ábaco se decobre, seguindo com valores de Q encontrados no eixo das abcissas ate interceptar as curvas de e correspondentes. No caso de não haver curvas dos valores de e , interpolar entre as curvas existentes. Transportara interseção mais alta até o eixo das ordenadas encontrando o valor de diâmetro ( e, adotar o diâmetro nominal cujo diâmetro interno seja superior ou igual a este valor encontrado. 26 Os ábacos abaixo ilustrados foram construídos para condutores verticais rugosos correspondendo um coeficiente de atrito igual a 0.04 com dois desvios na base. Figura 1.9- Dimensionamento dos condutores verticais para calha com saída em aresta viva (ABNT NBR 10844, 1989) 27 Figura 1.10- Dimensionamento dos condutores verticais para calha com funil de saída (ABNT NBR 10844, 1989). 1.7.1.3. Dimensionamento dos condutores horizontais Utilizando-se a fórmula de Manning-Strickler e considerando uma altura de lâmina igual a 2/3 do diâmetro, confeccionou-se a tabela 1.9. Nesta tabela, o diâmetro é determinado a partir da rugosidade, da declividade adotada e da vazão necessária. Tabela 1.9- Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazões em ) adaptado de (ABNT NBR 10844, 1989) D(m m) N=0.011 N=0.012 N=0.013 0.5% 1% 2% 4% 0.5% 1% 2% 4% 0.5% 1% 2% 4% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 50 32 45 64 90 29 41 59 83 27 38 54 76 75 95 133 188 267 87 122 172 245 80 113 159 226 100 204 287 405 575 187 264 372 527 173 243 343 486 125 370 521 735 1040 339 478 674 956 313 441 622 882 150 602 847 1190 1690 552 777 1100 1550 509 717 101 1430 200 1300 1820 2570 2570 1190 1670 2360 3350 1100 1540 2180 3040 250 2350 3310 4660 4660 2150 3030 4280 6070 1990 2800 3950 5600 300 3820 5380 7590 7590 3500 4930 6360 9870 3230 4550 6420 9110 28 1.8. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS DE ÁGUA PLUVIAL EM EDIFICAÇÕES. A eficiência e a confiabilidade do SAAP estão ligadas diretamente ao dimensionamento do reservatório de armazenamento, necessitando de um ponto ótimo na combinação do volume reservado e da demanda a ser atendida, que resulte na maior eficiência, com o menor gasto possível (PROSAB, 2006) apud (GHISI) • Nem sempre haverá chuva suficiente para atender toda a demanda • Nem sempre será possível armazenar toda a chuva precipitada (questões físicas e económicas) • Os estudos de dimensionamento de reservatórios devem compatibilizar produção e a demanda • Identificar o percentual de demanda possível de ser atendida em cada sistema • Tornar o sistema, mas eficiente e com menor gasto possível (PROSAB, 2006). Em geral o reservatório de armazenamento é ocomponente mais dispendioso do sistema de aproveitamento de água pluvial. Desta forma, para não tornar a implantação do sistema inviável, deve-se ter cuidado para um correto dimensionamento do reservatório. Dependendo do volume obtido no cálculo e das condições do local, o armazenamento da água de chuva poderá ser realizado para atender a demanda em períodos curtos, médios ou longos de estiagem (MAY et al., 2004) apud (MARINOSKI, 2007). Existem vários métodos internacionais Para o cálculo do dimensionamento do reservatório de água Pluvial em Edificações, dentre os quais destacam-se: a Norma Brasileira (ABNT NBR 15527,2007); programa computacional Netuno (RUPP, MUNARIM, & GHISI, 2011), método simplificado definido pela ETA 0701 entre outros métodos existentes, em seguida faz-se uma breve descrição dos mesmos: A Norma Brasileira (ABNT NBR 15527,2007) fixa os seguites metodos para o dimensionamento do reservatorio: método de Rippl; método da simulação; método Azevedo Neto; método prático alemão; método prático inglês e o Método prático australiano. 