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1 Robson Schneider PROJETO DE UM SISTEMA DE CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL PARA FINS DE PULVERIZAÇÃO AGRÍCOLA E DESSEDENTAÇÃO ANIMAL Trabalho de Curso em Engenharia Agrícola II apresentado ao Curso de Engenharia Agrícola da Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC. Orientador: Prof. Dr. Dionei Minuzzi Develati Co-orientadora: Prof.ª Msc. Débora Chapon Galli Santa Cruz do Sul 2015 2 Robson Schneider PROJETO DE UM SISTEMA DE CAPTAÇÃO E APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL PARA FINS DE PULVERIZAÇÃO AGRÍCOLA E DESSEDENTAÇÃO ANIMAL Trabalho de Curso em Engenharia Agrícola II apresentado ao curso de Engenharia Agrícola da Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC. Dr. Dionei Minuzzi Develati Professor orientador – UNISC MSc. Débora Chapon Galli Co-orientadora e professora examinadora – UNISC MSc. Maurício Henrique Lenz Professor examinador - UNISC Santa Cruz do Sul 2015 3 “Tente a sua sorte! A vida é feita de oportunidades. O homem que vai mais longe é quase sempre aquele que tem coragem de arriscar.” Dale Carnegie 4 AGRADECIMENTOS Agradeço aos meus pais e minha irmã pela educação recebida e por tudo aquilo que realizaram até hoje em minha vida, quero também desculpar-me pelas minhas faltas em momentos que não pude estar com vocês, mas agradeço por terem entendido, AMO A TODOS. A minha família e amigos que estiveram nesta caminhada me apoiando sempre, são os quais me inspiro pelas suas forças de vontade. A minha namorada, pelo incentivo, ajuda e paciência nos momentos críticos da execução do presente trabalho. Em especial aos amigos Jonas Fogliatto, Renan Prade e Maurício H. Lenz, Dionei Develati e Débora C. Galli, pelas conversas, apoio, incentivo e pela troca de saberes e experiências. E a todos os colegas e professores do curso de Engenharia Agrícola da UNISC, pela amizade, convívio e conhecimento adquirido durante minha caminhada acadêmica. Deixo aqui, meu MUITO OBRIGADO! 5 RESUMO A água é elemento primordial à preservação da vida sobre a Terra. No entanto, o homem a trata, inúmeras vezes, como um bem inesgotável, utilizando-a frequentemente de maneira não racional. Desta forma torna-se fundamental e necessário alertar e provocar mudanças culturais, buscando conscientização da população quanto ao uso racional da água, evitando desperdícios. Com o intuito de aproveitar a água da chuva para seu uso na dessedentação animal e pulverização agrícola, objetivou-se projetar um sistema de captação e armazenamento de água da chuva em uma propriedade agrícola. A propriedade em questão situa-se no munícipio de Estrela Velha-RS e, embora atualmente não sofra com a insuficiência de água, visa diminuir os custos com a água da rede pública e utilizar os recursos naturais de forma mais eficiente. Por meio de visitas técnicas a propriedade, estimou-se a demanda mensal e anual de água pelas atividades agropecuárias. Realizou-se o balanço hídrico e obteve-se como resultado um reservatório de 9,68 m³ através do método de Rippl, escolhendo implantar então 2 reservatórios com 5 m³ cada. Cálculos dos demais componentes do sistema, como calhas, condutores horizontais, condutores verticais e reservatório de descarte também foram realizados, assim como a indicação de frequência de limpeza e manutenções a serem feitas no sistema. O custo estimado de implantação totalizou R$ 4658,50 e o tempo de retorno sobre o investimento (Payback) em 9,7 anos com o preço atual de R$ 2,50 por m³ da água cobrado pela comunidade. Com a implantação do sistema a propriedade deixará de consumir da rede em média 16 m³ mensais de água, o que auxiliará na redução do consumo de água pública e poderá vir a servir como um modelo a ser implantado nas demais propriedades. Palavras-chave: água, dessedentação animal, pulverização agrícola, chuva, Rippl. 6 ABSTRACT Water is key element to preserving life on Earth. However, the man is, many times, as an inexhaustible well, using it often not rational. Thus it is fundamental and necessary to warn and cause cultural changes, seeking awareness of the population about the rational use of water, avoiding waste. In order to take advantage of rainwater for use in animal consumption and agricultural spraying, aimed to design a catchment and rainwater storage system on a farm. The property in question located in the municipality of Estrela Velha-RS and, although not currently suffer from the lack of water, aims to reduce the cost of tap water and use natural resources more efficiently. Through technical visits the property, estimated the monthly and annual water demand by agricultural activities. We carried out the water balance and obtained result as a reservoir through 9.68m³ Rippl method, choosing then be implanted reservoir 2 with 5 cubic meters each. Calculations of other system components, such as rails, horizontal conductors and vertical conductors disposal reservoir were also performed, and the frequency indication cleaning and maintenance to be done in the system. The estimated implementation cost totaled $ 4658,5 and the payback time on investment (Payback) on 9,7 years with the current price of $ 2,5 per m³ of water charged by the community. With the implementation of system ownership cease to consume network m³ 16 cubic meters of water monthly average, which will help reduce the public water consumption and will eventually serve as a model to be implemented in other properties. Keywords: water, animal consumption, agricultural spraying, rain, Rippl. 7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Analogia da água no planeta reduzida para 1000 litros ........................................... 14 Figura 2 - Distribuição dos recursos hídricos, da superfície e da população ........................... 15 Figura 3 - Ciclo hidrológico ..................................................................................................... 15 Figura 4 - Regime anual de chuvas no Rio Grande do Sul no período de 1976-2005 ............. 16 Figura 5 - Fatores que influenciam o consumo de água pelos animais .................................... 23 Figura 6 - Desenho esquemático de instalação do sistema de coleta de água da chuva ........... 27 Figura 7 - Área de contribuição do telhado .............................................................................. 29 Figura 8 - Ação do vento .......................................................................................................... 29 Figura 9 – Somatório da área de contribuição .......................................................................... 30 Figura 10 - Localização da propriedade ................................................................................... 40 Figura 11- Localização da fonte de coleta dos dados pluviométricos ...................................... 42 Figura 12 - Gráfico das precipitações mensais dos últimos 8 anos (mm) ................................ 44 Figura 13 - Gráfico de consumo de água nas atividades agrícolas ........................................... 47 Figura 14 - Área do telhado ...................................................................................................... 48 Figura 15 - Vista superior telhado duas águas ..........................................................................49 Figura 16 - Ábaco para determinação de diâmetro de condutores verticais ............................. 51 Figura 17 – Esquema do filtro autolimpante para água da chuva ............................................ 52 Figura 18 - Detalhe filtro mais condutor vertical ..................................................................... 52 Figura 19 - Esboço do projeto .................................................................................................. 56 8 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Padrão de turbidez para água pós-filtração ou pré-desinfecção .............................. 19 Tabela 2 - Classificação da dureza química da água ................................................................ 21 Tabela 3 - Parâmetros de qualidade para água de consumo dos animais ................................. 24 Tabela 4 - Coeficiente de rugosidade de Manning-Strickler .................................................... 31 Tabela 5 - Frequência de manutenção ...................................................................................... 32 Tabela 6 - Coeficiente de Runoff médios ................................................................................. 34 Tabela 7 - Somatório total de água utilizadas em atividades agrícolas .................................... 47 Tabela 8 - Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazão em L/min) ........... 53 9 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Padrão microbiológico da água para consumo humano ......................................... 19 Quadro 2 – Frequência das análises e parâmetros para usos não potáveis ............................... 20 Quadro 3- Planilha para cálculo do método de Rippl ............................................................... 35 Quadro 4 - Precipitações mensais e médias dos últimos 8 anos (mm) ..................................... 