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O ESTUDO DE APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS NA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ ARTUR CAETANO VIEIRA MATOS (UFPI ) artur_matos13@hotmail.com ROBERT DE MEDEIROS LOPES JUNIOR (UFPI ) robert_de_medeiros@hotmail.com Joao Eric Rocha Gomes (UFPI ) joaoeric12@hotmail.com Yago Cesar do Nascimento Rocha (UFPI ) yagochesar@gmail.com O presente trabalho procurou apresentar o potencial de arrecadação de águas fluviais utilizando como objeto de captação a superfície dos telhados de instalações prediais presentes na Universidade Federal do Piauí, e fazendo relações do voluume arrecadado de água com atividades de grande consumo na instituição, para mostrar a grandeza do impacto positivo que se teria caso fossesm adotadas medidas de aproveitamento desse recurso . Palavras-chave: Aproveitamento de água, Potencial de arrecadação XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 2 1. Introdução Agua é considerado um composto vital para sobrevivência dos seres vivos e para formação e desenvolvimento das civilizações. Contudo, mais de 98% da água disponível é salgada, e dos 2% de água doce - considerada de baixa salinidade - restantes, mais de 68,9% estão dispostos em geleiras, 29,9% estão em reservatórios subterrâneos profundos - consequentemente, de difícil acesso - e apenas 1,2% está disponível em rios e lagos (SENRA, 2001, p.133). A característica de renovabilidade das águas da Terra está intimamente ligada ao seu permanente mecanismo de circulação, o chamado ciclo hidrológico. Neste quadro, a energia termal de origem solar e a transpiração dos organismos vivos transformam parte da água dos oceanos e continentes (rios, lagos e umidade do solo) em vapor. Este sobe à atmosfera, engendrando condições propícias à vida na Terra, condensando e formando as nuvens. Sob a ação da energia gravitacional, a água atmosférica volta a cair na forma de chuva, neblina, neve, principalmente, indo alimentar o fluxo dos rios, a umidade do solo e os estoques de água subterrânea (REBOUÇAS, 1997). Muitas “respostas” a seca já foram desenvolvidas desde a época do século XIX como a acumulação de água em açudes até criação de leis, Conselhos, Secretarias etc. Porém existem varias problemáticas que fazem com que mesmo tendo o Brasil água suficiente para suprir as necessidades do seu território, o não “atingimento” de sua totalidade. (CGEE, 2016). Partindo da ótica do estado do Piauí, esse artigo tem como objetivo apresentar o potencial de aproveitamento de água da chuva arrecadado por meio da superfície dos telhados dos blocos do CT (Centro de Tecnologia) da Universidade Federal do Piauí, com a finalidade de relacionar o volume que pode ser captado com o consumo de água gasto em outras atividades como lavagem de pátios e dos veículos da universidade seguindo os critérios de normalização dispostos na ABNT. 2. Referencial Teórico A água é um bem finito e essencial à sobrevivência de todos os seres vivos. Considerando a crescente demanda por água provocada principalmente pela ocupação desordenada dos centros urbanos e poluição dos mananciais, a redução de água potável no mundo gera muitas preocupações em relação ao futuro, como: risco de desabastecimento, racionamentos, alto custo da água tratada, impermeabilização do solo e inundações (HESPANHOL, 2003). XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 3 Essa realidade tem alavancado pesquisas e inovações tecnológicas voltadas para o tratamento e consumo de águas pluviais que permitem: redução dos gastos com captação e transporte de água destinada a consumos secundários; melhoria da qualidade ambiental; aumento da segurança hídrica para atender o aumento populacional; controle de vazões nos corpos hídricos e redução de enchentes (HESPANHOL, 2003). O cenário e a localização do estado do Piauí pode muitas vezes parecer um impasse para viabilização de água para as mais diversas atividades que envolvam recursos hídricos. Segundo o site EBC o Piauí apresenta