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MAIARA CECCHIN
FACULDADE DOM BOSCO DE PORTO ALEGRE
CURSO DE ENGENHARIA
AMBIENTAL E SANITÁRIA
APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA FINS
NÃO POTÁVEIS - ESTUDO DE CASO: FACULDADE DOM
BOSCO DE PORTO ALEGRE, RS.
Porto Alegre
Dezembro/2011
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Aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis - estudo de caso, Teses (TCC) de Tratamento de Água
Análise da viabilidade de implantação de um sistema de aproveitamento de água da chuva.
Tipologia: Teses (TCC)
2019
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MAIARA CECCHIN
FACULDADE DOM BOSCO DE PORTO ALEGRE
CURSO DE ENGENHARIA
AMBIENTAL E SANITÁRIA
APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA FINS
NÃO POTÁVEIS - ESTUDO DE CASO: FACULDADE DOM
BOSCO DE PORTO ALEGRE, RS.
Porto Alegre
Dezembro/
FACULDADE DOM BOSCO DE PORTO ALEGRE
CURSO DE ENGENHARIA
AMBIENTAL E SANITÁRIA
MAIARA CECCHIN
APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS PARA FINS NÃO
POTÁVEIS - ESTUDO DE CASO: FACULDADE DOM BOSCO DE
PORTO ALEGRE, RS.
Monografia apresentada ao curso de
Engenharia Ambiental e Sanitária como
requisito parcial à obtenção do título de
Bacharel em Engenharia Ambiental e
Sanitária.
Orientadora: Professora Ma: Luciane
Salvi.
Porto Alegre
Dezembro/
No final, nossa sociedade será definida, não pelo que criamos, mas pelo que nos recusamos a destruir. John C. Sawhill
SUMÁRIO
- LISTA DE FIGURAS---------------------------------------------------------------------------------------------
- LISTA DE QUADROS-------------------------------------------------------------------------------------------
- LISTA DE TABELAS--------------------------------------------------------------------------------------------
- INTRODUÇÃO -----------------------------------------------------------------------------------------------
- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA -----------------------------------------------------------------------------
- 2.1 IMPORTÂNCIA E CONSUMO DE ÁGUA -----------------------------------------------------------
- 2.2 ÁGUA NO MUNDO ---------------------------------------------------------------------------------------
- 2.3 ÁGUA NO BRASIL-----------------------------------------------------------------------------------------
- 2.4 ESCASSEZ DE ÁGUA NO BRASIL-------------------------------------------------------------------
- 2.5 REÚSO DE ÁGUA ----------------------------------------------------------------------------------------
- 2.6 APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA -------------------------------------------------------
- 2.6.1 Componentes principais para a captação de água de chuva ---------------------------
- 2.6.1.1 Área de captação ------------------------------------------------------------------------------------
- 2.6.1.2 Calhas e condutores ---------------------------------------------------------------------------------
- 2.6.1.3 Escoamento Inicial ou First Flush ----------------------------------------------------------------
- 2.6.1.4 Reservatórios de descarte e filtros de limpeza ------------------------------------------------
- 2.6.1.5 Reservatório -------------------------------------------------------------------------------------------
- 2.6.1.6 Outras definições -------------------------------------------------------------------------------------
- 2.6.2 Qualidade da água-------------------------------------------------------------------------------------
- 2.6.3 Legislação para o aproveitamento de água de chuva -------------------------------------
- 2.6.3.1 Legislações Estaduais ------------------------------------------------------------------------------
- 2.6.3.2 Legislações Municipais -----------------------------------------------------------------------------
- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2.6.4 Dimensionamento de sistemas de captação e armazenamento de água da chuva-
- 2.6.4.1 Métodos para dimensionamento de reservatório----------------------------------------------
- PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS -------------------------------------------------------------
- 3.1 A FACULDADE DOM BOSCO DE PORTO ALEGRE--------------------------------------------
- 3.2 MATERIAIS--------------------------------------------------------------------------------------------------
- 3.3 MÉTODOS --------------------------------------------------------------------------------------------------
- 3.3.1 Estimativa de consumo de água------------------------------------------------------------------
- RESULTADOS E DISCUSSÃO -------------------------------------------------------------------------
- CONSIDERAÇÕES FINAIS ------------------------------------------------------------------------------
- REFERÊNCIAS-------------------------------------------------------------------------------------------------
- Figura 1: Uso da água doce no mundo-------------------------------------------------------------------- LISTA DE FIGURAS
- Figura 2: Volume total de água no mundo----------------------------------------------------------------
- Figura 3: Volume total de água doce no mundo---------------------------------------------------------
- disponibilidade hídrica superficial -------------------------------------------------------------------------- Figura 4: Situação dos principais rios brasileiros quanto à relação demanda versus
- Figura 5: Efeitos de diversas densidades urbanas no ciclo hidrológico---------------------------
- Figura 6: Indicações para cálculos da área de contribuição -----------------------------------------
- Figura 7: Sistema de grade localizada sobre a calha -------------------------------------------------
- Figura 8: Reservatório de água de chuva com tonel --------------------------------------------------
