SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA EM UM PRÉDIO RESIDENCIAL

1. RESUMO

O sistema de aproveitamento da chuva de telhados é uma fonte alternativa de água muito promissora, cuja demanda vem crescendo por influência da consciência sustentável, criação de leis municipais de incentivos fiscais, economia financeira e outros benefícios. Além disso, por força de lei essa prática já é obrigatória em diversas cidades do País. Por estes motivos, esse tema é de grande relevância para a atualidade. O presente trabalho tem por objetivo projetar tal sistema com a finalidade de analisar sua viabilidade técnica e econômica, bem como, desenvolver um roteiro básico para auxiliar futuros projetistas, abordando as normas técnicas e requisitos a serem seguidos. Para isto, utilizou-se como metodologia a pesquisa bibliográfica e índices referenciais de mercado. Considerou-se custos correntes para o município de Lajeado/RS e calculou-se o payback. O tempo de retorno do investimento do projeto estudado resultou em 9 anos e 5 meses e o roteiro desenvolvido resultou em uma grande contribuição para o mundo acadêmico e futuros projetistas. Além disso, conclui-se que a área de coleta e a demanda são os fatores que mais influenciam no dimensionamento, viabilidade técnica e econômica do sistema estudado. Como contribuição, ao considerar as características pluviométricas de Lajeado/RS, percebeu-se que a capacidade mensal de coletar chuva de telhados localizados nesta cidade, em m³, equivale a 10 % da sua área de coleta, em m². Além disso, observou-se que a demanda per capita mensal das bacias sanitárias equivale a uma coleta mensal de 10 m² de telhado para cada morador.

Palavras-chave: Coleta de água. Reuso. Água pluvial. Dimensionamento.

ABSTRACT

The rooftop rainwater harvesting system is an alternative and promissing source of water whose demand has been growing due to the influence of sustainability awareness, creation of tax incentive laws, financial savings and other benefits. Moreover, this practice is mandatory in several cities of Brazil. The present work aims to design a system for the purpose of analyzing the technical and economic feasibility, as well as to develop a basic roadmap to assist engineers and architects to develop a rooftop rainwater harvesting system, addressing the technical norms and requirements to be followed. For that purpose, the methodology used was bibliographic research and market indexes research. In addition, it was considered the current market costs for Lajeado/RS and then the payback period was calculated. The estimated payback period was 9 years and 5 months and the roadmap developed resulted in a great contribution to the academic world and future designers and engineers. In addition, it is concluded that the collection area and the demand are the factors that most influence the design, technical and economic feasibility of the studied system. As a contribution, when considering the pluviometric characteristics of Lajeado / RS, it was noticed that the monthly capacity to collect rain from roofs located in this city, in m³, is equivalent to 10% of its collection area, in m². In addition, it was observed that the per capita monthly demand of the sanitary basins is equivalent to a monthly collection of 10 m² of roof for each resident.

Keywords: Collection of water. Reuse.  Pluvial water. Scaling.

2. INTRODUÇÃO

Apesar de ser considerada um recurso renovável, a água vem se tornando cada vez mais escassa em diversos locais do planeta, sendo até mesmo motivo de conflitos em algumas regiões. De acordo com Hagemann (2009), essa escassez ocorre principalmente por causa do aumento populacional, atividades agrícolas e industriais, poluições e desperdícios. Diante deste cenário, intensificou-se a busca por fontes alternativas de água em todo mundo, dentre estas soluções, destaca-se um método simples e eficiente que está ao alcance de todos: o aproveitamento da água de chuva de superfícies de telhados, que além de combater a escassez hídrica, gera economia de água potável, colabora para a sustentabilidade e ajuda a amenizar enchentes, que é o principal motivo de seu uso em grandes cidades. Além disso, este método requer um tratamento simples e econômico visto que a água da chuva já possui uma qualidade razoável. Por esses motivos, trata-se de uma fonte alternativa de água muito promissora, cuja demanda só tende a aumentar com o passar dos anos e, com isso, aumentar a demanda por arquitetos e engenheiros, que precisam estar preparados se quiserem aproveitar tal oportunidade.