contraste que condiz totalmente com tal situação de seca, por exemplo, no sul do Piauí, na região do Vale do Gurguéia, área que comporta cerca de 87 municípios do estado se tem a maior reserva de agua subterrânea de todo o nordeste, a terceira maior do país, 300 postos jorram agua todos os dias a maioria deles sem parar. O estado do Piauí possui um potencial acumulatório em suas represas de 2 bilhões de m³, apresenta boa parte de seu território com geologia sedimentária (junto com o Estado do Maranhão, o Piauí detém cerca de 70% das águas de subsolo de todo o Nordeste, portanto com enorme riqueza de água subterrânea) e possui o segundo maior rio nordestino em importância, o Parnaíba (o primeiro é o Rio São Francisco). O Estado está numa classe considerada rica, pois oferta cerca de 9,6 mil m³/habitante/ano (SERH-MA e SERH-PI, 2012) Novos conceitos para o gerenciamento de água de chuva, seja em áreas urbanas ou rurais, estão surgindo praticamente em todas as partes do mundo. A escassez, a perda da qualidade dos mananciais pela crescente poluição, associadas a serviços de abastecimento públicos ineficientes, são fatores que têm despertado diversos setores da sociedade para a necessidade da conservação da água. Entre estas práticas está o aproveitamento da água da chuva (RAINWATER; HARVESTING; UTILISATION, 2002 apud PROSAB, 2006). Diferentes setores da sociedade passam a ver o aproveitamento da água da chuva como rentável. Assim, indústrias, instituições de ensino, estádios, e até mesmo estabelecimentos comerciais como empresas de lavagem de carros, empresas de ônibus, supermercados, empresas de limpeza pública, buscam utilizar água da chuva visando o retorno na economia de água consumida, e ainda no apelo de „marketing‟, uma vez que estas práticas se inserem nos conceitos de empresas com responsabilidade social e ambiental ou ecológicas (THOMAZ, 2000). XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 4 Por outro lado, têm sido adotadas legislações especificas sobre a coleta da água da chuva, visando a redução de enchentes em muitas cidades brasileiras, a exemplo de São Paulo, Rio de Janeiro, Curitiba, Porto Alegre. Nestas cidades, alguns novos empreendimentos passaram a ser obrigados a coletar a água da chuva, não apenas para reduzir o „pico de cheias‟, como também visando sua utilização para fins não potáveis. Estudos apontam para diferentes experiências com a finalidade de aproveitamento a água de chuva, seja em lavanderias industriais, indústrias e outras atividades comerciais (SICKERMANN, 2003, apud PROSAB, 2006). 2.2 Aproveitamento de águas pluviais Com o crescimento populacional, a urbanização e o desenvolvimento industrial nas últimas décadas, a demanda por água tanto para consumo humano como para uso não direto vem aumentando continuamente. Essa inconversibilidade da urbanização faz-se necessária a discussão sobre o relacionamento das cidades e seus cursos d‟água (ANELLI, 2015), uma vez que este recurso está cada vez mais limitado. Essa crescente demanda pela água vem gerando debates sobre sua melhor utilização. Com isso, novas possibilidades estão surgindo em ordem de reduzir a demanda eracionalizar o consumo de água, destacando-se o aproveitamento das águas da chuva, a reutilização de águas cinzas e a aplicação de equipamentos economizadores de água (FASOLA et. al., 2011). Entre os tipos de atividades citados previamente, é dado ênfase para a captação da água da chuva que, segundo May (2002), seu aproveitamento para uso doméstico, industrial e agrícola é considerado simples e eficaz na minimização do crescente problema de escassez de água. O processo de captação de águas das chuvas não é uma ideia nova, tendo relados sobre a construção de sofisticados sistemas para seu armazenamento no império Romano (MAY, 2002). No Brasil, é destacada tecnologia de cisternas de placas para a captação de água pluviais, garantindo o abastecimento de água para famílias do semiárido durante o período de estiagem, tornando-se assim, uma medida com melhor custo-benefício do que a construções de barragens para a retenção destas águas (PONTES; MACHADO, 2009). 