- Figura 9: Reservatório de auto-limpeza com torneira bóia -------------------------------------------
- Figura 10: Reservatório com sistema de bóia -----------------------------------------------------------
- Figura 11: Filtro VF1 de água de chuva ------------------------------------------------------------------
- Figura 12: Filtro 3P Rainus -----------------------------------------------------------------------------------
- Figura 13: Filtro para tratamento de água da chuva “Aqua Sure” ----------------------------------
- Figura 14: Filtro Vortex ----------------------------------------------------------------------------------------
- Figura 15: Localização do reservatório no terreno -----------------------------------------------------
- Figura 16: Uso doméstico da água em Porto Alegre --------------------------------------------------
- Figura 17: Fachada da Faculdade Dom Bosco ---------------------------------------------------------
- Figura 18: Planilha Excel com método de cálculo utilizado-------------------------------------------
- Figura 19: Esquema da área de telhado da Faculdade Dom Bosco-------------------------------
- Figura 20: Economia gerada em função do volume acumulado-------------------------------------
- Quadro 1: Disponibilidade e demandas hídricas por regiões brasileiras-------------------------- LISTA DE QUADROS
- Quadro 2: Classificações das formas de reúso da água----------------------------------------------
- Quadro 3: Geometria de reservatórios e suas respectivas economias----------------------------
- Quadro 4: Classificação e parâmetros para reúso no Brasil conforme NBR 13969/97--------
- Quadro 5: Classificação e parâmetros para reúso no Brasil conforme ANA/FIESP------------
- Quadro 6: Critérios e diretrizes da Usepa para água de reúso urbano não potável------------
- diferentes autores----------------------------------------------------------------------------------------------- Quadro 7: Faixa de coeficientes de escoamento superficial para cada tipo de material por
- Quadro 8: Consumo de água em instalações comerciais---------------------------------------------
- Quadro 9: Resumo dos métodos conservadores e que superdimensionam o reservatório- -
- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Quadro 10: Materiais utilizados e seus respectivos preços para estimativa de custo do sistema
- Tabela 1: Relação entre a disponibilidade de água e a população em porcentagem---------- LISTA DE TABELAS
- Tabela 2: Produção hídrica do mundo por região-------------------------------------------------------
- Tabela 3: Distribuição dos recursos hídricos, da área superficial e da população--------------
- Tabela 4: Vazões médias e de estiagem nas regiões hidrográficas do país --------------------
- Tabela 5: Relação entre densidade habitacional e área impermeável ----------------------------
- Tabela 6: Parâmetros de qualidade de água de chuva para usos restritivos não potáveis---
- Tabela 7: Coeficientes de runoff conforme a declividade da cobertura----------------------------
- Tabela 8: Consumo mensal de água na Faculdade Dom Bosco------------------------------------
- Tabela 9: Economia gerada nos diferentes cenários em função do volume do reservatório-
- Tabela 10: Métodos práticos utilizados e volumes de reservatório---------------------------------
- Tabela 11: Valores de acionamentos para cada aluno em um dia---------------------------------
1. INTRODUÇÃO
Segundo a Lei das Águas, Lei Federal nº 9.433/97 (BRASIL, 1997), a água é um bem de domínio público e um recurso natural limitado, dotado de valor econômico. A gestão de recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das águas. Sabe-se que a água é imprescindível à vida e que, embora tenha uma fórmula química simples, ainda não é possível produzi-la artificialmente, sendo que o máximo que tem sido feito é adequar a qualidade da água aos diferentes tipos de consumo (REBOUÇAS, 2004). O homem vive há centenas de milhares de anos na face da Terra, mas ainda precisa aprender a conviver de forma harmônica com a natureza, sendo o equilíbrio a palavra chave para a garantia de sua perenidade por meio de ações de preservação e conservação. Sabe-se que há uma grande quantidade de água no planeta, mas a maior parcela desse volume é salgada e uma pequena parte somente é doce, e é esta parcela pequena de água doce e potável que garante a manutenção da vida, o bem estar social e também o desenvolvimento econômico. No entanto, esse recurso tem se tornado cada vez mais escasso, pela degradação por esgotos, poluição, produtos químicos, resíduos sólidos e acentuada proliferação de algas. Isso ocorre devido ao crescimento populacional acentuado e também desordenado que implica na ocupação irregular muito próxima aos corpos hídricos, o que provoca sua contaminação. O aumento da demanda de água potável principalmente nos centros urbanos contribui também para sua escassez. Além dos problemas de contaminação da água, sua distribuição é desigual pelas diferentes regiões do planeta, inclusive no Brasil. A disponibilidade per capita de água potável está diminuindo em todos os países. A disseminação de informações sobre o risco de escassez de água, entretanto, tem aumentado a conscientização da sociedade em relação a utilização desse recurso. Assim, é notório que a água é fonte de vida, única e finita e que sua preciosidade e sua importância são fundamentais, buscando-se assim formas de preservação dos recursos hídricos e a redução do consumo de água. Neste contexto, é imperioso ampliar conhecimentos e técnicas referentes à conservação da água e nisto se insere o aproveitamento da água da chuva. Segundo Philippi et. al., (2006), um sistema de aproveitamento da água da chuva possui características próprias e individualizadas atendendo o princípio de saneamento ecológico.