44 Quadro 5 - Consumo mensal de água para pulverização detalhado ......................................... 45 Quadro 6 - Necessidade estimada de consumo de água por dia para animais.......................... 46 Quadro 7 - Intensidade pluviométrica ...................................................................................... 49 Quadro 8 - Dimensionamento do reservatório pelo método de Ripll ....................................... 54 Quadro 9 - Orçamento sistema de captação e armazenamento de água pluvial ....................... 55 Quadro 10 - Materiais para a montagem do filtro autolimpante .............................................. 56 Quadro 11 - Orçamento final .................................................................................................... 56 10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 12 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ......................................................................................... 14 2.1 A água e seu ciclo no planeta .............................................................................................. 14 2.2 Clima e precipitação média no Rio Grande do Sul ............................................................ 16 2.3 Aproveitamento da água da chuva ...................................................................................... 17 2.3.1 Vantagens do aproveitamento .......................................................................................... 18 2.3.2 Desvantagens do aproveitamento .................................................................................... 18 2.4 Qualidade da água para consumo humano e para fins não potáveis .................................. 18 2.5 Qualidade da água utilizada na pulverização agrícola........................................................ 20 2.4.1 Dureza e potencial hidrogeniônico (pH) ......................................................................... 21 2.6 Qualidade da água para dessedentação animal ................................................................... 22 2.7 Principais componentes de um sistema de captação de água pluvial ................................. 25 2.7.1 Área de captação / contribuição....................................................................................... 25 2.7.2 Condução / transporte ...................................................................................................... 25 2.7.3 Filtragem .......................................................................................................................... 26 2.7.4 Reservatórios ................................................................................................................... 27 2.8 Instalações prediais de águas pluviais ................................................................................ 28 2.8.1 Período de retorno ........................................................................................................... 28 2.8.2 Cálculo de área de captação / contribuição ..................................................................... 28 2.8.3 Vazão do projeto .............................................................................................................. 30 2.8.4 Dimensionamento das calhas........................................................................................... 30 2.8.5 Condutores verticais ........................................................................................................ 31 2.8.6 Condutores horizontais .................................................................................................... 31 2.9 Métodos de cálculo para captação e armazenamento de água pluvial ............................... 31 2.9.1 Método de Rippl .............................................................................................................. 33 2.9.2 Método da Simulação ...................................................................................................... 36 2.9.3 Método prático Brasileiro (Azevedo Neto) ..................................................................... 37 2.9.4 Método prático Alemão ................................................................................................... 38 2.9.5 Método prático Inglês ...................................................................................................... 38 2.9.6 Método prático Australiano ............................................................................................. 39 3 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................... 40 3.1 Descrição do local de estudo .............................................................................................. 40 11 3.2 Coleta de dados para o projeto ........................................................................................... 41 3.2.1 Consumo de água nas atividades agrícolas ..................................................................... 41 3.2.2 Dados pluviométricos do local ........................................................................................ 42 3.3 Dimensionamento da instalação ......................................................................................... 42 3.4 Orçamento do sistema de captação ..................................................................................... 43 3.5 Implantação do sistema ...................................................................................................... 43 3.6 Análises da qualidade da água coletada pela edificação ..................................................... 43 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES......................................................................................... 44 4.1 Índice pluviométrico ........................................................................................................... 44 4.2 Consumo de água na propriedade ....................................................................................... 45 4.3 Desenvolvimento do projeto ............................................................................................... 48 4.3.1 Área de captação e área de contribuição ......................................................................... 48 4.3.2 Vazão do projeto com base na intensidade pluviométrica ............................................... 49 4.3.3 Calhas .............................................................................................................................. 50 4.3.4 Condutores verticais ........................................................................................................ 51 4.3.5 Filtros ............................................................................................................................... 52 4.3.6 Condutores horizontais .................................................................................................... 53 4.3.7 Descarte da primeira água da chuva ................................................................................ 53 4.3.7.1 Cálculo do reservatório de autolimpeza (first flush) .................................................... 53 4.3.8 Dimensionamento do reservatório (cisterna) ................................................................... 54 4.4 Custo estimado do sistema ................................................................................................. 55 4.5 Tempo de retorno do investimento (Payback) .................................................................... 57 4.6 Análise da água da chuva ................................................................................................... 57 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................ 58 6 RECOMENDAÇÕES............................................................................................................ 59 REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 60 Anexo A - pH recomendado para uma máxima eficiência na pulverização ............................. 65 Anexo B – Ábacos para determinação de diâmetros de condutores verticais .......................... 66 Anexo C – Consumo de água para a pulverização ................................................................... 67 Anexo D – Relatório de ensaio (Análise química) ................................................................... 68 Anexo F – Relatório de ensaio (Análise biológica-coliformes) ............................................... 