2.3 Captação de águas pluviais em edificações O uso de edificações para a captação de água é uma das práticas mais disseminadas na coleta de chuvas. Dias (2007) explana que a captação de águas pluviais deve ocorrer antes que a água entre em contato com o solo, evitando contaminação na mesma. Bertolo (2006) disserta XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 5 que a interceptação da água da chuva antes do contato da mesma com o solo, além de ser uma medida de conservação da água, é um meio de reduzir a erosão e inundações decorrentes do escoamento superficial da água. Um fator relevante na captação da água da chuva é o tipo de edificação utilizada. Ciocchi (2003) relaciona a viabilidade de sistemas de aproveitamento de águas pluviais a partir da área da cobertura do telhado, do número de pessoas atendidas e das modificações necessárias para a instalação do sistema de captação. A partir destas premissas, Ciocchi (2003) justifica que condomínio horizontais, residências unifamiliares e galpões e armazéns são edificações com ótima viabilidade de implantação de sistemas de captação, enquanto que condomínios horizontais não são tão atrativos a instalação desses sistemas quando comparados com as edificações previamente citadas. Bertolo (2006) numera alguns pontos positivos e negativos sobre a utilização de águas pluviais. Segundo o autor previamente citado, esse sistema agrega valor devido a redução de água apta ao consumo humano, e a sua melhor distribuição sobre os sistemas de drenagem urbano, reduzindo enchentes. Bertolo (2006) classifica como pontos negativos os custos de manutenções regulares dos sistemas de captação e a redução de volume captado durante os períodos de seca. 2.4 Critérios de instalações de sistemas de captação de chuva Os critérios para o uso de sistema de drenagem de águas pluviais são definidos pela NBR 10844: Instalações prediais de águas pluviais. Como objetivos a NBR 10844 estabelece as exigências e critérios para projetos de captação de águas pluviais em ordem de garantir padrões aceitáveis de funcionalidade do projeto, de segurança, higiene, conforto e durabilidade, aplicando esses critérios para as áreas de cobertura e áreas associadas ao edifício. Como condições específicas para os projetos de captação de águas pluviais, destacam-se da NBR 10844, os fatores meteorológicos e o cálculo de vazão do projeto. Para fatores meteorológicos a norma NBR 10844 estabelece que para a intensidade pluviométrica do projeto, deve-se considerar valores de dados pluviométricos locais para a duração da precipitação e o período de retorno. O período de retorno deve ser fixado, segundo a norma NBR 10844, a partir características da área a ser drenada, obedecendo os seguintes parâmetros: XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 6 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. Para o cálculo da vazão do projeto, a norma NBR 10844 estabelece a seguinte equação: Onde: Q = Vazão de projeto (L/min) i = Intensidade pluviométrica (mm/h) A = Área de contribuição (m2) 3. Metodologia Primeiramente foi feita pesquisa bibliográfica sobre o tema, buscando entender sobre projetos de reaproveitamento de água em conjunto com as equações de chuva para a região, buscando compreender sobre aspectos de duração e intensidade. Em seguida, era necessário saber sobre quais normas eram pertinentes para a realização do estudo, levando, portanto, em consideração as normas brasileiras NBR 10844 - instalações prediais de águas pluviais; e NBR 15527/2007 - água de chuva - aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis – requisitos. Baseando nesses requisitos, foi feito o cálculo da área de contribuição, utilizando como base as plantas do centro de tecnologia da UFPI, cedidas pela prefeitura da universidade; O cálculo levou em consideração apenas uma das águas do bloco de arquitetura, e com o valor da área total de contribuição pode-se calcular a vazão do projeto, adotando como referencia os parâmetros de Otto Pfafstetter, sempre seguindo os valores a favor da segurança. Por último, já tendo conhecimento do volume de água arrecadado para um tempo médio de chuva, fizemos o comparativo dessa quantidade em relação aos principais pontos de consumo como: em descargas de sanitários, irrigação de jardins e lavagem de veículos, para que pudéssemos observar o impacto do projeto na preservação da riqueza hídrica da universidade. 