Quando se utiliza deste, está se promovendo auto-suficiência e ainda se contribui para a preservação de um recurso tão importante. Sendo uma fonte alternativa de abastecimento, o aproveitamento das águas pluviais implica, entre outros, em aperfeiçoar o consumo a partir da gestão da demanda e da utilização de água com diferentes níveis de qualidade para atendimento das diferentes necessidades existentes e, consequentemente, obter economia pela redução do consumo de água, redução nos efluentes gerados e de outros insumos como energia e produtos químicos, além de aumentar a disponibilidade de água e agregar valor ao produto, contribuindo assim também para redução do risco de desabastecimento e do racionamento (PIO et al. apud BUFFON, 2010). O estudo de caso apresentado ilustra a possibilidade de reaproveitamento da água da chuva na Faculdade Dom Bosco de Porto Alegre para uso não potável (descarga de vaso sanitário). O trabalho consiste em revisão bibliográfica sobre a situação da água no mundo e no Brasil, sua importância, consumo, qualidade, escassez, reúso e o aproveitamento de águas pluviais. São feitas investigações acerca da viabilidade econômica e técnica do aproveitamento de águas pluviais, a partir de dados referentes à quantidade de chuva na área de estudo, avaliação da área de telhado da Faculdade e análise do consumo total de água em m³ e em reais. Assim, são definidos os seguintes objetivos:
- Avaliar a viabilidade do aproveitamento da água de chuva na Faculdade Dom Bosco de Porto Alegre para uso não potável;
- Dimensionar o sistema de captação de água da chuva para o caso específico da Faculdade Dom Bosco;
- Reduzir o volume de água potável utilizada para fins não nobres e, por consequência, o custo mensal com água;
- Disseminar a ideia de uma técnica alternativa que promove a preservação de um recurso natural e que vem de encontro à sustentabilidade urbana.
De acordo com Philippi Jr. et. al. (2004, p.55) “no Brasil são consumidos, em média, 246m³/habitante/ano, considerando todos os usos de água, inclusive para a agricultura e indústria.” Em muitas regiões do globo, a população ultrapassou o ponto em que podia ser abastecida pelos recursos hídricos disponíveis (MANCUSO; SANTOS, 2003). A água que é utilizada em usos domésticos representa uma pequena parcela do que cada cidadão consome – no total, apenas 10% do consumo mundial. Para o consumidor doméstico, os restantes 90% vêm na forma de água “invisível”, distribuídas nas mais diferentes atividades e produtos. A agricultura é a responsável pelo maior consumo de água, cerca de 70% (Figura 1). A fim de garantir safras de produtos agrícolas, o homem já reduziu a vazão de grandes rios em até 75%. Como consequência, grandes mananciais, como os rios Nilo, Jordão e Yangtzé, estão se esgotando. A indústria, por sua vez, é responsável pelos 20% restantes do consumo (VENTUROLI, 2009). Figura 1: Uso da água doce no mundo. Fonte: adaptado de VENTUROLI, 2009. A agricultura é a maior responsável pelo consumo de água, principalmente pela expansão da fronteira agrícola e devido a sistemas de irrigação ineficientes, o que gera grandes desperdícios. Segundo Gonçalves e Jordão (2006), o consumo é variado nas diversas regiões do planeta e depende de muitos fatores que podem ser relacionados a aspectos comportamentais, físicos e econômicos.
