Fonte Alternativa Hídrica Pluvial na Busca da Sustentabilidade, por José Maurício Fernandes Fariña e Roberto Guimarães Pereira

 

FONTE ALTERNATIVA HÍDRICA PLUVIAL NA BUSCA DA SUSTENTABILIDADE

José Maurício Fernandes Fariña

Roberto Guimarães Pereira2

 

Resumo

Estudou-se, no presente trabalho, uma fonte alternativa hídrica na solução à descontinuidade no fornecimento de água para um Centro de Ensino na Ilha do Governador no Rio de Janeiro. A fonte escolhida foi a pluvial (meteórica), propondo este estudo o conhecimento do volume de aproveitamento hídrico pluvial, a demanda hídrica não potável e tamanho do reservatório para manutenção do sistema hídrico não potável do Centro de Ensino.

 

Introdução

A problemática da insuficiência de água potável já afeta a capital de uma das maiores cidades do mundo: Rio de Janeiro, especificamente a Ilha do Governador. O vetor impulsor do presente trabalho foi a descontinuidade ou desabastecimento hídrico, especificamente do Centro de Ensino localizado no final da linha da CEDAE, na Ilha do Governador. O desabastecimento ou a precariedade do fornecimento de água potável, que ocorria apenas nos meses de janeiro até abril, atualmente passou a representar um problema crônico em praticamente todos os meses. A causa estaria no maior consumo decorrente do aumento do número de alunos e de outros fatores. Deste modo, o Centro tem sido obrigado a comprar água, que é trazida por carros-pipa, para que possa dar continuidade as atividades curriculares e da própria gestão do Centro.

A opção pela captação pluvial terá como consequência reduzir o consumo de água potável para atividades que não seja imprescindível o tratamento hídrico, além de evitar os transtornos decorrentes do escoamento rápido e não captado sobre a rede pluvial. O Centro possui várias atividades como irrigação de gramados e jardins, lavagem de automóveis e equipamentos industriais da escola, vários sanitários de banheiros, as quais não requerem os padrões de potabilidade, (BARCELOS, et al., 2005).

Constituindo cerca de 65% do peso de um ser humano, as moléculas de água devem ser repostas no organismo levando ao consumo médio diário para uma pessoa de 90 kg de 3 litros (TUNDISI, 2011, pág. 25).

O Centro pesquisado possui uma média diária de 1.500 alunos durante 11 meses, já que um mês é destinado ao recesso escolar e reduzida atuação administrativa. O Centro realiza 70 cursos com diferentes durações, o consumo médio diário de água é de 100 m3 nos dias de expediente, quando ocorrem as práticas de exercícios físicos pelos alunos e pela administração. Em período sem expediente o consumo médio é de 15 m3/dia. A Tabela 1 mostra a demanda hídrica mensal do Centro.

Alguns sistemas alternativos poderiam auxiliar ou até tornar sustentável o Centro de Ensino, sendo necessário, entretanto, conhecer o potencial de disponibilidade de tais fontes alternativas, compreendendo o seu valor.

Para esse estudo foi eleito o aproveitamento pluvial (meteórico) das edificações como solução alternativa, sendo o objetivo obter a potencialidade de aproveitamento hídrico pluvial aproveitável, estimar a demanda hídrica não potável e sugerir o volume do reservatório para manter o sistema de água não potável sempre disponível, no Centro de Ensino, em tela.

Tabela 1. Demanda hídrica – média mensal em m3.

 

Período Segunda à Sexta Sábado e Domingo Média mensal
(m3/mês) (m3/mês) (m3/mês)
JANEIRO (recesso) 337,5 135 472,5
FEVEREIO 2250 135 2385
MARÇO 2250 135 2385
ABRIL 2250 135 2385
MAIO 2250 135 2385
JUNHO 2250 135 2385
JULHO 2250 135 2385
AGOSTO 2250 135 2385
SETEMBRO 2250 135 2385
OUTUBRO 2250 135 2385
NOVEMBRO 2250 135 2385
DEZEMBRO 2250 135 2385

 

A seguir são apresentados alguns estudos relacionados com o aproveitamento de água:

Zhang et al. (2012) constataram que a coleta de água das chuvas nas áreas urbanas reduziu significativamente os alagamentos, posto que permitiu o maior controle do escoamento das chuvas.