29 1.8.1. Método de Rippl Neste método, o volume de água que escoa pela superfície de captação é subtraído da demanda de água pluvial um mesmo intervalo de tempo. A máxima diferença acumulada positiva é o volume do reservatório para 100% de confiança (SCHILLER; LATHAN, 1982) apud (GHISI). É um método de cálculo de volume de armazenamento necessário para garantir uma vazão regularizada constante durante o período mas crítico de estiagem observado (GHISI). Conforme ANDRADE et al (2010) os métodos como o de Rippl, geralmente resultam em grandes volumes de reservatórios de acumulação, e deve ser utilizado apenas para dar uma ideia ao projetista do valor máximo do reservatório a ser adotado. Neste método podem-se usar-se as séries históricas mensuais ou diárias. Onde os dois términos desta equaçãosãoobtidos aplicando as equações seguintes: , somente para valores Sendo que: Onde: volume de água no reservatório no tempo t; volume de chuva aproveitável no tempo t; demanda ou consumo no tempo t; volume do reservatório; coeficiente de escoamento superficial. 1.8.2. Método da simulação Neste método a evaporação da água não deve ser levada em conta. Paraum determinado mês, aplica-se a equação da continuidade a um reservatório finito: Sendo que Onde: volume de água no reservatório no tempo ; volume de água no reservatório no tempo ; (1.4) (1.5) (1.6) (1.7) (1.8) 30 volume de chuva no tempo ; consumo ou demanda no tempo ; volume do reservatório fixado; coeficiente de escoamento superficial. Nota: para este método, duas hipóteses devem ser feitas, o reservatório está cheio no início da contagem do tempo ``t``, os dados históricos são representativos para as condições futuras. 1.8.3. Método Azevedo Neto O volume de chuva é obtido pela seguinte equação: Onde: valor numérico da precipitação média anual, ( ); valor numérico do número de meses de pouca chuva ou seca; valor numérico da área de coleta em projeção, ( ) valor numérico do volume de água aproveitável e o volume de água do reservatório, ( ). 1.8.4. Método prático Alemão Trata-se de um método empírico onde se toma o menor valor do volume do reservatório; 6 % do volume anual de consumo ou 6 % do volume anual de precipitação aproveitável. Onde: valor numérico do volume aproveitável de água de chuva anual, ( ); valor numérico da demanda anual da água não potável, expresso em litros ( ); valor numérico do volume de água do reservatório, expresso em litros ( ). 1.8.5. Método prático Inglês O volume de chuva é obtido pela seguinte equação: Onde: (1.9) (1.10) (1.11) 31 valor numérico da precipitação média anual, (mm); valor numérico da área de coleta em projeção, (m2) valor numérico do volume de água aproveitável e o volume de água da cisterna,( ). 1.8.6. Método prático Australiano O volume de chuva é obtido pela seguinte equação: Onde: coeficiente de escoamento superficial, geralmente 0,80; precipitação média mensal; interceptação da água que molha as superfícies e perdas por evaporação, geralmente 2 mm; área de coleta; volume mensal produzido pela chuva. O cálculo do volume do reservatório é realizado por tentativas, até que sejam utilizados valores otimizados de confiança e volume do reservatório. Onde: volume mensal produzido pela chuva no mês ; volume de água que está no tanque no fim do mês ; volume de d’água que está no tanque no início do mês t; demanda mensal; Nota: para o primeiro mês, considera-se o reservatório vazio. Quando , então o Vt = 0 O volume do tanque escolhido será . Confiança: Onde: Falha; (1.12) (1.13) (1.14) 32 número de meses em que o reservatório não atendeu à demanda, isto é, quando ; - número de meses considerado, geralmente 12 meses; Recomenda-se que os valores de confiança estejam entre 90 % e 99 %. 1.8.7. Método simplificado definido pela (ETA 0701, 2015) As cisternas devem ser dimensionadas de acordo com critérios económicos, técnicos e ambientais, considerando sempre as boas práticas de engenharia. Recomenda-se que o volume total seja, no mínimo, superior em 20% ao volume útil ( ), para ter em atenção o volume morto e a profundidade da boca de captação. Para efeitos de dimensionamento, devem ser considerados períodos de reserva da água na cisterna entre 20 e 30 dias, admitindo-se que esta retenção possa ser prolongada até um máximo de 90 dias, desde que as condições de armazenamento sejam