2.2 ÁGUA NO MUNDO
Preocupar-se com a escassez de água em um planeta em que a maioria de sua superfície é constituída por esse fluido parece um absurdo. Mas segundo Tomaz (2003), dessa grande quantidade de água que o planeta dispõe, 97,5% é salgada, distribuindo-se nos oceanos, mares, lagos salgados e aquíferos salinos. A água doce somente corresponde aos 2,5% restantes, conforme ilustra a Figura 2. Porém 68,9% desta água está congelada nas calotas polares, geleiras e subsolos. O restante da água doce está na biomassa e na atmosfera sob forma de vapor. Figura 2: volume total de água no mundo Fonte: adaptado de Tomaz, 2003, p.20. A real proporção da água a qual o homem tem acesso fácil, que fica contida em rios, lagos e pântanos, é de no máximo, 0,4% de toda a água existente no mundo, conforme demonstra a Figura 3. O ser humano conta com pouco mais de 100 mil quilômetros cúbicos para cuidar da higiene, beber, gerar energia e produzir alimentos e bens industriais (VENTUROLI, 2009).
A irregular disponibilidade hídrica pelo mundo faz com que haja situações críticas que devem atingir 30 países no ano de 2025, o que pode gerar conflitos pelo uso da água (TELLES; COSTA, 2010). Ainda segundo Venturoli (2009), a falta de água impacta as relações entre as nações e a dinâmica das migrações internacionais. Em regiões como Oriente Médio, Ásia Central e África, o domínio sobre aqüíferos e bacias hidrográficas é uma questão de segurança nacional e de fronteiras que, se não for bem equacionada, pode criar um contingente de 100 milhões de refugiados nos próximos 20 anos. 2.3 ÁGUA NO BRASIL De acordo com o Plano nacional de Recursos Hídricos (PNRH, 2006), o Brasil é considerado o quinto país no mundo em extensão territorial, com grande número de rios e abundância de chuvas e detém cerca de 12% de toda a água superficial do planeta possuindo uma vazão média anual dos rios de 179 mil m³/s (5.660 km³/ano). Levando em conta as vazões oriundas de território estrangeiro que afluem ao país provenientes das bacias Amazônica, do Uruguai e do Paraguai, essa disponibilidade hídrica total atinge valores da ordem de 267 mil m³/s (8.427 km³/ano), que corresponde a 18% da disponibilidade mundial. Somando-se a isso os depósitos subterrâneos, o país oferece a cada habitante 34 mil metros cúbicos de água por ano (VENTUROLI, 2009). Entretanto, “toda essa água não é distribuída de maneira equilibrada, uma vez que falta água na região do semiárido e nas grandes capitais do Sudeste” (VENTUROLI, 2009, p.38). Conforme é visto na Tabela 3 que relaciona a população x superfície e disponibilidade dos recursos hídricos nas regiões brasileiras. Tabela 3: Distribuição dos recursos hídricos, da área superficial e da população (em % do total do país). Regiões do Brasil Recursos hídricos (%) Superfície (%) População (%) Norte 68,50 45,30 6, Centro-Oeste 15,70 18,80 6, Sul 6,50 6,80 15, Sudeste 6,00 10,80 42, Nordeste 3,30 18,30 28, Soma 100,00 100,00 100, Fonte: Uniágua apud Telles e Costa (2010). Verifica-se que nas regiões mais populosas, como é o caso da região Sudeste, há menor disponibilidade de recursos hídricos e que na região Norte, onde há quase 70% dos recursos hídricos, vive em torno de 7% da população. Segundo Venturoli (2009, p.38), “na média, um morador de Roraima dispõe de mais de 1,1 milhão de metros cúbicos de água por
ano, enquanto um paulista não tem mais do que 2,5 mil metros cúbicos e um pernambucano, 1,1 mil metros cúbicos por ano.” A Tabela 4 apresenta dados de vazões médias e de estiagem nas 12 regiões hidrográficas brasileiras. A Região Hidrográfica Amazônica detém 73,6% dos recursos hídricos superficiais, seguida pela Região do Tocantins/Araguaia, com 7,6%, e pela do Paraná, com 6,4%. As menores disponibilidades hídricas superficiais ocorrem nas regiões hidrográficas do Parnaíba, do Atlântico Nordeste Oriental e do Atlântico Leste (PNRH, 2006). Tabela 4: Vazões médias e de estiagem nas regiões hidrográficas do país. Região hidrográfica Área (km²) Vazão média (m³/s) Vazão de estiagem (m³/s) Amazônica 3.869.953 131.947 73. Tocantins/Araguaia 921.921 13.624 2. Atlântico Nordeste Ocidental 274.301 2.683 328 Parnaíba 333.056 763 294 Atlântico Nordeste Oriental 286.802 779 32 São Francisco 638.576 2.850 854 Atlântico Leste 338.160 1.492 253 