Importante destacar que o aproveitamento de água da chuva no Brasil é permitido apenas para usos não potáveis, desde que as diretrizes da NBR 15527 (ABNT, 2007) sejam atendidas. Ressalta-se ainda, que por força de lei essa prática é obrigatória em diversas cidades do País, inclusive em Lajeado/RS, cujo código de obras, especificamente o artigo 170, obriga empreendimentos com telhados superiores a 200m² a possuírem sistemas de aproveitamento de água da chuva para fins não potáveis. Além de leis como estas, existem também incentivos por parte de alguns municípios, como exemplo pode-se citar a isenção ou descontos no pagamento do IPTU, que de acordo com Rodrigues (2010), há uma década atrás o sistema já havia sido implantado em 55 cidades do Brasil.

Segundo USP (1999 apud TOMAZ, 2005), a descarga sanitária é responsável por 29% do consumo de água em uma habitação brasileira. Deste modo, pode-se dizer que o uso da chuva para esta finalidade contribui, de forma significativa, para economia de água potável e sustentabilidade.

A viabilidade econômica e técnica de um sistema de aproveitamento de água da chuva deve ser a primeira questão a ser analisada, afinal, estas definem se o sistema será implementado ou não. Para isso, recomenda-se analisar a relação existente entre capacidade de coleta e demanda, afinal, não é necessário uma grande área e grande reservatório para coleta de água se a demanda for pequena, bem como, ter uma demanda grande com capacidade de coleta pequena não gerará economia significativa. Ou seja, demanda e capacidade de coleta devem estar adequadas para construir um sistema que não seja subutilizado (grandes reservatórios para pequena demanda), e que, ao mesmo tempo, possibilite uma boa economia e consequentemente um menor tempo de retorno financeiro do investimento.

De modo geral, o presente trabalho irá abordar os requisitos necessários ao projeto, dimensionamento, tratamento e estudo de viabilidade técnica e econômica de um sistema de aproveitamento de água da chuva, desenvolvendo também um roteiro básico, contendo as normas técnicas e requisitos a serem seguidos, com o intuito de auxiliar futuros projetistas e contribuir para o mundo acadêmico. Além disso, os resultados obtidos neste trabalho serão analisados e comparados com trabalhos semelhantes, visando analisar a diferença entre os métodos adotados, as variáveis de projeto que mais influenciam nos resultados e como estas se comportam em situações diferentes, bem como, analisar até que ponto os critérios adotados pelos projetistas podem influenciar no resultado de projetos semelhantes.

2.1. Objetivos

2.1.1. Objetivo geral

O presente trabalho tem por objetivo geral projetar um sistema de aproveitamento de água da chuva, com a finalidade de analisar a viabilidade técnica e econômica do mesmo, para um edifício residencial localizado em Lajeado/RS.

2.1.2. Objetivos específicos

- Identificar as características pluviométricas da cidade de Lajeado/RS.

- Dimensionar calhas, condutores e reservatórios, além de propor um sistema de tratamento para a chuva coletada.

- Desenvolver os projetos hidráulico, de drenagem e tratamento para a água coletada.

- Calcular o tempo de retorno do investimento, a partir do payback simples e payback descontado.

- Desenvolver um roteiro básico de dimensionamento de projetos de captação de água da chuva de telhados, contendo as normas técnicas e requisitos a serem seguidos, a fim de auxiliar os profissionais no dimensionamento destes sistemas.

- Analisar os resultados obtidos e estabelecer comparativos com trabalhos semelhantes de dimensionamento de sistemas de captação de água da chuva, projetados para edificações na cidade de Lajeado/RS.

2.2. Delimitações da pesquisa

O presente trabalho delimita-se em estudar apenas os sistemas que coletam chuva de telhados, para uso específico em descargas de bacias sanitárias.