adequadas. Em edifícios residenciais ou em edifícios administrativos, comerciais, de serviços ou industriais, de pequena ou média dimensão e com uma estrutura de consumos relativamente uniforme ao longo do tempo, a cisterna pode ser pré-dimensionada através de métodos simplificados. Para um dimensionamento simplificado da cisterna, propõe-se a aplicação da expressão seguinte ( em ): Onde os doistermos e o são obtidos apartir das seguintes equações: e Sendo: volume aproveitável (litros) pluviosidade média anual no local da instalação (mm) área de captação (m2) (1.15) (1.16) (1.17) (1.18) 33 número máximo de dias de retenção da água na cisterna (em geral, 20 a 30 dias, podendo considerar-se um valor superior, até 90 dias, quando existir uma utilização significativa para rega) volume consumido (litros) número de moradores ou utentes do edifício consumo anual estimado (litros) (Anexo A.1 1.8.8. Programa computacional de Netuno O Netuno é um programa computacional utilizado para simulação de sistemas decaptação de águas pluviais. Através de dados que permitem uma modelagem adequada do sistema são apresentados resultados como a relação entre o potencialde economia de água potável por meio do uso de água pluvial e a capacidade doreservatório, o volume extravasado de água pluvial, entre outros. Como os dados deprecipitação devem ser fornecidos em uma base diária, as simulações sãocalculadas nessa base e os resultados são apresentados em base diária e mensal, a fim de facilitar a análise de comportamentos sazonais do sistema de captação deáguas pluviais (GHISI & CORDOVA, 2014). Entende-se por potencial de economia de água potável uma medida de avaliação em percentagem da água pluvial a substituir a água potável em actividades que não exijam a potabilidade da água. O Netuno realiza os cálculos em base diária considerando a demanda e a disponibilidade de água pluvial. Os dados de entrada são os seguintes: • Precipitação pluviométrica diária; • Área de captação; • Coeficiente de aproveitamento; • Demanda diária de água potável per capita; • Número de moradores; e • Percentagem de água potável que pode ser substituída por pluvial. 34 Precipitação pluviométrica Quanto a precipitação pluviométrica a (ETA 0701, 2015) estabelece que, os estudos de pluviosidade deverão recorrer a dados de fontes oficiais, sendo desejável que se trabalhe com séries históricas de precipitação correspondentes a períodos não inferiores a 10 anos. Área de captação A área de captação de água pluvial é dada, segundo a NBR 10844 ABNT (1989) detalhes na secção (1.5.1.1.) Coeficiente de escoamento superficial O coeficiente de escoamento superficial é utilizado para representar o percentual do volume total de precipitação que é coletado pelo sistema de água pluvial. Assim, desconsidera-se o volume de água pluvial perdido por absorção e evaporação ao atingir a superfície de captação. Este coeficiente depende principalmente do tipo de superfície para captação de água pluvial (telha cerâmica, telha metálica etc). Em seguida na tabela 1.10 apresenta-se Coeficiente de escoamento superficial para diferentes materiais da superfície de captação (GHISI & CORDOVA, 2014). Tabela 1.10- Coeficiente de escoamento superficial para diferentes materiais da superfíciede captação adaptado de (ROCHA, 2009). Material Coeficiente Fonte Telha cerâmica 0.80 a 0.90 Frasier (1975) e Hofkes (1891) apud May (2004) 0.75 a 0.90 Vaes e Berlamont (1999) apud May (2004) 0.56 Khan (1995) 0.60 Haught e Wyckoff (2006) Telha Matálica 0.70 a 0.90 Frasier (1975) e Hofkes (1891) apud May (2004) 0.90 a 0.95 Waterfall (2004) 0.85 Khan (1995) Telha esmaltada 0.90 a 0.95 Vaes e Berlamont (1999) apud May (2004) 0.85 Haught e Wyckoff (2006) Telha de amianto 0.80 a 0.90 DTU (2002) Telha de palha 0.39 Khan (1995) Telhado verde 0.27 Khan (2001) apud Tomaz (2003) Alumínio 0.85 Haught e Wyckoff (2006) Plástico 0.94 Khan (2001) apud Tomaz (2003) Placa de pedra 0.80 Khan (1995) 35 Demanda total de água Conforme (GHISI & CORDOVA, 