69 12 1 INTRODUÇÃO A água é elemento primordial à preservação da vida sobre a Terra. No entanto, o homem a trata, inúmeras vezes, como um bem inesgotável, utilizando-a frequentemente de maneira não racional (AMORIM e PEREIRA, 2008). Segundo o Departamento de água e esgoto de São Caetano do Sul (DAE, 201-) apesar de nosso planeta possuir 75% da sua superfície coberta por água, apenas 1% de toda água do mundo está disponível para o consumo (água doce). O Brasil é um país rico nesse recurso natural, detendo cerca de 11,6% da água superficial, mas devido ao seu vasto território sofre com a desigualdade de distribuição, sendo que 70% desse recurso encontra-se disponível na região Amazônica e os 30% restantes distribuem-se desigualmente, para atender 93% da população. Conforme Faleiros (2011), o setor agropecuário é o maior consumidor de água em todo planeta. Enquanto o uso doméstico e a indústria correspondem com 10 e 20%, respectivamente, a produção de alimentos drena cerca de 70% da água doce existente. Na produção vegetal, qualquer cultura durante o seu ciclo de desenvolvimento consome um grande volume de água. Aproximadamente 98% deste volume passa pela planta e é perdido devido ao processo de transpiração e volta ao ciclo hidrológico. Esse fluxo é benéfico e necessário para o desenvolvimento vegetal, pois a água traz consigo nutrientes e minerais contidos na solução do solo (ROTONDANO e MELO, 2003). Segundo Palhares (2013) as funções da água no organismo dos animais são: regular a temperatura do corpo e auxiliar na digestão dos alimentos e nos processos de metabolismo da excreção, da reprodução e do crescimento. Um animal jovem pode ter até 80% de sua constituição orgânica na forma de água. Conforme esse animal envelhece, essa quantidade irá diminuir, alcançando um mínimo de 50%. Conforme Pena (2015) recentemente, no ano de 2014, o Brasil passou a viver os primeiros grandes focos daquilo que pode ser considerada uma das maiores crises hídricas até o momento, além das questões geográficas e da má gestão de recursos naturais quando ocorrem períodos de seca, e este problema tende a se agravar. Alguns estados do Nordeste convivem diariamente com a falta de água, mas na ocasião o estado de São Paulo também passou por uma forte crise de água, onde o seu principal reservatório (Sistema Cantareira) foi atingido sendo necessário um grande período de racionamento do consumo, até que as chuvas se normalizassem e a situação se tornasse mais amena. 13 O aproveitamento da água da chuva é um hábito milenar e que foi esquecido em algumas regiões, mas com as recentes crises hídricas está ressurgindo nas sociedades modernas como alternativa para amenizar problemas com a escassez. Países como Austrália e Alemanha já vêm utilizando essa técnica o que permite a captação de água com boa qualidade para fins não potáveis, de maneira simples e com efetividade comparando-se a relação custo-benefício (TAVARES, 2009). Uma alternativa que pode ser aplicada e vem ganhando cada dia mais importância, tanto no meio urbano quanto no rural, é a utilização de sistemas de captação e armazenamento de água pluvial, conhecidos genericamente como cisternas. Tais sistemas devem estar de acordo com os requisitos mínimos para dimensionamento presentes nas normas regradas pela NBR 15.527 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT, 2007) e a água coletada pode ser utilizada posteriormente para vários fins em uma propriedade agrícola. Dependendo de sua qualidade pode ser destinada ao consumo humano ou para fins não potáveis, mas adequada para o uso em irrigação, dessedentação animal, pulverização agrícola, lavagem de máquinas e equipamentos, manejo e higienização de dependências de animais. Como algumas vantagens do emprego desse tipo de sistemas em uma propriedade agrícola temos: a redução do consumo de água potável da rede pública gerando economia de água na conta, contribui com a conservação ambiental, evitando o desperdício e redução da erosão em torno das edificações. O objetivo geral deste trabalho foi projetar um sistema de captação e depósito de águas pluviais em uma propriedade agrícola. Como objetivos específicos para alcançar o objetivo geral tiveram: dimensionar a estrutura para que atenda às necessidades da propriedade para o uso da água coletada na pulverização agrícola e dessedentação animal; analisar o custo e viabilidade econômica (Payback) para a implantação do sistema; elaborar o projeto informacional e conceitual; avaliar a qualidade da água chuva. 14 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 A água e seu ciclo no planeta O rápido crescimento populacional aliado à expansão industrial, muitas vezes não planejada e desenfreada,vêm acarretando alguns problemas e alterações nos fenômenos climáticos que já eram previstos, mas estão cada vez mais à tona nos dias atuais. A poluição dos mananciais e o desperdício de água são as principais razões da sua escassez hoje mundialmente (DAE, 201-). Segundo Tomaz (2009) cerca de 97,5% da água do planeta é salgada e o restante (2,5%) corresponde à água doce. Porém, aproximadamente 70% da água doce está nas calotas polares e 30% nos continentes. No entanto, menos de 1% da água dos continentes está diretamente acessível ao uso humano, o que corresponde a 0,007% do total de água presente na terra. Outra analogia interessante foi realizada por Mano (2004) representando o total de água na terra reduzida para um reservatório de 1000 litros (Figura 1). Figura 1 - Analogia da água no planeta reduzida para 1000 litros Fonte: Adaptado de Mano (2004). O Brasil é um país considerado rico em recursos hídricos, em termos representativos detém 50% do total dos recursos da América do Sul e 11% dos recursos mundiais (Tucci, 2001 citado por Hagemann, 2009), mas apesar da grande disponibilidade a distribuição dessa água não é uniforme conforme mostra a Figura 2. 15 Figura 2 - Distribuição dos recursos hídricos, da superfície e da população Fonte: ANA - Agência Nacional de Águas (20--). Para Oliveira et al. (2012), de um modo geral, a água da chuva possui boa qualidade. Antes de sua precipitação ela passa por um processo que poderia ser descrito como uma “destilação natural”, o qual faz parte do ciclo hidrológico (Figura 3). Figura 3 - Ciclo hidrológico Fonte: U.S. Geological Survey (2014). 16 2.2 Clima e precipitação média no Rio Grande do Sul Conforme o sistema de classificação climática de Köppen, o Rio Grande do Sul se enquadra na zona fundamental temperada (C), tipo fundamental úmido (Cf) com duas variedades específicas: subtropical (Cfa) e temperado (Cfb). As precipitações no RS apresentam uma distribuição relativamente equilibrada, com chuvas ao longo de todo o ano. Em decorrência das massas de ar que penetram no continente, a quantidade de chuvas é diferenciada (UGHINI et al., 20--). Para Sotério, Petrollo e Andriotti (2005) o Rio Grande do Sul se caracteriza por ser uma região bem regada e com distribuição uniforme de chuvas durante o ano, sem haver uma estação seca bem definida, isto é, há precipitações durante todos os meses do ano sem existir uma grande diferença quantitativa entre o mês mais seco e o mês mais chuvoso. Conforme o mapa das isoietas, identificado na Figura 4, existe uma grande variação quantitativa de precipitação nas regiões do Estado identificando volumes entre 1137 a 2130 mm anuais, sendo o litoral sul e a fronteira com o Uruguai as regiões menos chuvosas, já a região do Planalto é a área mais chuvosa (SOTÉRIO, PETROLLO e ANDRIOTTI, 2005). Figura 4 - Regime anual de chuvas no Rio Grande do Sul no período de 1976-2005 Fonte: Matzenauer et al. (2007). 17 2.3 Aproveitamento da água da chuva O aproveitamento de águas pluviais, conforme Tomaz (2009), não é nenhuma novidade recente, há registros históricos que a água das chuvas já era utilizada pela humanidade há milhares de anos. Existem ainda espalhadas inúmeras cisternas escavadas em rochas, utilizadas para o aproveitamento pluvial, anteriores a 3.000 a.C. O mesmo autor ainda relata que um dos países que hoje mais se utiliza o sistema de aproveitamento de água pluvial, além de promover estudos nesta área, é o Japão, sendo Tóquio um exemplo, pois os regulamentos do governo metropolitano obrigam que todos os prédios com área construída maior que 30000 m2 utilizem mais de 100m3 por dia de água para fins não potáveis e façam reciclagem da água de chuvas. Além disso, devem ser construídos reservatórios de água de chuva em áreas de terrenos maiores de 10000m2 ou em edifícios que tenham mais de 3000m2 de área construída. No Brasil, conforme Hagemann (2009), existem ainda poucos relatos de captação da água da chuva para fins de aproveitamento, em vista da disponibilidade relativamente grande de outras fontes de abastecimento se comparado com outros países. O aproveitamento de águas pluviais tem sido praticado em maior escala principalmente na região Nordeste, devido ao problema de escassez hídrica, característico de parte da região, sendo os trabalhos da EMBRAPA Semiárido os pioneiros na construção de cisternas. Para Amorim e Pereira (2008) o grande crescimento populacional, a deterioração dos recursos hídricos e o uso não racional dos mesmos têm levado o ser humano a procurar reduzir a demanda de água e buscar novas fontes para o abastecimento. Hangemann (2009) ainda complementa denotando que esses sistemas para aproveitamento de águas pluviais são diretamente influenciados pelas características das precipitações, onde a intensidade, a duração e a frequência são parâmetros importantes no dimensionamento de calhas, condutores verticais e reservatórios. O conhecimento destas características é importante para projetar um sistema que funcione adequadamente. A captação e o armazenamento da água de chuva é uma ótima alternativa para minimizar o problema de estiagens severas em algumas épocas do ano. Para utilização desta água, deve- se atentar principalmente a dois aspectos: se a mesma for utilizada para o consumo animal, ela deve ser analisada e receber tratamento adequado que garanta sua qualidade; se for utilizada para outros fins (por exemplo, descarga de vasos sanitários, na lavagem de carros, na lavagem de calçadas, ou na irrigação de jardins e usos agrícolas) seu tratamento é mínimo, e não necessita de análise de qualidade (OLIVEIRA et al., 2012). 