2.3. Justificativas

A ideia de realizar um trabalho relacionado ao aproveitamento da chuva, derivou de uma necessidade global e de uma crescente demanda por esta fonte alternativa de água, influenciada pela consciência sustentável, pelos benefícios que esta prática possibilita e pela criação de leis municipais. Como exemplo de leis municipais pode-se citar o Código de Obras de Lajeado/RS, especificamente o artigo 170. Como exemplo de benefícios pode-se citar a economia de água potável, isenção ou descontos no IPTU (dependendo do município) e sustentabilidade. Além disso, tal prática ajuda a amenizar enchentes e requer um tratamento simples e econômico, visto que a água pluvial já possui uma qualidade razoável (HAGEMANN, 2009). Por estes motivos, esse tema é de grande relevância para a atualidade e trata de uma fonte alternativa de água muito promissora, cuja demanda só tende a aumentar com o passar dos anos e, com isso, aumentar a demanda por arquitetos e engenheiros, que precisam estar preparados se quiserem aproveitar tal oportunidade. Diante disso, resolveu-se criar este trabalho para aprimorar o conhecimento na área, bem como, contribuir para àqueles que buscam o mesmo.

Ressalta-se que no desenvolver do presente trabalho, encontrou-se muita dificuldade pelo fato das informações estarem bastante dispersas nas referências consultadas, o que demandou muito esforço e tempo de pesquisa. Diante disso, reconheceu-se a necessidade de desenvolver um roteiro, contendo as normas técnicas e requisitos a serem seguidos, com o intuito de auxiliar futuros projetistas e contribuir para o mundo acadêmico.

No princípio o trabalho foi projetado para reutilizar água da chuva em bacias sanitárias, rega de jardim, limpeza de pisos e lavagem de carros, entretanto, ao se dar conta que isso demandaria uma quantidade de água imensamente superior à capacidade de coleta do telhado, resolveu-se delimitar o uso apenas para descargas de bacias sanitárias.

Optou-se por delimitar o estudo em sistemas que coletam chuva de telhados por serem fáceis de compatibilizar em qualquer empreendimento (TOMAZ, 2010), além disso, possuem boa aceitação no mercado e possibilitam uma água de qualidade razoável, diferentemente da chuva coletada em pisos ou jardim, que tem qualidade relativamente inferior e pouca aceitação (HAGEMANN, 2009).

Procurou-se também analisar os resultados obtidos e estabelecer comparativos com trabalhos semelhantes, para que desta forma, fosse possível analisar as diferenças entre os métodos adotados, as variáveis de projetos que mais influenciam nos resultados e como estas se comportam em situações diferentes, bem como, analisar até que ponto os critérios adotados pelos projetistas podem influenciar no resultado de projetos semelhantes.

A ideia de projetar uma estação de tratamento compacta e subterrânea, foi desenvolvida para atender a uma necessidade atual dos prédios residenciais já executados, que apresentavam dificuldades de falta de espaço para comportar tais elementos.

Em vista destas justificativas, considerou-se que o assunto proposto possui caráter relevante, bem como, atende às necessidades reais da sociedade. Diante disso, resolveu-se através deste trabalho facilitar e incentivar o uso desta fonte alternativa de água, bem como, contribuir para o desenvolvimento e solidificação desta prática sustentável.

3. REFERENCIAL TEÓRICO

3.1. A chuva

3.1.1. Medição

A unidade de medida pluvial, denominada milímetro de chuva, corresponde a precipitação de 1 litro por metro quadrado e pode ser medida por pluviômetros, conforme Figura 1.

Figura 1 – Definição da unidade de medida pluvial

Fonte: Metrópole (2013, texto digital).

A Intensidade pluviométrica pode ser definida como sendo o volume de chuva dividido por sua duração. Para fins de projeto de coberturas, este resultado deve ser analisado durante 5 anos para uma duração de chuva fixa de 5 minutos, sendo que a intensidade adotada deve ser aquela que só é igualada ou ultrapassada uma vez no decorrer deste período (NBR 10844, ABNT, 1989).

3.1.2. Características pluviométricas da cidade de Lajeado/RS

As características pluviométricas da cidade de Lajeado podem ser obtidas no portal da HidroWeb (ANA, 2019), uma ferramenta integrante do Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos (SNIRH), que fornece acesso ao banco de dados coletados pela Rede Hidrometeorológica Nacional (RHN), coordenado pela Agência Nacional de Águas (ANA). O levantamento desses dados é antigo, indo de 1939 até 1980, entretanto, possui grande credibilidade por apresentar 39 anos de pesquisa e estar de acordo com os critérios da Organização Meteorológica Mundial (OMM), que exige no mínimo 30 anos de apuramentos estatísticos (INMET, 2010). Esses dados podem ser visualizados no Anexo A, que indica uma média de chuva mensal de 121,4 mm e anual de 1457 mm para o município de Lajeado/RS. Já o Núcleo de Informações Hidrometereológicas da Univates, que possui uma estação pluviométrica no campus Universitário, possui dados mais atualizados e detalhados, porém apenas do período compreendido entre 2003 e 2019 (UNIVATES, 2019), conforme pode ser visualizado no Anexo B.