2014) a demanda total de água representa a quantidade de água necessária para atender as necessidades dos usuários da edificação. Esse dado pode ser: • Fixo, onde se deve definir a demanda diária de água potável per capita; • Variável, onde a demanda pode ser diária (em litros per capita/dia) ou mensal (litros/mês). De acordocom MARQUES & SOUSA (2009), o RGSPPDADAR (1995) fixa apenas as captações mínimas que deverão servir de base a elaboração dos projectos de sistemas de abastecimento de água. Os valores impostos, referentes a consumos exclusivamente domésticos, dependem únicamente da importância dos núcleos populacionais e são os seguintes: • 80 l/hab.dia ……………………………até 1000hab • 100 l/hab.dia ………………….……….de 1000 a 10000 hab • 125 l/hab.dia …………………………..de 20000 a 50000 hab • 175 l/hab.dia …………………………..acima de 50000 hab Número de moradores O número de moradores é utilizado para calcular a demanda diária total de água para cada caso. Este dado é inserido no programa Netuno por meio do número total de moradores da residência ou usuários da edificação (GHISI & CORDOVA, 2014). Percentual da demanda total a ser suprida por água pluvial Este dado é definido a partir de estudos sobre usosfinais de água em edificações e representa a percentagem da demanda de água que pode ser suprida por água pluvial. Com esse percentual é possível calcular a demanda diária de água pluvial (GHISI & CORDOVA, 2014). Obtendo como resultados dos dados de entrada apartir de simulacoes do programa: diversos volumes ( ); potencial de economia de água potável (%); volume consumido de água pluvial ( ); volume consumido de água potável 36 (litros/dia); volume extravasado (litros/dia); demanda de água pluvial é atendida completamente (%); demanda de água pluvial não é atendida (%); diferença entre potenciais de atendimento pluvial (%/m³) e etc. dado destaque ao potencial de economia de água potável (%) que dita a percentagem da água pluvial por suprimir as actividades donde podem ser dispensadas o uso da água potável 1.9. ANÁLISE DOS MÉTODOS SUPRACITADOS Dentre os métodos supracitados a forma mais adequada de dimensionar os reservatórios para armazenar água de chuva com fins de aproveitamento em edificações é por meio de simulação computacional. O programa computacional de Netuno, por exemplo, auxilia na estimativa do potencial de economia de água potável, para um ou mais volumes de reservatório, quando há o aproveitamento de água de chuva em edificações. Desta forma, é possível testar a economia oferecida para diversos volumes de reservatório até obter-se aquele que apresenta o maior percentual de economia com menor custo. 1.10. CLASSIFICAÇÃO DA SAAP Conforme Rodrigues (2010) o SAAP pode ser classificado em: SAAP indirecto ou gravítico e SAAPdireto. Em seguida apresenta-se os detalhes de cada tipo de SAAP mencionado. 1.10.1. SAAP indireto ou gravítico A água pluvial é recolhida a partir da cobertura da propriedade, passa por um filtro e segue para um tanque de armazenamento de tamanho adequado que, como já foi referido, pode ser instalado no subsolo ou sobre o solo. A água é bombeada do reservatório para um tanque elevado localizado dentro do edifício, por baixo do telhado. A partir deste tanque, os aparelhos são alimentados por um sistema de gravidade. Para assegurar o funcionamento durante todo o ano, um sistema de controlo ligado á rede pública é ativado sempre que se verifique uma situação de baixo nível de água no tanque de armazenamento de águas pluviais. Esta ligação é efetuada ao reservatório superior. Este sistema tem como principal vantagem o facto de serem mais fiáveis e poderem facilmente ser abastecidos pela rede pública se não houver água suficiente no reservatório, sendo o sistema de controlo simples e barato. No entanto, a pressão pode ser muito baixa para algumas máquinas de 37 lavar e pode demorar um pouco para encher os autoclismos (RODRIGUES, 2010). Em seguida é representado o SAAP indirecto na figura 1.11 Figura 1.11- SAAP indirecto ou