18 2.3.1 Vantagens do aproveitamento Conforme Oliveira et al. (2012) as vantagens do aproveitamento da água da chuva no meio rural são: Combate à escassez de água em períodos de estiagem ou de maior demanda, em regiões de produção intensiva de suínos e aves; Reduz o consumo de água potável na propriedade e o custo de fornecimento da mesma; Evita a utilização de água potável onde esta não é necessária; Contribui para uma melhor gestão e distribuição de águas nas regiões de produção intensiva de suínos e aves; São de fácil manutenção e possui tecnologias disponíveis flexíveis e adaptáveis a diferentes terrenos e propriedades; A água captada possui qualidade aceitável, principalmente se captada nos telhados; Contribui com a conservação de água, a autossuficiência e a uma postura ambientalmente correta perante os problemas ambientais existentes no meio rural. 2.3.2 Desvantagens do aproveitamento Dependendo das características da propriedade, nem sempre é possível a utilização da força da gravidade para o uso da água armazenada. Nesses casos devem ser instalados sistemas de bombeamento para envio da água para um segundo reservatório (elevado) de distribuição. Esse procedimento deve vir junto de um estudo de viabilidade econômica para analisar a relação custo x benefício da utilização desse modelo, em virtude dos gastos com energia elétrica. As vezes o suprimento fica limitado, ou seja, é função da quantidade de precipitação na região, e da área de captação (OLIVEIRA et al, 2012). 2.4 Qualidade da água para consumo humano e para fins não potáveis O padrão de potabilidade da água destinada ao consumo humano proveniente de sistema e solução alternativa de abastecimento é definido por Brasil (2011) através da Portaria nº 2914, de 12 de dezembro 2011, do Ministério da Saúde. Tal referência legal define água para consumo humano como sendoágua potável destinada à ingestão, preparação e produção de alimentos e à higiene pessoal, independentemente de sua origem. Para ser considerada potável deve estar 19 em conformidade com o padrão microbiológico apresentado no Quadro 1, em complementação às exigências relativas aos demais parâmetros físicos e químicos. Quadro 1 - Padrão microbiológico da água para consumo humano Tipo de água Parâmetro VMP (1) Água para consumo humano Escherichia coli (2) Ausência em 100 mL Água tratada Na saída do tratamento Coliforme totais (3) Ausência em 100 mL No sistema de distribuição (reservatório e rede) Escherichia coli Ausência em 100 mL Coliformes totais (4) Sistemas ou soluções alternativas coletivas que abastecem menos de 20.000 habitantes Apenas uma amostra entre as mostras examinadas no mês, poderá apresentar resultado positivo Sistemas ou soluções alternativas coletivas que abastecem a partir de 20.000 habitantes Ausência em 100 mL em 95% das amostras examinadas no mês NOTAS: (1) Valor máximo permitido; (2) Indicador de contaminação fecal; (3) Indicador de eficiência de tratamento; (4) Indicador de integridade do sistema de distribuição (reservatório e rede). Fonte: Brasil (2011). O padrão de turbidez que representa a propriedade óptica de absorção e reflexão da luz, causada pelas partículas sólidas de argila e matéria orgânica e serve como parâmetro das condições adequadas para consumo da água é apresentado na Tabela 1 (BRASIL, 2011). Tabela 1 - Padrão de turbidez para água pós-filtração ou pré-desinfecção Tratamento de água VMP(1) Desinfecção (para águas subterrâneas) 1,0 uT(2) em 95% das amostras Filtração rápida (tratamento completo) 0,5(3) uT(2) em 95% das amostras Reservatório 1,0(3) uT(2) em 95% das amostras NOTAS: (1) Valor máximo permitido; (2) Unidade de Turbidez; (3) Este valor deve atender ao padrão de turbidez de acordo com o especificado no 2º do art. 30. Fonte: Adaptado de Brasil (2011). A Portaria 2914 (Brasil, 2011) ainda apresenta tabelas importantes referentes ao número e frequência de amostragem conforme o tipo de fonte e número de pessoas atendidas, pH, padrão sensorial, radioatividade, cianotoxinas, nível tolerável de substâncias químicas e tempo para desinfecção. 20 Conforme a definição da ABNT (2007) água não potável é a que não atende aos padrões de potabilidade para consumo humano da portaria vigente. Seus padrões de qualidade devem ser analisados de acordo com o Quadro 2. Quadro 2 – Frequência das análises e parâmetros para usos não potáveis Parâmetro Análise Valor Coliformes totais Semestral Ausência em 100 mL Coliformes termotolerantes Semestral Ausência em 100 mL Cloro residual livre Mensal 0,5 a 3 mg/L Turbidez Mensal < 2,0 uT, para usos menos restritivo < 5,0 uT Cor aparente Mensal < 15 uH pH Mensal pH de 6,0 a 8,0 no caso de tubulação de aço carbono ou galvanizado Fonte: Adaptado de ABNT (2007). 2.5 Qualidade da água utilizada na pulverização agrícola Conforme Jacto (2001) salienta que o sucesso da pulverização agrícola depende de cinco fatores: bom equipamento pulverizador; operador treinado para execução do serviço; produto químico de procedência; condições de tempo favoráveis; qualidade da água e pH ideal. Segundo Sperling (2005), a qualidade da água ainda é um dos fatores mais negligenciados, pois pode sofrer interferência da ação antrópica, com a geração de despejos domésticos ou industriais, aplicação de agroquímicos no solo, e também a ação de fenômenos naturais como as chuvas que podem carregar corretivos e fertilizantes para os reservatórios abertos (rios, represas, etc.). Estes efeitos têm a capacidade de alterar as características físicas da água como cor, turbidez, temperatura, sedimentos em suspensão, entre outros, que podem causar o desgaste de alguns componentes dos pulverizadores reduzindo o rendimento operacional e impactando diretamente no custo da aplicação. Estes efeitos podem alterar também características químicas da água, como o pH, dureza, presenças de metais e de compostos orgânicos, dentre outros, diminuindo a eficiência dos agrotóxicos. A utilização de água de boa qualidade, com parâmetros químicos e físicos dentro dos padrões aceitáveis, é extremamente importante para aumentar a eficiência da pulverização agrícola, visto que a água imprópria para este fim pode provocar em alguns herbicidas, por exemplo, modificações em seu princípio ativo, podendo interferir na sua eficácia. Essa característica pode ser abordada sob dois aspectos: a qualidade química da água (pH, dureza e 21 íons dissolvidos) e a qualidade física (presença de argila e matéria orgânica) (THEISEN e RUEDELL, 2004 citados por FARIAS et al., 2014). Prado et al. (2011) complementam que além do volume da calda para pulverização, outros fatores como a presença de substâncias dissolvidas na água (gases, líquidos ou sólidos), impurezas e turbidez podem variar em função da fonte de água e local de coleta, podem ou não afetar a ação de um produto fitossanitário, quando utilizada como diluente para o preparo da calda de pulverização. Assim, a qualidade química da água em relação ao potencial hidrogeniônico (pH), sais e íons dissolvidos é um fator a ser considerado no tratamento fitossanitário. No que refere à qualidade da água, a dureza, definida como a concentração de íons alcalino-terrosos presentes na água, expressa na forma de CaCO3 (ppm), representados geralmente pelos íons Ca+2 e Mg+2 originados de carbonatos, bicarbonatos, cloretos e sulfatos, é uma propriedade capaz de interferir negativamente nas caldas de produtos fitossanitários. 2.4.1 Dureza e potencial hidrogeniônico (pH) Kissmann (1998) em suas pesquisas constatou que a argila e compostos orgânicos em suspensão na água podem adsorver herbicidas e reduzir-lhes a atividade. A água dura (rica em Ca++ e Mg++, principalmente) também interfere na eficiência de alguns herbicidas das seguintes maneiras: 1) muitas formulações têm surfactantes aniônicos, que contêm Na+ e K+, e, quando o herbicida entra em contato com água dura, Na+ e K+ podem ser substituídos por Ca++ e Mg++, com a consequente formação de compostos insolúveis; e 2) herbicidas à base de ácido ou de sal dissolvidos em água dura podem dar origem a compostos insolúveis. Na Tabela 2 tem-se as formas de classificação da água quanto à dureza. Tabela 2 - Classificação da dureza química da água Classe PPM de CACO3 Graus de dureza (°D) MUITO BRANDA < 71,2 < 4 BRANDA 71,2 – 142,4 4 – 8 SEMIDURA 142,4 – 320,4 8 – 18 DURA 320,4 – 534,0 18 – 30 MUITO DURA > 534,0 > 30 Fonte: Adaptado de Kissmann (1998). Jacto (2011) reforça essas condições expostas salientando também que o pH da água varia em cada fonte e algumas são ricas em minerais. Águas com pH entre 3 a 9, pode 22 influenciar na atividade biológica dos defensivos agrícolas: herbicidas, dessecantes, desfolhantes, inseticidas, fungicidas, acaricidas e reguladores de crescimento vegetal. Ainda o mesmo autor cita que a maioria dos produtos químicos utilizados nos controles de ervas daninhas, pragas e doenças, quando veiculados em água com pH alcalino