3.2. Aproveitamento de águas pluviais

3.2.1. Usos e previsão de consumo

Segundo a NBR 15527 (ABNT, 2007), a água da chuva pode ser utilizada apenas para fins não potáveis, como por exemplo, rega de jardim, descarga de bacias sanitárias, limpeza de ruas e calçadas, lavagem de veículos, espelhos d’água, irrigação e usos industriais. O presente trabalho aborda apenas o uso para descargas de bacias sanitárias, cujo consumo per capita pode ser visualizado na Tabela 1, conforme Gonçalves (2009).

Tabela 1 – Demanda de água para descarga de bacias sanitárias

Fonte: Gonçalves (2009, p. 129).

A porcentagem de água consumida para cada atividade doméstica no Brasil pode ser visualizada na Tabela 2.

Tabela 2 – Média de consumo residencial de água no Brasil

Fonte: USP (1999 apud TOMAZ, 2005, p. 53).

Observa-se na Tabela 2, que a descarga sanitária é responsável por 29% do consumo de água em uma habitação brasileira. Deste modo, pode-se dizer que o uso da chuva para esta finalidade contribui, de forma significativa, para economia de água potável e sustentabilidade.

3.2.2. Requisitos para o uso da chuva em descarga de bacias sanitárias

Os requisitos para o uso da chuva em descarga de bacias sanitárias podem ser visualizados na Tabela 3, que estabelece os padrões de qualidade conforme NBR 15527 (ABNT, 2007).

Tabela 3 – Requisitos para o uso da chuva em descarga de bacias sanitárias

Fonte: NBR 15527 (ABNT, 2007, p. 4).

Para um melhor entendimento da Tabela 3, segue a definição de seus parâmetros:

Coliformes: representa um grupo de bactérias e são indicadores de contaminação fecal, sendo que algumas espécies são patogênicas (BUDEL, 2014).

Cloro residual livre: refere-se ao cloro que fica “livre” na água (MAY, 2009).

Turbidez: representa a redução da transparência da água devido à presença de sólidos suspensos. Um valor elevado de turbidez pode servir de abrigo para microrganismos e diminuir a ação do cloro na desinfecção (HAGEMANN, 2009).

Cor: a coloração da água é formada principalmente pela presença dos sólidos dissolvidos. A cor começa a ser percebida a partir de 10 a 15Uh (TOMAZ, 2005).

pH: é uma medida que define se a água é ácida ou alcalina. Valores baixos de pH favorecem a corrosividade das tubulações e valores elevados podem gerar incrustações nas mesmas (HAGEMANN, 2009).

3.3. Etapas de projeto

A água pluvial deve passar por uma sequência de etapas antes de poder ser aproveitada. Para Tomaz (2010), é altamente recomendável adotar as etapas da Figura 2, sempre que o uso pretendido for em descarga de bacias sanitárias, para garantir a qualidade da água e a saúde do usuário.

Figura 2 – Esquema das etapas percorrida pela chuva no sistema

Fonte: Do autor (2018).

A definição das etapas da Figura 2 e suas respectivas normas podem ser visualizadas no Quadro 1.

Quadro 1 – Definição das etapas de um sistema de aproveitamento de águas pluviais e suas respectivas normas vigentes

Fonte: Do autor (2018).

Em relação a filtração, a NBR 15527 (ABNT, 2007) não entra em detalhes, apenas exige o uso de dispositivos filtrantes. Já Tomaz (2010), recomenda filtrar a água pluvial em duas etapas, conforme Figura 3.

Figura 3 – Etapas de filtração da água da chuva

Fonte: Adaptado Group Raindrops (1995, apud OLIVEIRA, 2007) e Ecocasa (2018). 