Kim e Furumai,(2012) realizaram uma pesquisa com base na análise de cenários em que a água da chuva apresentou-se como uma boa fonte complementar no sistema hídrico, posto que auxiliaria ou até supriria a demanda por água não potável.

Cheng e Liao (2009) realizaram um estudo, sendo que o principal objetivo foi estabelecer um sistema de indicadores de utilização de águas pluviais para analisar as características regionais de chuvas, extraindo variáveis representativas e pesos, bem como desenvolver uma fórmula para um indicador, e assim conhecer o melhor sistema aplicável ao caso concreto.

Kim et al. (2012) apresentaram um modelo de análise probabilística para estimar as reduções de chuva-vazão obtida utilizando um sistema de aproveitamento de águas pluviais.

Lee et al. (2010) realizaram análises de amostras de precipitações pluviais sendo que o resultado químico e microbiológico resultou no entendimento de que essa fonte sem o devido tratamento deve ser utilizada apenas para fins não potáveis.

Sazakli et al. (2007) estudando a coleta hídrica pluvial concluíram que os parâmetros microbiológicos foram afetados principalmente pelo nível limpeza de áreas de captação, enquanto os parâmetros químicos foram influenciados pela proximidade do mar e das atividades humanas.

Moreira Neto et al. (2012) mostraram que para um Aeroporto Médio no Brasil o tratamento da água da chuva mediante a filtragem lenta e a cloração representou uma redução de 60% do custo comparativo com o valor da água tratada pela Companhia de Distribuição de Água local.

 

Método

Considerando que a captação pluvial menos onerosa seria a das precipitações sobre os telhados das edificações existentes no Centro de Ensino, optou-se por obter uma imagem por satélite, através do programa livre google eath, e apurar a metragem quadrada de cada edificação potencialmente relevante para captar a água da chuva.

A partir do resultado da metragem quadrada das edificações, ou seja, a área de coleta hídrica pluvial (A), aplica-se a Equação (1) que permitirá obter o volume de chuva aproveitável (V), com a associação da precipitação média da região (P), do coeficiente de escoamento superficial de cobertura (C) e do fator redutor decorrente do descarte de sólidos e escoamento inicial (η), conforme a norma ABNT NBR 15527: 2007, item 4.3.4, pág. 3:

V= P x A x C x η first flush (1)

A importância de se descartar o escoamento inicial da água da chuva foi objeto de estudo de PINHEIRO, 2005 e outros, no qual verificou que “o descarte apresentou valores médios de dureza total, ferro total e sílica, maiores do que a amostra coletada na caixa de detenção. As partículas em suspensão como sílica, argila, matéria orgânica e microorganismos encontrados nas amostras conferem ao descarte valor de turbidez, coliformes totais e Escherichia coli mais elevados do que a caixa de detenção.”.

Segundo LIFFE (1998), nascoberturas, independentemente do tempo de instalação e dos materiais, tais comotelhascerâmicas e de concreto, metálico de zinco e de aço galvanizado, fibrocimento e amianto, policarbonato ou de fibra de vidro e de ardósia, deve-se desviar o primeiro fluxo da água de chuva dos tanques de armazenamento, isso é feito para evitar que a poeira e outros materiais e organismos sejam lavados do telhado e carreados e/ou escoados para o interior dos tanques d earmazenamento.

Segundo TOMAZ (2003) o aproveitamento da água da chuva não é integral, haja vista as perdas das chuvas iniciais, que corresponderiam de0,762mma 2,54mm (η). O mesmo autor transcreve o valor médio para o coeficiente de escoamento superficial considerando o tipo de telhado, conforme tabela:

Tabela 2 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 0.9 a 0.95
Cimento amianto 0,8 a 0,9
Plástico, pvc 0,9 a 0,95

Fonte: Plinio Tomaz – 2003

Considerando que o Centro de Ensino possui telhado de amianto e cimento, logo o (C) será de 0,85.