podem sofrer instabilidade e paralisam ou reduzem o processo químico por hidrólise alcalina. Ocorre assim uma redução de horas ou minutos na vida útil do defensivo agrícola, reduzindo sua eficácia como mostrado no Anexo A. Águas ricas em matéria orgânica, barro, cristais de areia e elementos minerais como ferro, zinco, alumínio, cálcio, magnésio também provocam uma reação nos defensivos agrícolas,afetando negativamente a sua eficácia. O pH e a dureza da água variam de acordo com a fonte de abastecimento, sendo que a presença de íons como, por exemplo, alumínio e ferro entre outros, e sais minerais podem influenciar estas características. A importância tanto da dureza quanto do pH da água usada para preparo de calda de pulverização reside no fato de que estes elementos podem interagir com o ingrediente ativo dos agrotóxicos, levando a perda parcial ou total de sua atividade biológica (LEITE, ZANCHETINI e SILVA, 201-). Para Conceição (2003) citado por Leite, Zanchetini e Silva (201-) o pH da água pode interferir na ação de um ingrediente ativo, pois altas concentrações de íons H+ ou OH- poderão reagir com o mesmo, diminuindo, assim, a sua concentração na calda. Conforme Farias et al. (2014), depois de observadas estas características relacionadas à qualidade da água e os demais parâmetros técnicos (velocidade e direção do vento, temperatura e umidade relativa do ar), previstos pela tecnologia de aplicação, o agrotóxico poderá ser aplicado dentro de uma certeza de que se estará proporcionando todas as condições para que o mesmo expresse a sua máxima eficiência, que será observada através do controle adequado das pragas e doenças. 2.6 Qualidade da água para dessedentação animal Para Palhares (2013), o consumo de água é um dos principais indicadores para avaliar o desempenho zootécnico e sanitário do rebanho. Conhecer o consumo de água dos animais e oferecer a eles água de boa qualidade; saber escolher e monitorar fontes mais aptas para o consumo; considerar no custo de produção o custo da água são aspectos que devem ser levados em consideração no custo de produção. O mesmo autor ainda disserta sobre as funções da água no organismo dos animais sendo: regular a temperatura do corpo e regular e auxiliar na digestão dos alimentos e nos processos 23 de metabolismo da excreção, da reprodução e do crescimento. A Figura 5 expressa os fatores que influenciam nesse consumo. Figura 5 - Fatores que influenciam o consumo de água pelos animais Fonte: Palhares (2013). Conforme Oliveira et al. (2012) as restrições de água trazem desajustes fisiológicos de difícil reparação, diminuindo volume sanguíneo, aumentando a concentração de toxinas na urina, aumentando a respiração e reduzindo o ganho de peso dos animais. Palhares (2005) descreve que a água de má qualidade representa riscos à saúde dos animais e à produção, causando desde reduções no ganho de peso até perda de animais. O mesmo autor enumera também alguns sintomas provocados pelo excesso de alguns elementos: Sólidos dissolvidos totais - diarreia, redução do consumo de água e da produtividade e morte; Cloro - redução da ingestão de alimento e aumento do consumo de água; Ferro - quando promove gosto ruim à água, apresenta efeitos sobre o seu consumo e na produtividade. Conforme Oliveira et al. (2012) a água para consumo animal deve ser potável, ou seja, não ter a presença de coliformes fecais, matéria orgânica, bactérias e substâncias tóxicas que podem causar doenças, e atender os requisitos mínimos de potabilidade estabelecidos por Brasil (2011). Porém, a água pode ter vários outros usos, sendo que muitos deles têm parâmetros de qualidade regulados pela Resolução CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005 (por exemplo, irrigação de hortaliças, dessedentação de animais, etc.) (BRASIL, 2005). Brasil (2005) contrapõe através da Resolução nº 357/2005 que a qualidade das águas superficiais devem possuir para serem oferecidas aos animais, sendo que não deverão exceder o limite de 1.000 coliformes termotolerantes por 100 mililitros em 80% ou mais de pelo menos seis amostras coletadas durante o período de um ano, com frequência bimestral. De acordo 24 com essa resolução estas águas devem atender aos demais padrões estipulados para classe 3 e expressos na Tabela 3. Tabela 3 - Parâmetros de qualidade para água de consumo dos animais Parâmetros Valor máximo Cloreto total 250 mg/L de Cl Cobre dissolvido 0,013 mg/L de Cu Coliformes termotolerantes Para animais confinados, não exceder 1.000/100mL Para os demais usos, não exceder 4.000/100mL Demanda Bioquímica de O2 Até 10,0 mg/L Ferro dissolvido 5,0 mg/L de Fe Fósforo total 0,15mg/L de P Manganês total 0,5 mg/L de Mg Nitrato 10,0 mg/L de N Nitrito 1,0 mg/L de N Oxigênio dissolvido Não inferior a 4,0 mg/L de O2 pH 6,0 a 9,0 Sulfato total 250 mg/L de SO4 Sólidos dissolvidos totais 500 mg/L Turbidez Até 100 UNT Zinco total 5,0 mg/L de Zn Fonte: Brasil (2005). Bellaver e Oliveira (2009) reafirmam que a água de consumo natural para os animais pertence à categoria de águas doces na classe 3, referida por Brasil (2005). Entre os atributos qualitativos dessa classe de água constam os limites máximos de variáveis inorgânicas (minerais) e orgânicas (pesticidas). Além disso, a água não deverá: ter efeito tóxico agudo a organismos, ter materiais flutuantes ou resíduos sólidos, ter gosto ou odor, conter corantes, exceder o limite de 1000 coliformes termotolerantes por 100 mL de amostra, exceder 50.000 células cianobactérias /mL ou 5mm3/L, ter DBO 5 dias/20ºC maior que 10 mg/L O2, apresentar turbidez acima de 100 UNT, e o pH deve estar entre 6 e 9. Contudo, os autores salientam que essa resolução não se aplica totalmente à produção de suínos e aves, porque esses exigem melhor qualidade da água a ser utilizada nas granjas. Atualmente não existe uma portaria que estabeleça parâmetros específicos para a água de consumo animal, apenas uma resolução que estabelece classes, que serve como indicativo de parâmetros mínimos a serem seguidos. 25 2.7 Principais componentes de um sistema de captação de água pluvial Para Oliveira et al. (2012) nos projetos de cisternas deve-se primeiro identificar o objetivo da coleta da água, caso for para dessedentação animal, é preciso submetê-la a um sistema de filtração eficiente e armazenamento. Nesses casos, o projeto será constituído por três processos básicos: sistema de coleta; sistema de filtração e sistema de armazenamento. 2.7.1 Área de captação / contribuição Conforme a apresentado por ABNT (1989) na NBR 10844, a área de captação corresponde à área, em metros quadrados, projetada na horizontal da superfície impermeável da cobertura onde a água é captada. As áreas de captação, na construção civil, geralmente são os telhados das casas. Podem ser telhas cerâmicas, de fibrocimento, de zinco, de ferro galvanizado, de concreto armado, de plásticos, telhado plano revestido com asfalto, etc. (LIMA e MACHADO, 2008). Hagemann (2009) também relata que os telhados podem ser constituídos de diversos materiais, como telha cerâmica, fibrocimento, zinco, aço galvanizado, plástico, entre outros. O material no qual é constituído o telhado é importante para a definição do coeficiente de escoamento superficial, que determina quanto da água precipitada se transforma em escoamento. Além disso, conhecer a composição do material do telhado é importante para evitar a contaminação da água, devido a componentes tóxicos que podem ser lixiviados. O telhado pode estar inclinado, pouco inclinado ou plano. Para um sistema de telhado onde há várias águas (sentido que as águas correm pelo telhado), cada uma dessas tem sua importância de contribuição que será considerada para o cálculo dos condutores verticais (LIMA e MACHADO, 2008). Para Hagemann (2009), as áreas de captação da água da chuva geralmente são telhados ou áreas impermeáveis sobre a superfície do solo. O tipo de captação mais comum é a de água dos telhados,por apresentar melhor qualidade e permitir que, na maioria dos casos, a água atinja o reservatório de armazenamento por gravidade, o que facilita o projeto. 2.7.2 Condução / transporte Conforme Tomaz (2011) esse transporte é realizado por calhas ou condutores horizontais e verticais que encaminham a água do telhado para o tanque. As calhas e condutores 26 de águas pluviais têm a função de recolher a água e os mais utilizados são normalmente fabricados de material metálico ou em PVC. Algumas recomendações importantes: As calhas e condutores horizontais e verticais devem atender à NBR 10844 (ABNT, 1989); Deve-se observar o período de retorno escolhido, a vazão do projeto e a intensidade pluviométrica; Pode ser instalado no sistema de aproveitamento de água de chuva um dispositivo para o descarte da água de escoamento inicial. É recomendado que tal dispositivo seja automático; Quando utilizado, o dispositivo de descarte de água deve ser dimensionado pelo projetista. Na falta de dados, recomenda-se o descarte de 2 mm da precipitação inicial. Conforme a ABNT (1989) os condutores verticais usados devem ser fabricados dos seguintes materiais: ferro fundido, fibrocimento, PVC rígido, aço galvanizado, cobre, chapas de aço galvanizado, folha de flandres, chapas de cobre, aço inoxidável, alumínio ou fibra de vidro. Já para os condutores horizontais são recomendados: ferro fundido, fibrocimento, PVC rígido, aço galvanizado, cerâmica vidrada, concreto, cobre, canais de concreto ou alvenaria. A declividade mínima para calhas é de 0,5%. 