Além da filtragem, a NBR 15527 (ABNT, 2007) exige descartar os 2 primeiros milímetros da chuva inicial, em outras palavras, exige descartar os 2 primeiros litros precipitados em cada metro quadrado de telhado, pelo fato deste ser o volume de chuva responsável por “lavar” a superfície de captação e, por conta disso, com maior teor de contaminantes. Tomaz (2010) complementa que este volume a ser descartado corresponde aos primeiros 5 a 10 minutos de precipitação. Tal procedimento pode ser executado através de um reservatório de descarte, que armazena a água de pior qualidade e conduz a água de melhor qualidade automaticamente para o reservatório inferior, conforme Figura 4.

Figura 4 – Reservatório de descarte

Fonte: Adaptado de Gonçalves (2009).

Segundo Gonçalves (2009), a esfera flutuante dificulta que as partículas suspensas, contidas no reservatório de descarte, sejam conduzidas até o reservatório inferior, visto que a passagem de água é interrompida pela esfera ao chegar no topo do reservatório de descarte, conforme pode ser visualizado na Figura 4.

O reservatório inferior deve conter extravasor, dispositivo de esgotamento, cobertura, inspeção, ventilação e segurança, conforme NBR 12217 (ABNT, 1994). Além destes, a NBR 15527 (ABNT, 2007) recomenda adotar dispositivos especiais para melhorar a qualidade da água armazenada, conforme Figura 5.

Figura 5 – Sifão ladrão, mangueira boia e freio d’água

Fonte: Adaptado de Ecosoli (2018).

A desinfecção objetiva eliminar os micro-organismos patogênicos e, de acordo com a NBR 15527 (ABNT, 2007), pode ser realizada através de derivado clorado, ozônio, raios ultravioletas e outros, a critério do projetista, entretanto, quando optar por derivado clorado, a norma exige um teor de cloro residual livre entre 0,5 a 3 mg/L. May (2009) explica que Isso é necessário pois os respingos, gerados pelo uso do vaso, podem entrar em contato com o usuário e prejudicar sua saúde, tanto pela presença de micro-organismos patogênicos, quanto pela ocorrência de um teor de cloro residual livre acima de 3 mg/L.

Vale ressaltar que a turbidez da água origina o “efeito escudo” sobre os micro-organismos, protegendo os mesmos da ação do desinfetante (HAGEMANN, 2009), por isso, é importante que tal parâmetro seja reduzido ao máximo antes da etapa de desinfecção, o que pode ser realizado, segundo a NBR 15527 (ABNT, 2007), através do descarte da chuva inicial e uso dos dispositivos da Figura 5.

Após a desinfecção, a água é conduzida até o reservatório superior, que deve conter extravasor, dispositivo de esgotamento, cobertura, inspeção, ventilação e segurança, conforme NBR 12217 (ABNT, 1994), além de ser equipado com um sistema de válvula solenoide, conforme NBR 15527 (ABNT, 2007). O sistema de válvula solenoide consiste em uma válvula acionada eletricamente e comandada por uma boia de nível, que permite a entrada de água tratada da rede pública quando o nível mínimo no reservatório pluvial for atingido. Recomenda-se adotar como nível mínimo o valor correspondente a 30% da capacidade do reservatório (TOMAZ, 2010). Deste modo, os vasos não deixam de ser abastecidos em casos de falta de chuva, ou em casos onde a demanda de água for superior à capacidade de coleta do sistema. Quando utilizar o sistema de válvula solenoide, de acordo com a NBR 15527 (ABNT, 2007), deve-se adotar também dispositivos que impeçam a conexão cruzada. Para isso, recomenda-se projetar o reservatório de água potável acima do reservatório de água pluvial, de modo a possibilitar a realimentação por gravidade (MAY, 2004), sendo que o tubo de realimentação deve estar 5 cm acima do reservatório pluvial (NBR 5626, ABNT, 1998), conforme ilustrado na Figura 6.

Figura 6 – Sistema de realimentação por gravidade com válvula solenoide

Fonte: Do autor (2019).

Caso o projeto não permita a elevação do reservatório de água potável em relação ao reservatório de água pluvial, é possível realizar esta realimentação com o uso de moto-bombas, conforme Figura 7.

3.4. Figura 7 – Sistema de realimentação com bombas e válvula solenoide

Fonte: Do autor (2019).