Segundo a ABNT 15527 no item 4.3.5, o volume dos reservatórios deve ser dimencionado com base em critérios técnicos, econômicos e ambientais, levando em conta as boas práticas de engenharia, podendo, a critério do projetista, serem utilizados os métodos indicados no anexo à norma, desde que a sua utilização seja justificada.

Resultados

Demandas Hídricas do Centro de Ensino

O Centro tem uma área de aproximadamente 196.711 m2, sendo 21.485 m2 de construções com possibilidade de captação de água da chuva, informações obtidas com o auxílio do programa Google Eath.

Considerando um uso diário de 100 m3/dia, informação validada por registros diários de recebimento de água do Sistema Público da Companhia Estadual de Abastecimento do Rio de Janeiro (CEDAE), será analisada a alternativa de ampliação da captação pluvial, já que há várias edificações com características propícias a essa ampliação.

A Tabela 3 mostra as áreas das edificações do Centro de Ensino e na Tabela 4, apresenta-se as demandas hídricas destas edificações.

Tabela 3. Áreas e Prédios do Centro de Ensino

n0 Edificação Área (m2)
1 Administração I 1982
2 Administração II 1173
3 Ginásio 2344
4 Material 528
5 Refeitório I 2380
6 Refeitório III 1709
7 Auditório 1291
8 Ensino 2892
9 Administ. Ensino 2275
10 Garagem 1960
11 Oficinas Industriais 445
12 Piscina 290
13 Refeitório II 1403
14 Cobertura 813
TOTAL 21.485

Tabela 4. Demandas hídrica estimadas das Edificações do Centro de Ensino

n0 Edificação Não Potável Potável JUSTIFICATIVA
1 Administração I 70% 30% Mais banheiros que bebedouros
2 Administração II 70% 30% Mais banheiros que bebedouros
3 Ginásio 30% 70% Vestiários, bebedouros e banheiros
4 Material 70% 30% Mais banheiros que bebedouros
5 Refeitório I 5% 95% Muita água na produção de alimentos
6 Refeitório III 5% 95% Muita água na produção de alimentos
7 Auditório 60% 40% Banheiros e bebedouros
8 Ensino 70% 30% Mais banheiros que bebedouros
9 Administ. Ensino 70% 30% Mais banheiros que bebedouros
10 Garagem 95% 5% Muita lavagem de veículos
11 Oficinas Industriais 60% 40% Lavagem de equipamentos, bebedouros, vestiários e banheiros
12 Piscina 5% 95% Manutenção da piscine
13 Refeitório II 5% 95% Muita água na produção de alimentos
14 Cobertura 100% 0.0% Lago artificial

 

Os estudos realizados até aqui mostram que o Centro de Ensino tem demandas distintas decorrentes das atividades peculiares realizadas em cada edificação. Não sendo conhecido o consumo de cada prédio, será considerado que o aproveitamento de água da chuva atenderá a um sistema hídrico não potável, que supriria a demanda, estimada dessa qualidade hídrica, para cada edificação.

Disponibilidade da fonte alternativa hídrica pluvial

GHISI (2006) prevê uma considerável redução da capacidade de aproveitamento hídrico pluvial anual no Sudeste do Brasil, em face da constante redução dos índices pluviométricos. Na Figura 1 verifica-se a média anual sobre um período de dez anos (1997-2006), obtidas a partir da rede de30pluviômetrosdaFundaçãoGeo-Rio.

 

Figura 1 Precipitação no período 1997-2006, média anual na Ilha do Governador de 1072 mm anuais.

Fonte: DERECZYNSKI, OLIVEIRA e MACHADO, (2008) pág. 30.

 

A média anual permite apurar qual a potencialidade de aproveitamento hídrico pluvial anual, entretanto será com o conhecimento das médias pluviométricas sazonais que serão determinados os períodos com maior ou menor oferta e assim gerenciar o recurso para ter sua disponibilidade anual. Nas Figuras 2, 3, 4 e 5 observa-se a média pluviométrica respectivamente no verão, outono, inverno e primavera.

 

Figura 2 Precipitação no período 1997-2006, média no período de verão na Ilha do Governador de 161mm.