2.7.3 Filtragem Para Tomaz (2011) um telhado é uma superfície de deposição natural de poeiras, folhas, flores, galhos, insetos e outros resíduos transportados pelo ar, deste modo esses materiais em suspensão são retidos pelas peneiras, porém micróbios e contaminantes químicos não são eliminados por este dispositivo. As telas tem diâmetro nominal variando entre 1,58mm a 9,5mm. Ainda o autor ressalta que nos primeiros instantes de chuva ocorre a maior parte de contaminação, assim a primeira água que escorre deverá ser descartada. O by pass é um sistema que desvia esse efluente para fora do reservatório e seu funcionamento pode ser manual ou automático por meio de dispositivos de autolimpeza. Para Oliveira et al. (2012) a filtração é um processo de separação sólido-líquido, envolvendo fenômenos físicos, químicos e, às vezes, biológicos. Visa principalmente a remoção das impurezas contidas na água que são retidas através de um meio poroso. A filtragem da água da chuva é um processo necessário para retirar partículas macroscópicas em suspensão que são 27 arrastadas pela água ao passar pela cobertura das edificações. Este processo compreende o pré- filtro, depósito da primeira água da chuva e os filtros. A Figura 6 representa bem os principais componentes descritos até aqui. Figura 6 - Desenho esquemático de instalação do sistema de coleta de água da chuva Fonte: Adaptado de Matthiensen (20--) citado por Oliveira et al. (2012). 2.7.4 Reservatórios Conforme Oliveira et al. (2012) cisternas são reservatórios fechados, construídos para o armazenamento de água da chuva. Atualmente, as cisternas podem ser construídas com diferentes materiais, tais como lonas de PVC ou PEAD, fibra de vidro, alvenaria, ferrocimento ou concreto armado. Os materiais mais empregados para pequenos volumes de água são construídos em fibra de vidro e alvenaria e para grandes volumes de água em PVC, PEAD ou concreto armado, podendo ser enterradas ou ao nível do solo. Em cisternas enterradas, a temperatura resultante da água de armazenamento é menor, reduzindo o desenvolvimento e a proliferação de microrganismos. Cisternas construídas ao nível do solo sofrem a ação dos raios solares, resultando em uma tendência ao aumento da temperatura da água armazenada. Ainda os mesmos autores ressaltam que as cisternas devem ser cobertas para evitar a entrada de impurezas e matéria orgânica, e devem ter proteções em todas as entradas e saídas de água para evitar a entrada de insetos e demais animais que possam contaminá-la. Conforme a NBR 15527 (ABNT, 2007) devem ser considerados no projeto: extravasor, dispositivo de esgotamento, cobertura, inspeção, ventilação e segurança, devendo ser minimizado o turbilhonamento, dificultando a ressuspensão de sólidos e o arraste de materiais 28 flutuantes. A retirada de água do reservatório deve ser feita próxima à superfície, com recomendações para que seja feita a 15 cm desta. 2.8 Instalações prediais de águas pluviais A ABNT (1989) com a NBR 10844 fixa exigências e critérios necessários aos projetos de instalações de drenagem de águas pluviais, visando garantir níveis aceitáveis de funcionalidade, segurança, higiene, conforto, durabilidade e economia. Recomenda também documentos complementares que são necessários se consultar para execução do projeto. No mesmo documento faz-se definições adotadas sobre conceitos e componentes utilizados no projeto, tais como área de contribuição, vazão do projeto, dimensionamento de calhas, coeficiente de rugosidade (Runoff), condutores verticais e horizontais e ábacos para dimensionamento. 2.8.1 Período de retorno Conforme a ABNT (1989) a determinação da intensidade pluviométrica “I”, para fins de projeto, deve ser feita a partir da fixação de valores adequados para a duração de precipitação e o período de retorno segundo as características da área a ser drenada, obedecendo ao estabelecido a seguir: T = 1 ano, para áreas pavimentadas, onde empoçamentos possam ser tolerados; T = 5 anos, para coberturas e/ou terraços; T = 25 anos, para coberturas e áreas onde empoçamento ou extravasamento não possa ser tolerado. Ainda conforme ABNT (1989) a duração de precipitação deve ser fixada em t = 5min. 2.8.2 Cálculo de área de captação / contribuição Segundo a ABNT (1989), deve-se seguir as equações para realizar o cálculo da área de contribuição, conforme Figura 7. 29 Figura 7 - Área de contribuição do telhado Fonte: Reis (2007). A ação dos ventos pode ser considerada através da adoção de um ângulo de inclinação da chuva em relação à horizontal igual a arc. tg2 ø, para o cálculo da quantidade de chuva a ser interceptada por superfícies inclinadas ou verticais. Considerando a direção que ocasionar maior quantidade de chuva interceptada pelas superfícies (ABNT,1989), conforme apresentado na Figura 8. Figura 8 - Ação do vento Fonte: Reis (2007). Conforme a NBR 10844 (ABNT, 1989) para o cálculo da área de contribuição, devem- se considerar os incrementos devidos à inclinação da cobertura e às paredes que interceptem água de chuva que também deva ser drenada pela cobertura (Figura 9). 30 Figura 9 – Somatório da área de contribuição Fonte: Reis (2007). 2.8.3 Vazão do projeto A Equação 1 é utilizada para determinar a vazão a ser captada na calha, de acordo com NBR 10.844 (ABNT, 1989). 𝑄 = 𝐼 𝑥 𝐴 60 Em que: Q = vazão do projeto (L/min.); I = intensidade pluviométrica (mm/h); A = área de contribuição (m2). 2.8.4 Dimensionamento das calhas O dimensionamento das calhas deve ser feito através da fórmula de Manning-Strickler, indicada pela ABNT (1989), ou de qualquer outra fórmula equivalente. Abaixo segue a Equação 2 apresentada por Tomaz (2007): 𝑄 = 60000 𝑥 𝐴 𝑛 𝑥 𝑅 2 3 𝑥 𝑆 1 2 Onde: Q = Vazão de projeto, em L/min A = área da seção molhada, em m2 n = coeficiente de rugosidade (Ver Tabela4) R = raio hidráulico, em m (depende do tipo construtivo de calha) S = declividade da calha, em m/m (depende do tipo construtivo da calha) (1) (2) 31 A Tabela 4 indica os coeficientes de rugosidade dos materiais normalmente utilizados na confecção de calhas. Tabela 4 - Coeficiente de rugosidade de Manning-Strickler Material Coeficiente Plástico, fibrocimento, aço e metais não-ferrosos 0,011 Ferro fundido, concreto alisado, alvenaria revestida 0,012 Cerâmica, concreto não-alisado 0,013 Alvenaria de tijolos não-revestida 0,015 Fonte: ABNT (1989). 2.8.5 Condutores verticais Conforme a ABNT (1989) os condutores verticais devem ser projetados, sempre que possível, em uma só prumada. Quando houver necessidade de desvio, devem ser usadas curvas de 90º de raio longo ou curvas de 45º e devem ser previstas peças de inspeção, devendo apresentar diâmetro interno mínimo de 70mm. Ainda conforme o mesmo autor o diâmetro interno (D) dos condutores verticais deve ser feito a partir do ábaco no Anexo B, cruzando-se os dados de: Vazão de projeto, em L/min (Q); Altura da lâmina de água na calha, em mm (H); Comprimento do condutor vertical, em m (L). 2.8.6 Condutores horizontais Os condutores horizontais devem ser projetados, sempre que possível, com declividade uniforme, com valor mínimo de 0,5%. Tal dimensionamento, no caso de seção circular, deve ser feito para escoamento com lâmina de altura igual a 2/3 do diâmetro interno (D) do tubo ABNT (1989). 2.9 Métodos de cálculo para captação e armazenamento de água pluvial Conforme a ABNT (2007), o potencial de coleta da água da chuva depende do coeficiente de escoamento superficial da cobertura, bem como da eficiência do sistema de descarte do escoamento inicial, sendo calculado pela Equação 3. 32 V = P x A x C x η escoamento inicial Onde: V= volume mensal de água de chuva aproveitável (m³); P= precipitação média mensal (m); A= área do telhado em projeção (m2); C= coeficiente de escoamento superficial do telhado; η escoamento inicial = eficiência do sistema de descarte do escoamento inicial. Conforme a ABNT (2007) o volume dos reservatórios deve ser dimensionado com base em critérios técnicos, econômicos e a ambientais, considerando as boas práticas da engenharia, podendo, a critério do projetista, ser utilizados os métodos contidos no Anexo A da normativa ou outro, desde que devidamente justificado. Como recomendações da ABNT (2007) a Tabela 5 apresenta a frequência de manutenção dos componentes do sistema. Tabela 5 - Frequência de manutenção Componente Frequência de manutenção Dispositivo de descarte de detritos Inspeção mensal / Limpeza trimestral Dispositivos de descarte e escoamento Limpeza mensal Calhas, condutores verticais e horizontais Semestral Dispositivo de desinfecção Mensal Bombas Mensal Reservatório Limpeza e desinfecção anual Fonte: Adaptado de ABNT (2007). Nascimento e Moruzzi (2009) dispõem sobre os métodos descritos na NBR 15.527/2007, analisando-os e descrevendo em que se fundamentam para chegar aos resultados: Método de Rippl: baseia-se no princípio de regularização de vazão. O volume do reservatório é determinado a partir da análise diferencial entre demanda e oferta e o maior déficit acumulado resulta no volume requerido. Alternativamente, pode-se obter o volume por meio da análise do diagrama de massa acumulado; Método da análise da simulação: trata-se de um balanço de massa onde, a partir de um volume pré-determinado verifica-se a variação do volume disponível para aproveitamento. Pode-se avaliar o número de dias em que o reservatório permanecerá vazio; (3) 33 Método Azevedo Netto: método empírico que considera a precipitação anual e o número de meses com pouca chuva; Método prático Alemão: método empírico no qual é adotado o menor volume correspondente a 6% da demanda ou 6% do volume de precipitação anual; Método prático Inglês: método empírico baseado somente na precipitação anual e área de captação, e; Método prático Australiano: método empírico que leva em consideração a confiança do sistema, considerando o número de meses que o reservatório não atende à demanda. 