gravítico, catálogo rainharvesting systems apud (RODRIGUES, 2010) 1) Filtro do tipo Vortex 2) Freio de água 3) Bomba submersível 4) Filtro de sucção flutuante 5) Painel de controlo 5a) Interruptor de nível ligado a reservatório superior 5b) Interruptor de nível ligado a reservatório subterrâneo 6a) Válvula solenoide 6b) Interruptor de nível 6c) Sistema de abertura de ar do tipo AA 7) Mangueira 8) Válvula de não retorno (“backflow”) 9) Tubagem 10) Sistema de “overflow” 11) Indicador de nível 12) Tubagem da rede pública 1.10.2. SAAP direto A água da chuva é recolhida a partir da cobertura da propriedade passa por um filtro seguindo para um reservatório de tamanho adequado, que pode ser instalado tanto no subsolo como no solo. A água é bombeada do reservatório de armazenamento diretamente para os aparelhos dentro do edifício. Para assegurar o funcionamento durante todo o ano, um painel de controlo é incorporado no sistema, que passará automaticamente para o serviço de alimentação pública no caso de uma situação de baixo nível de água no reservatório de águas pluviais. A principal vantagem deste tipo de sistema prende-se com o facto de não requererem um reservatório superior e na sua capacidade de gerar pressão adequada para máquinas de lavar roupa e autoclismos. No entanto, o mecanismo de controlo pode ser mais complexo e mais caro (Rodrigues, 2010). Apresenta-se na figura 1.12 esquema de SAAP directo. 38 Figura 1.12- SAAP direto Catálogo Rainharvesting systems apud (RODRIGUES, 2010) 1) Filtro do tipo Vortex 2) Freio de água 3) Bomba submersível 4) Filtro de sucção flutuante 5) Painel de controlo 6a) Válvula solenoide 6b) Interruptor de nível 6c) Sistema de abertura de ar do tipo AA 7) Mangueira 8) Tubagem 9) Sistema de “overflow” 10) Indicador de nível 11) Tubagem da rede pública Em seguida apresenta-se na tabela 1.11 um resumo das vantagens e desvantagens a ter em conta na escolha do tipo de SAAP Tabela 1.11 - Comparação entre vantagens e desvantagens dos tipos de sistemas de SAAP (RODRIGUES, 2010) SAAP direto SAAP indireto ou gravítico Vantagens Desvantagens Vantagens Desvantagens A água da chuva é aplicada sobre pressão, permitindo o uso para rega e lavagem de veículos não requer espaço no Sótão da casa Quando não há água da chuva disponível, a água potável tem que ser bombeada, usando mais energia Se a bomba falhar, não será possível fornecer a água armazenada O suprimento é dirigido para o reservatório superior, permitindo que a água seja fornecida mesmo em casos de falha da bomba, bombas de baixo custo e uso de controlos simples e baratos Pressão pode ser insuficiente para algumas máquinas de lavar roupa. Vasos sanitários enchem lentamente é necessário espaço no sótão para instalação do reservatório Vasta gama de equipamento testado e disponível no mercado, onde a recolha de água pluvial está mais difundida. Os sistemas de by- passsão mais complicados e caros Mais eficientes energeticamente e não há necessidade de bombear a água da rede pública Sistema com poucos equipamentos disponíveis no mercado 39 1.11. ASPECTO QUALITATIVO DA ÁGUA DA CHUVA Andrade, at al (2010) estabelece que, em um sistema de aproveitamento de água pluvial a qualidade da água pode varia de acordo com a posição que se encontre no sistema: • Antes de atingir a área de captação. • Após escoamento pela área de captação, tendo contato com impurezas. • No interior do reservatório, quando armazenada. • Nos pontos de utilização. Antes de atingir o solo, a qualidade da água da chuva é influenciada pela presença de poluentes atmosféricos. O pH da água da chuva, por exemplo, é regulado principalmente pela presença dos gases CO2 (gás carbônico), SO2 (dióxido de enxofre), HNO3 (ácido nítrico) e NH3 (amônia) presentes na atmosfera. Após escorrer pela superfície de captação, a água pluvial sofre perda de qualidade, pois acumula sujeira, como poeira de diversas origens, fezes de animais e matéria orgânica originária
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