Fonte:DERECZYNSKI, OLIVEIRA e MACHADO, (2008) pág. 30

 

 

Figura 3 Precipitaçãonoperíodo1997-2006, média no período de outono na Ilha do Governador de 75 mm.

Fonte:DERECZYNSKI, OLIVEIRA e MACHADO, (2008) pág. 30

 

 

Figura 4 Precipitação no período 1997-2006, média no período de inverno na Ilha do Governador de 33 mm. Fonte:DERECZYNSKI, OLIVEIRA e MACHADO, (2008) pág. 31

 

 

Figura 5 Precipitaçãonoperíodo1997-2006, média no período de primavera na Ilha do Governador de 88 mm.Fonte:DERECZYNSKI, OLIVEIRA e MACHADO, (2008) pág. 31

 

As Figuras 2, 3, 4 e 5 apresentam a climatologia sazonal da precipitação, sendo os valores representativos das precipitações médias de cada estação do ano. Assim, na Figura 2, a estação do verão tem o maior nível de precipitação do ano, alcançando a média de 161 mm. Em seguida tem-se o outono com a média de 75 mm (Figura 3), seguido pelo inverno, a estação com menor nível com 33 mm médios (Figura 4). Por fim, a primavera com 88 mm médios (Figura 5).

Considerando uma média para a Ilha do Governador de 1072 mm de precipitação por ano, conforme informação da GeoRio, transcrita por DERECZYNSKI, OLIVEIRA, e MACHADO (2008), obtém-se o índice médio pluviométrico mensal para a Ilha do Governador de 89,33 mm por mês, por metro quadrado, ou seja, a precipitação hídrica pluvial média mensal, corresponde a 89,33 L/m2. A Tabela 5 demonstra a potencialidade de captação mensal de água pluvial aproveitável, correspondente aos quatorze prédios com metragem relevante, seguindo a Equação 1. O Coeficiente C será considerado igual a 0,85, conforme já fundamentado. Já para o fator de redução η será aplicado à média entre o máximo e mínimo, referendado por TOMAZ (2003), sendo o mínimo de 0,762mm/m2 e o máximo de 2,54mm/m2, logo η = 1,65 mm/m2. , que representa o fator redutor do volume hídrico pluvial aproveitável. Assim, será apresentado na tabela o (Pc) = P corrigido pelo fator redutor η.

Tabela 5. Potencialidade de Produção Mensal de Água Pluvial Aproveitável do Centro de Ensino.

n0 Edificações (A)(m2) (Pc)= P- η(m3/m2.mês) (C)  Volume Aproveitável(m3/mês)
1 Administração I 1.982 0,08768 0,85 147,71
2 Administração II 1.173 0,08768 0,85 87,42
3 Ginásio 2.344 0,08768 0,85 174,69
4 Material 528 0,08768 0,85 39,35
5 Refeitório I 2.380 0,08768 0,85 177,38
6 Refeitório III 1.709 0,08768 0,85 127,37
7 Auditório 1.291 0,08768 0,85 96,22
8 Ensino 2.892 0,08768 0,85 215,53
9 Administ. Ensino 2.275 0,08768 0,85 169,55
10 Garagem 1.960 0,08768 0,85 146,07
11 Oficinas Industriais 445 0,08768 0,85 33,16
12 Piscina 290 0,08768 0,85 21,61
13 Refeitório II 1.403 0,08768 0,85 104,56
14 Cobertura 813 0,08768 0,85 60,59
TOTAL 21.485 1.601,21

A utilização do recurso hídrico pluvial

A utilização do recurso hídrico pluvial poderá ser para consumo humano ou não, sendo que no primeiro caso será necessária a correção das características da água tanto nos seus aspectos de acidez, como de falta de sais minerais, atendendo a legislação sobre potabilidade.

Em dezembro de 2011, o Ministério da Saúde publicou a portaria no. 2914, que dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água consumo humano e seu padrão de potabilidade.

Considerando que a utilização da fonte alternativa pluvial será para o consumo não potável, então deve-se considerar apenas a viabilidade do custo de instalação do tanque, filtros e tubulações, sem a necessidade de maiores manutenções.