4. Discussão dos resultados https://pt.wikipedia.org/wiki/Otto_Pfafstetter XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 7 Inicialmente para entender como a água captada da chuva pode ser utilizada, deve-se conhecer os critérios técnicos de sua qualidade para poder aplicar em cada fim. Afinal, não se pode destinar um produto que possa oferecer riscos à saúde humana, é por isso que existem normas que definem que fatores devem ser considerados para cada tipo de atividade, seja ela agricultura, lavagem de veículos, descarga de vasos sanitários ou manutenção paisagística. Tabela 1 – Padrões de qualidade de água de reuso Fonte: Frankel (2004) aput Boni (2009) Para este estudo, a ABNT define como principais pontos de atenção: a Turbidez < 5 NTU, Coliformes fecais < 500 NMP/ 500ml e o Cloro residual > 0,5 ppm; Três parâmetros que não sugerem grandes preocupações com o tratamento dessa água, como seria o caso se tivesse como destino o consumo humano. A área do telhado a ser considerado foi referente a uma das águas do bloco de Arquitetura da UFPI, que possui dimensões: Tabela 2 – Área de contribuição Área de contribuição Dimensões Altura Comprimento 1° 0,587 m 1,95 m 2° 2,25 m 6,8 m Área total 753,155 m² Fonte: Autor (2016) Estão sendo mostradas quatro medidas devido à estrutura do telhado, que possui duas superfícies de contato para cada um dos lados. E para o cálculo da área total de captação, é necessário levar em conta a inclinação da chuva que de forma padrão é de 45°. Fazendo as projeções das áreas, e somando a superfície XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de2016. . 8 superior com inferior (representada pelas retas paralelas horizontais), chega-se a um resultado de 753,155 m² de contribuição, valor este, que será usado para fazer o cálculo de vazão da água captada. Figura 1 – Estrutura do telhado da edificação em estudo Fonte: Autor (2016) A vazão pode ser encontrada pela equação abaixo: Q= (i. A) /60 Adotando os parâmetros de Pfafstetter, emprega-se na formula um valor para intensidade que segue adotando à segurança, ou seja, uma medida superior ao valor da intensidade média das chuvas da cidade de Teresina (PI), e adotando um tempo para uma chuva de duração de cinco minutos. Tabela 3 – Cálculo de vazão Cálculo de vazão i 262 mm/h A 753,35 m² Q 3289,00 litros/min Chuva de 5 min 16,45 m³ Fonte: Autor (2016) A vazão encontrada é de 16,45 m³, porem esse é um valor acima do real; Para acharmos o fluxo do volume de chuva que mais condiz com as chuvas da localidade, usamos a equação de IDF – Intensidade, Duração e Frequência da cidade de Teresina, lembrando que para cada localidade existe uma equação própria, que se relacionam com dados obtidos pelas estações meteorológicas. Im - intensidade máxima média de precipitação, mm h-1; TR - período de retorno, anos; XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 9 t - duração da precipitação, min. K, a, b, e c - parâmetros ajustados com base nos dados pluviométricos da localidade. A aplicação dos parâmetros próprios da cidade nos dá outro resultado para intensidade média, este sim, será o valor adotado como sendo importante para análise, e que irá corresponder para valor do cálculo de vazão que mais se aproxima da realidade local: Tabela 4 - Cálculo da intensidade média com parâmetros da cidade Fonte: Autor (2016) O período de retorno (TR) utilizado na fórmula representa o tempo que determinadas características das chuvas podem recorrer, e seu valor pode sofrer algumas variações. A NBR 10844 fixa os seguintes períodos de retorno, baseados nas