2.9.1 Método de Rippl Conforme Campos et al. (2007), citados por Amorim e Pereira (2008) este é o método mais utilizado, especialmente por sua fácil aplicação. Entretanto, há uma série de críticas sobre seu emprego, baseadas principalmente no fato desse método ter sido, a princípio, desenvolvido para grandes reservatórios, o que acarretaria uma superestimativa do volume a ser reservado, elevando os custos do projeto. De acordo com Carvalho (2007), o método de Rippl baseia-se na regularização de vazão, ou seja, o abastecimento de água é constante durante todo o período chuvoso e seco. Para sua aplicação, normalmente são utilizadas médias históricas de precipitações mensais ou diárias longas. Este método pode ser aplicado tanto para situações onde a demanda é constante como quando a mesma é variável. Para o dimensionamento devem ser determinados a demanda média de água pluvial, a área da superfície de captação e o coeficiente de Runoff (coeficiente de escoamento superficial, quociente entre a água que escoa superficialmente e o total da água precipitada), de acordo com as necessidades estabelecidas em projeto. Em seguida, aplica-se o método de Rippl utilizando- se as precipitações médias mensais em um período de janeiro a dezembro para o cálculo em base mensal. Se o objetivo for fazer o cálculo em base diária, utiliza-se uma série histórica de 10 anos de precipitações diárias. Pode ser utilizada tanto uma demanda constante de água pluvial quanto uma demanda variável (RUPP, MUNARIN e GHISI, 2011). Campos (2004) recomenda que quanto menor o intervalo dos dados pluviométricos maior será a precisão. A utilização de dados diários é suficiente, porém não possuindo estes números podem-se utilizar valores mensais que apresentarão resultados satisfatórios e tornarão o método de cálculo mais simples. 34 Para Rupp, Munarin e Ghisi (2011) o dimensionamento por esse método inicia-se pelos cálculos do volume de água pluvial no reservatório no tempo t e do volume de água pluvial no tempo t, expressos pelas Equações 4 e 5, respectivamente. S(t) = D(t) – Q(t) (4) Q(t) = C x P x A (5) Onde: S(t) é o volume de água pluvial no reservatório no tempo t (L); D(t) é a demanda ou consumo de água pluvial no tempo t (L); Q(t) é o volume de água pluvial no tempo t (L); C é o coeficiente de escoamento superficial (adotado como 0,80, segundo recomendações da NBR 15527 (ABNT, 2007); P é a precipitação média no tempo t (mm); A é a área de captação em projeção no terreno (m2). A capacidade do reservatório de água pluvial é calculada por meio da Equação 6, mostrada abaixo. V = Σ S(t), somente para valores S(t) > 0 (6) Onde: V é o volume do reservatório (L), sendo ΣD(t) < ΣQ(t). Conforme Oliveira (2005), para efeito de cálculo, o volume de água de chuva aproveitado não é o mesmo que o precipitado. Para isto, usa-se um coeficiente de escoamento superficial chamado de coeficiente de Runoff, que é o quociente entre a água que escoa superficialmente pelo total da água precipitada (chuva), definido pela letra C (Tabela 6). Tabela 6 - Coeficiente de Runoff médios Material Coeficiente de runoff Telhas cerâmicas 0,8 a 0,9 Telhas esmaltadas 0,9 a 0,95 Telhas corrugadas de metal 0,8 a 0,9 Cimento amianto 0,8 a 0,9 Plástico, PVC0,9 a 0,95 Fonte: Adaptado de Tomaz, 2009. 35 Mierzwa et al. (2007) expõem que o método de Rippl através da regularização de vazão tende a aumentar o volume do reservatório ocorrendo um excesso do volume coletado em relação as demandas exercidas ao longo de todo ano. O Quadro 3 apresenta a aplicação prática do Método de Rippl. Quadro 3- Planilha para cálculo do método de Rippl Meses Chuva Mensal (mm) Demanda Constante Mensal (m³) Área de Captação (m²) Volume de chuva mensal (m³) Diferença entre os volumes de demanda - Vol. de chuva (m³) Diferença acumulada da coluna 6 dos valores positivos (m³) Obs. Coluna 1 Coluna 2 Coluna 3 Coluna 4 Coluna 5 Coluna 6 Coluna 7 Coluna 8 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Total Nota: Coeficiente de rumoff utilizado = 0,8 (coluna 5) Fonte: Autor, 2015. Descrição das colunas, conforme Tomaz (2011): Coluna 1 – É o período de 12 meses que vai de janeiro a dezembro. Coluna 2 – Média das mensais em milímetros. Coluna 3 – Demanda mensal de acordo com as necessidades. Coluna 4 – Área de captação da chuva m². 36 Coluna 5 – Valores mensais disponíveis da água de chuva. O resultado é obtido multiplicando-se a coluna 2 pela coluna 4 e pelo coeficiente de Runoff adotado e dividindo-se por 1000 para que o resultado do volume seja em metros cúbicos. Coluna 6 – Diferença entre os valores da demanda e os volumes de chuva mensais. É a coluna 3 menos a coluna 5, se o sinal for negativo, isso indica que há excesso de água e o sinal positivo indica que o volume de demanda, nos meses correspondentes supera o volume de água disponível. Coluna 7 – Diferença entre o acumulado da coluna 6, considerando somente os valores positivos. Para preenchimento desta coluna foi admitido a hipótese inicial de o reservatório estar cheio. Os valores negativos foram computados, pois, correspondem a meses em que há excesso de água (volume disponível superando a demanda). Começa-se com a soma pelos valores positivos, prosseguindo até que a diferença se anule, desprezando todos os valores negativos seguintes, recomeçando a soma quando aparecer o primeiro valor positivo. Coluna 8 – É realizado o preenchimento desta coluna usando as letras E, D e S, sendo: E = água escoando pelo extravasor; D = nível de água baixando e S = nível de água subindo. 2.9.2 Método da Simulação Esse método baseia-se na determinação do percentual de consumo que será atendido em função de um tamanho de reservatório previamente definido. Também é chamado de Método de Análise de Simulação de um Reservatório com Capacidade Suposta (RUPP, MUNARIN e GHISI, 2011). Para Tomaz (2009), a característica principal desse método é que ele possibilita determinar a eficiência do sistema, pois os períodos em que o reservatório está suficientemente abastecido com água pluvial são relacionados com todo o período simulado. Tal período pode ser de apenas um ano, mas, quanto maior a série histórica de precipitação utilizada, maior será a confiabilidade da simulação. De acordo com a ABNT (2007), neste método a evaporação da água não deve ser considerada. Para Rupp, Munarin e Ghisi (2011) o dimensionamento do reservatório de água pluvial pelo método da Simulação calculando-se o volume de água pluvial no tempo t e o volume de 37 água pluvial no reservatório no tempo t, através das Equações 7 e 8, respectivamente, que devem ser aplicadas para cada mês do ano. Q(t) = C x P x A (7) S(t) = Q(t) + S(t − 1) – D(t) (8) Onde: Q(t) - volume de água pluvial no tempo t (L); C - coeficiente de escoamento superficial (0,80); P - precipitação média no tempo t (mm); A - área de captação em projeção no terreno (m2); S(t) - volume de água pluvial no reservatório no tempo t (L); S(t-1) - volume de água pluvial no reservatório no tempo t-1 (L); D(t) - consumo ou demanda de água pluvial no tempo t (L). Na sequência, determina-se um volume de reservatório V que atenda, para o mês de janeiro, à condição V ≥ S(t) ≥ 0. Se essa condição for atendida ao longo dos demais 11 meses do ano, esse volume V é o volume do reservatório. Caso contrário, deve-se determinar outro volume de reservatório V até que se atenda à condição V ≥ S(t) ≥ 0 para os 12 meses do ano. Neste método, duas hipóteses devem ser feitas: o reservatório está cheio no início da contagem do tempo “t” e os dados históricos são representativos para as condições futuras. (ABNT, 2007). 2.9.3 Método prático Brasileiro (Azevedo Neto) Rupp, Munarin e Ghisi (2011) descrevem que o método prático brasileiro é o primeiro método empírico apresentado na ABNT NBR 15527/2007. Conforme a ABNT (2007), o volume de chuva é obtido segundo a Equação 9: V = 0,042 x P x A x T (9) em que: P - valor numérico da precipitação anual, expresso em milímetros (mm); T - valor numérico do número de meses de pouca chuva ou seca (adimensional); A - valor numérico da área de coleta em projeção, expresso em metros quadrados (m2) 38 V - valor numérico do volume de água aproveitável e o volume de água do reservatório, expresso em litros (L). Conforme Neves (2007) a constante 0,042 refere-se ao total da precipitação anual, dividida por 2, dividida por 12 meses, que será igual a 65% (0,042). Segundo Bresolin (2010), esse método fornece aproximadamente 85% de probabilidade. Cohim, Garcia e Kiperstok (2008) identificaram em suas pesquisas que o método brasileiro determina valores maiores, enquanto os métodos alemão e inglês encontraram volumes menores e bem próximos. Rupp, Munarin e Ghisi (2011) descrevem que a NBR 15527 (ABNT, 2007) não especifica como determinar o número de meses de pouca chuva. Desse modo, em seu trabalho, meses que possuem uma precipitação igual ou inferior a 80% da precipitação média mensal foram considerados meses de pouca chuva. 