GHISI (2009) verificou que a substituição do uso de água potável pelo uso de água das chuvas em atividades que não necessitam tal qualidade hídrica poderia em média significar uma economia de 32,7%, logo para uma demanda hídrica máxima mensal de 2.385 m3, obtém-se 779,90 m3 de demanda não potável, e para uma demanda hídrica mínima mensal de 472,5 m3, obtém-se 154,5 m3 de demanda não potável. A disponibilidade hídrica pluvial (meteórica) não é regular durante todo o ano, havendo volumes distintos entre as estações do ano, conforme a Tabela 6.

Tabela 6. Potencialidade de Produção Mensal de Água Pluvial Aproveitável do Centro de Ensino.

Estações do Ano Área total de Precipitação Coeficiente de Volume hídrico
coleta (m2) média corrigida (m3/m2.mês) escoamento superficial aproveitável (m3/mês)
Verão 21.485 0,15935 0,85 2.910
Outono 21.485 0,07335 0,85 1.340
Inverno 21.485 0,03135 0,85 573
Primavera 21.485 0,08635 0,85 1.577

 A Figura 6 mostra a demanda mensal hídrica do Centro de Ensino e o volume hídrico aproveitável. Verifica-se que no período de inverno o volume hídrico pluvial aproveitável equivale a 573 m3 mensais, ou seja, inferior a demanda hídrica não potável estimada de 779,9 m3 mensais, logo a dimensão volumétrica do reservatório deverá ser compatível com a necessidade de compensar essa defasagem.

 

Figura 6 – Correlação entre a demanda não potável e o volume hídrico sazonal em m3 para os meses do ano.

 

Volume dos tanques para a manutenção do sistema hídrico não potável

Aplicando-se o método Azevedo Neto, anexo A, item A3, da ABNT NBR 15527:2007, que projeta a dimensão do reservatório considerando em sua variável os períodos com pouca chuva, que no caso do Centro de Ensino equivale ao inverno, quando se constatou uma demanda maior que a oferta hídrica pluvial aproveitável.

O método Azevedo Neto consiste na aplicação da fórmula V=0,042 x P x A x T, para obtenção do volume do reservatório, sendo: (V) o valor numérico do volume desejado; (P) o valor numérico da precipitação média anual em milímetros (mm); (A) o valor numérico da área de coleta em projeção, expresso em metros quadrados; e (T) o valor numérico do número de meses de pouca chuva ou seca.

Assim, considerando: P = 1072 mm anuais; A= 21.485 m2; T = 3 meses (inverno), tem-se o valor de 2.902.021 litros (2.902 m3) o volume recomentado para o reservatório de água pluvial, a fim de manter o sistema hídrico não potável em pleno funcionamento durante todo o ano.

Conclusões

As análises quantitativas e qualitativas permitem afirmar que o Centro de Ensino que possui demanda hídrica não potável significativa, sendo que a aplicação média de aproveitamento de 32,7 %, (GHISI, 2009), foi aplicada por não ter sido informado pelo Centro de Ensino o consumo de cada uma das quatorze edificações, contudo para atender a demanda não potável o Centro possui uma potencialidade não explorada de volume hídrico pluvial aproveitável de 1.621,21 m3 mensais.

Algumas áreas de captação estão bem próximas das demandas hídricas não potáveis, como é o caso da garagem, cuja captação é de aproximadamente 146,07 m3 por mês e sua demanda hídrica não potável estimada em 95% do consumo. Na busca da sustentabilidade hídrica do Centro de Ensino, a captação de água da chuva e sua destinação para suprir um sistema hídrico não potável, representa uma excelente economia financeira e maior disponibilidade da água potável, já que seria destinada para atividades em que sua potabilidade fosse imprescindível.

O quantitativo hídrico decorrente do aproveitamento pluvial se corretamente gerenciado poderá estar sempre disponível, sendo necessária a instalação de tanques de reserva hídrica não potável, de modo a poder dispor do recurso hídrico pluvial durante todo o ano, cuja dimensão sugerida deve equivaler a 2.902 m3.

Agradecimentos

O autor Roberto G. Pereira agradece ao CNPq pelo apoio financeiro.

 

Referências Bibliográficas

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EcoDebate, 15/04/2014


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