características da área a ser drenada: 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. Para que se tenha conhecimento das intensidades médias para cada período, a tabela a seguir mostra os valores em mm/h: Tabela 5 – Intensidade média para tempo de retorno Intensidade Média k 1055,61 TR 1 anos t 5,00 min a 0,15 b 10,00 c 0,74 Im 141,53 mm/h 2,36 mm/min Intensidade média para: XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 10 Fonte: Autor (2016) Observa-se que a precipitação máxima que se pode registrar é de 288,72 mm/h, caso isso ocorresse, implicaria em uma vazão de 18,3 m³, sendo o melhor volume arrecadado adotando os mesmos parâmetros. Esses parâmetros podem ser obtidos de duas formas, por regressão linear e por regressão não linear, contudo nesse estudo foram levados em consideração os valores resultantes por regressão linear, já que se deve prezar pela segurança nos resultados, assim parâmetros menores implicam em intensidades menores. Tabela 6 – Possíveis parâmetros Parâmetros da equação de IDF ajustados por: Regressão Linear Regressão Não Linear K 1055,61 K 1079,84 a 0,15 a 0,202 b 10 b 12,76 c 0,742 c 0,776 Fonte: Autor (2016) Tendo isto, os valores obtidos referentes a vazão mostram que a potencial capacidade de aproveitamento da água da chuva é bastante satisfatória, tento em vista que o estudo foi baseado em apenas um dos lados de um dos blocos universitários, podendo ser expansível para outros blocos, o que elevaria e muito o volume total disponível para aproveitamento. Para uma área molhada de 753,155 m² e chuvas de intensidade 141,53 mm/h se alcança um volume de arrecadação de 8,89 m³ de água. Quantidade suficiente para ser aplicada em algumas atividades que não necessitam de tratamento complexo para fazer o aproveitamento adequado, e com isso reduzindo potencialmente o consumo hídrico da instituição. Para o conhecimento das relações de consumo de agua em algumas atividades: A limpeza de pavimentos que inclui a lavagem doméstica de pátios e quintais com duração média de 10 minutos, com fluxo de 15 l/min, consome 150 litros; 25 anos 288,72 mm/h 5 anos 229,37 mm/h 1 ano 122,32 mm/h XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 11 Ao molhar as plantas durante 10 minutos com a mangueira aberta, o consumo de água pode chegar a 186 litros; Uma bacia sanitária com válvula e tempo de acionamento de 6 segundos gasta de 10 a 14 litros por descarga; Lavar o carro durante 30 minutos gera um consumo que varia de 90 a 200 litros de água. O potencial de utilização desse volume hídrico pode ser aplicado a outras atividades, contanto que os critérios de qualidade para a mesma esteja dentro das conformidades. Isso implica que o investimento em um sistema de aproveitamento de água da chuva pode ser um artificio viável devido à variedade de aplicação e a economia nos custos. Baseado nesses dados, o esquema baixo apresenta como esse volume arrecadado poderia ser convertido para o consumo de algumas dessas atividades, demonstrando o impacto positivo que se pode ter: Figura 2 - Relação do arrecadado com possíveis pontos de consumo Fonte: Autor (2016) 5. Conclusões Assim o referente trabalho, em meio a toda problemática da crise hídrica atual e aos mecanismos de preservação da água, mostrou o potencial de captação de água da chuva para reuso, utilizando para isso a superfície do telhado de uma das águas de um dos blocos do centro de tecnologia da UFPI, e encontrando para uma área de 753,155 m² uma vazão de 8,89 XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. . 12 m³ ou seja quase 9000 litros de água disponível para serem aplicadas em atividades que não demandem de rigoroso tratamento, reduzindo assim custos, e preservando o patrimônio hídrico. REFERÊNCIAS ANELLI, R.L.S. Uma nova cidade para as águas urbanas. Estudos Avançados, [s.l.], v. 29, n. 84, p.69-84, ago. 2015. FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/s0103-40142015000200005. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. 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