Atlântico Sudeste 214.629 3.179 989 Atlântico Sul 187.522 4.174 624 Uruguai 174.533 4.121 391 Paraná 879.873 11.453 4. Paraguai 363.446 2.368 785 Brasil 8.532.772 179.433 85. Fonte: PNRH, 2006. Notas:1 - Vazão com permanência de 95%; 2 - A Bacia Amazônica ainda compreende uma área de 2,2 milhões de km² em território estrangeiro, a qual contribui com adicionais 86.321 m3/s em termos de vazão média; 3 - A Bacia do Rio Uruguai ainda compreende adicionais 37 mil km² em território estrangeiro, a qual contribui com 878 m³/s; 4 - A Bacia do Rio Paraguai compreende adicionais 118 mil km² em território estrangeiro e 595 m³/s. Apesar de se destacar no cenário mundial pela grande quantidade de água doce de seus rios, o Brasil devido à grande variação de seu território e de sua posição global, tem variações expressas principalmente pelas estações do ano e pelos regimes de chuvas associados, que produzem reflexos no ciclo hidrológico médio das diversas regiões do país, haja vista que os períodos de estiagem e de cheia não são os mesmos em todas as regiões (PNRH, 2006). Além dos problemas devido à variação sazonal, a situação torna-se ainda pior em áreas de altas densidades demográficas. Nosso país apresenta em torno de 80% da população em áreas urbanas, nas quais o consumo é acompanhado pela má disposição de resíduos sólidos e
Tucci (2007) relaciona a densidade habitacional com a área impermeável, mostrando que quanto mais habitantes por hectare maior será a área sem permeabilidade e maiores serão os problemas que ela ocasiona (Tabela 5). Tabela 5: Relação entre densidade habitacional e área impermeável Densidade habitacional (hab./ha) Área impermeável (%) 25 11, 50 23, 75 36, 100 50, 120 58, 150 64, 200 66, Fonte: Tucci (2007). A Figura 5 ilustra os efeitos das diversas densidades urbanas no ciclo hidrológico para as condições climáticas, geológicas e urbanísticas de Porto Alegre, propondo valores percentuais de infiltração, evapotranspiração e escoamento superficial. Figura 5: Efeitos de diversas densidades urbanas no ciclo hidrológico Fonte: Menegat apud Buffon, 2010. Verifica-se que em zonas naturais e sem nenhuma impermeabilização 50% da água que precipita infiltra superficialmente e profundamente contribuindo para a recarga de aqüíferos; já
numa zona com alta densidade demográfica e superfície impermeabilizada de 65% a 100%, a maior parte da água (55%) escoa superficialmente sendo contaminada e causando problemas de inundação; boa parte dessa água poderia ser aproveitada antes de chegar às redes pluviais e contribuir para a redução do pico de enchentes.
2.4 ESCASSEZ DE ÁGUA NO BRASIL
Segundo Venturoli (2009), a população mundial subiu de 2,5 bilhões para 6,7 bilhões, apenas entre 1950 e 2008, e em 2050 poderá se ultrapassar a marca de 9 bilhões de pessoas. Nos últimos 60 anos, a população do planeta mais que duplicou, mas o consumo de água aumentou sete vezes, o que faz com que os efeitos desse crescimento sejam sentidos em várias regiões. No Brasil a situação não é diferente; em 2010 chegou-se a marca de mais de 190 milhões de pessoas. Apesar dos menores ritmos de crescimento, a participação da população metropolitana permanece constante, são quase 70 milhões de brasileiros residindo nas cidades (SILVA, 2011). Isto não significa apenas um maior consumo de água em residências, mas também que as sociedades precisam gerar mais energia e produzir cada vez mais no campo e nas fábricas. Quanto mais rica for uma população, maior será o consumo de água por pessoa (VENTUROLI, 2009). Nesse sentido, Silva (2004) aponta algumas das principais causas da escassez hídrica, sendo elas:
a) Urbanização desordenada;
b) Diversificação e intensificação das atividades e, consequentemente, do uso da
água; c) Impermeabilização e erosão do solo;
d) Ocupação de áreas de mananciais, com consequente poluição e assoreamento
das margens; e) Conflitos gerados pelas concorrências entre os diversos aproveitamentos de água; f) Preponderância histórica dos interesses do setor hidroelétrico na política dos recursos hídricos; g) Deficiências do setor de saneamento e a relação entre água e saúde; h) Migrações populacionais motivadas pela escassez de água;
i) Conflitos entre países gerados pela falta de água, muitos dos quais assumindo
proporções de guerra.