2.9.4 Método prático Alemão Para a ABNT (2007) trata-se de um método empírico onde o volume do reservatório de água pluvial será, simplesmente, o menor valor entre 6% do volume de água pluvial anual e 6% da demanda anual de água não potável (Equação 10). Vadotado = mímimo { 𝑉 𝑥 0,06 𝐷 𝑥 0,06 em que: V - valor numérico do volume aproveitável de água da chuva anual (L); D - valor numérico da demanda anual da água potável, expresso em litros (L); Vadotado - valor numérico do volume de água do reservatório, expresso em litros (L). 2.9.5 Método prático Inglês Para o dimensionamento do reservatório de água pluvial pelo método Prático Inglês, segundo a NBR 15527 (ABNT, 2007), deve-se utilizar a Equação 11: V = 0,05 x P x A (11) Onde: P - valor numérico da precipitação média anual, expresso em milímetros (mm); (10) 39 A - valor numérico da área de coleta em projeção, expresso em metros quadrados (m2); V - valor numérico do volume de água aproveitável e o volume de água da cisterna, expresso em litros (L). 2.9.6 Método prático Australiano No último método sugerido pela NBR 15527 (ABNT, 2007), primeiramente deve-se calcular o volume de água pluvial por meio da Equação 12: Q = A x C x (P − I) (12)Onde: C - coeficiente de escoamento superficial, geralmente 0,80; P - precipitação média mensal; I - interceptação da água que molha as superfícies e perdas por evaporação, 2 mm; A - área de coleta; Q - volume mensal produzido pela chuva. Conforme a ABNT (2007), para este método o cálculo do volume do reservatório é realizado por tentativas, até que sejam utilizados valores otimizados de confiança e volume do reservatório, segundo Equação 13. 𝑉(𝑡) = 𝑉(𝑡−1) + 𝑄(𝑡) − 𝐷𝑡 (13) Onde: V(t) é o volume de água pluvial que está no reservatório no fim do mês t (L); V(t-1) é o volume de água pluvial que está no reservatório no início do mês t (L); Q(t) é o volume de água pluvial no mês t (L); e D(t) é a demanda mensal de água não potável (L). Quando (V(t-1) + Q(t) – D(t)) < 0, então o V(t) = 0. A confiança é estimada, conforme a Equação 14: Cf = 1 − Nr N Onde: Nr - número de meses em que o reservatório não atendeu a demanda, isto é, quando Vt=0; N - número de meses considerado, geralmente 12 meses; Amorim e Pereira (2008) recomendam que os valores de confiança estejam entre 90% e 99%. (14) 40 3 MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Descrição do local de estudo O projeto foi desenvolvido em uma propriedade agrícola, situada na localidade de Rincão da Estrela, no município de Estrela Velha/RS situada nas coordenadas geográficas de 29º12’38,5” leste e 53º11’10,8” oeste e altitude média de 369 metros em relação ao nível do mar, conforme a Figura 10. Figura 10 - Localização da propriedade Fonte: Google Earth Pro, 2015. A propriedade tem uma área total de aproximadamente 60 ha, possuindo como benfeitorias na sede uma residência, dois galpões e um açude. Embora atualmente não sofra com a insuficiência de água, mas visando diminuir os custos com a água da rede pública e buscando a sustentabilidade ambiental da propriedade para o uso dos recursos de forma mais eficiente, surgiu a proposta de coletar e armazenar a água da chuva para uso na pulverização agrícola e dessedentação dos animais. Como principais atividades a propriedade tem a produção de soja, milho, aveia e cevada; visando a diversificação de renda o proprietário também investe em criação de animais como aves, suínos e bovinos para a produção de carne e derivados, sendo o excedente de produtos destinado à venda em épocas de entressafras. 41 Atualmente, toda a água consumida nas atividades da propriedade procede de rede pública captada por poço artesiano que atende 52 famílias, a escola e posto municipal de saúde. Porém para atividades como dessedentação animal, pulverização agrícola e lavagem de equipamentos não é necessária a utilização de água potável, ou seja a mesma destinada a consumo humano e que atende aos padrões de Brasil (2011), podendo ser utilizada água de padrão inferior visando otimizar melhor o aproveitamento e uso da água. Com este projeto de implantação do sistema de captação e armazenamento de água pluvial a propriedade tem por objetivo diminuir os custos com o abastecimento de água e reduzir da erosão causada pelo impacto da chuva escoada pelo telhado em torno da edificação. 3.2 Coleta de dados para o projeto O desenvolvimento do projeto de captação e armazenamento de água pluvial iniciou-se pela sondagem de informações realizadas através das visitas realizadas à propriedade com finalidade de conhecer as condições das estruturas já existentes e a demanda de água atual e futura estimada. Os pontos básicos analisados durante as visitas foram: tipos de telhado e suas condições; metragem da área de captação; estruturas já existentes em torno da edificação para definir do melhor local para instalação da cisterna e do sistema de modo que se reduzam custos; quantidade de pulverizações realizadas durante o ciclo das culturas, dosagem da calda e número médio de animais existentes. 3.2.1 Consumo de água nas atividades agrícolas A aquisição dos dados para o levantamento da demanda de água na propriedade levou em conta o somatório do consumo estimado por animal x número de animais da propriedade conforme Palhares (2005). No que se refere à pulverização de defensivos agrícolas foi considerado o número de aplicações durante o ciclo das culturas vezes a área total (ha) versus a quantidade de calda (L/ha). 42 3.2.2 Dados pluviométricos do local Para o dimensionamento desse sistema esses dados são imprescindíveis, pois eles trarão informações para o gerenciamento do balanço hídrico e servirão de base para os cálculos de dimensionamento do projeto. O histórico pluviométrico da região foi obtido por meio de pesquisa junto ao Sistema de Monitoramento Meteorológico (AGRITEMPO) que possui uma rede de estações que monitoram e geram previsões em todo o país. A Figura 11 mostra a localização da estação em referência ao local de estudo. A análise dos dados feita é com base dos últimos 7,5 anos disponíveis no sistema. Figura 11- Localização da fonte de coleta dos dados pluviométricos Fonte: Google Earth Pro, 2015. 3.3 Dimensionamento da instalação O dimensionamento da instalação baseou-se nos itens 2.8 e 2.9 apresentados na fundamentação teórica. Em síntese, quando considerado o fator econômico, o dimensionamento através do método de Rippl pode ser realizado através das médias mensais ou diárias, que levam a valores menores, apresentando uma eficiência considerável (AMORIM e PEREIRA, 2008). Com relação aos métodos práticos apresentados, Amorim e Pereira (2008) relataram em seus estudos que o Método Prático Brasileiro e o Método Prático Inglês fornecem valores de 43 volumes relativamente elevados e podem ser aplicados para casos em que se deseja suprir a demanda de água pluvial por todo o ano ou para a maior parte do ano possível, principalmente em regiões onde ocorre escassez de água em determinados períodos do ano (como na região Nordeste do Brasil). Os Métodos Práticos Alemão e Australiano fornecem valores mais conservadores sendo indicados quando se deseja diminuir o volume do reservatório, diminuindo assim os gastos com a implantação do sistema. Com base nos itens citados acima e na justificativa apresentada, o dimensionamento da instalação e o tamanho do reservatório foi determinado através análise dos resultados calculados utilizando-se a metodologia proposta por Rippl. 3.4 Orçamento do sistema de captação O orçamento partiu através da base do resultado obtido nos cálculos de dimensionamento dos componentes do sistema. Os custos serão apresentados adiante em forma de tabela com a descrição do item e seu respectivo valor, após somatório chegou-se ao custo para a implantação do projeto. 3.5 Implantação do sistema A compra dos materiais, as demais instalações como calhas, condutores, pré-filtro, sistema de descarte da primeira água e reservatório de armazenamento serão realizadas em etapas, adotando o diâmetro/tamanho comercial mais próximo das dimensões calculadas no projeto, mediante a aprovação do proprietário. 3.6 Análises da qualidade da água coletada pela edificação Foi coletada uma amostra pontual de água ainda com o sistema não implantado, colocando-se um recipiente aberto e captando o volume precipitado que escoou sobre o telhado sem descartar a primeira água da chuva. A amostra foi analisada na Central Analítica da UNISC, com intuito de verificar se os padrões estão de acordo com os descritos na Tabela 2 e 3 e no Anexo A, para pulverização agrícola. E quanto a qualidade para consumo de animais
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