O sistema de bombeamento pode ser definido como o conjunto de tubulações, moto-bombas e acessórios necessários para transportar a água da cisterna até o reservatório superior. De acordo com a NBR 5626 (ABNT, 1998), este sistema é composto por três partes:

• Tubulação de sucção: constituída pela tubulação que liga a cisterna à bomba, incluindo assessórios como válvula de pé e crivo.
• Conjunto elevatório: constituído pelas moto-bombas.
• Tubulação de recalque: constituída pela tubulação que liga a bomba ao reservatório superior, incluindo acessórios como válvula de retenção e registro gaveta.

Um exemplo deste sistema pode ser visualizado na Figura 8.

Figura 8 – Componentes do sistema de bombeamento

Fonte: Adaptado de NBR 12214 (ABNT, 1992) e Soares (2012).

Após ser bombeada, a água fica armazenada no reservatório superior até ser solicitada pelas bacias sanitárias, que recebe a água através do sistema de distribuição, que pode ser definido como o conjunto de tubulações e acessórios necessários para transportar a água do reservatório até as bacias sanitárias.

Por fim, ressalta-se que todas tubulações e componentes de água pluvial, segundo a NBR 5626 (ABNT, 1998), devem ser claramente diferenciadas e independentes do sistema de distribuição de água potável, de modo a evitar a conexão cruzada. A definição de conexão cruzada, de acordo com a NBR 15527 (ABNT, 2007, p. 2), é “[...] qualquer ligação física através de peça, dispositivo ou outro arranjo que conecte duas tubulações das quais uma conduz água potável e a outra água de qualidade desconhecida ou não potável”.

3.4.1. Tempo de retorno do investimento

O payback descontado representa o período de tempo necessário para recuperar o investimento inicial, levando em consideração o custo de oportunidade do capital investido ou o valor do dinheiro no tempo, ou seja, atualiza os fluxos de caixa através de cálculos de desconto composto racional, utilizando como referência a taxa mínima de atratividade (CAMPOS, 2016). Taxa mínima de atratividade representa o custo de oportunidade do capital investido, podendo corresponder à taxa de aplicação na caderneta de poupança ou outro, a critério do investidor (PUCCINI; PUCCINIL, 2011).

No caso de um sistema de aproveitamento de águas pluviais, o investimento inicial seria o custo dos materiais somado ao custo da mão de obra, sendo atribuído a estes um BDI (Benefícios e Despesas Indiretas) a critério do projetista, e o fluxo de caixa seria a receita anual gerada pela economia de água potável. Desta forma, o payback descontado pode ser definido como o período de tempo necessário para que a economia de água potável recupere o investimento inicial, considerando uma taxa de atratividade a critério do investidor.

 Além do payback descontado, outro método muito utilizado para calcular o tempo de retorno do investimento é o payback simples, que considera a taxa mínima de atratividade igual a zero, não considerando desta forma o custo de oportunidade do capital investido, em outras palavras, não considerando o valor do dinheiro no tempo. Complementa-se que este método é utilizado por práticos ou leigos por possuir como vantagem a simplicidade, sendo recomendado apenas para planejamentos inferiores a 3 anos. Para planejamentos superiores a 4 anos, a resposta financeira deste método não tem credibilidade econômica, visto que desconsidera a remuneração do investimento no longo prazo, e calcula um tempo de retorno inferior ao valor verdadeiro (FERREIRA, 2009).

4. METODOLOGIA

4.1. Considerações iniciais

Este trabalho teve como principal método a pesquisa bibliográfica, principalmente normas técnicas (ABNT), e índices referenciais de mercado (SINAPI, CORSAN). Os documentos pesquisados, bem como as principais referências encontram-se resumidas no fluxograma da Figura 9. Mais detalhes sobre cada etapa contida nesta figura podem ser visualizados no decorrer deste capítulo. A partir de então, utilizou-se esta base para aplicação em projeto de empreendimento residencial na cidade de Lajeado.

A viabilidade técnica do sistema será comprovada a partir do dimensionamento e dos projetos, demonstrando que atende os requisitos e que é viável de ser implantado.

As características pluviométricas de Lajeado/RS foram definidas conforme capítulo 2.1.2 e podem ser visualizadas nos Anexos A e B.

Figura 9 – Resumo da metodologia do trabalho

Fonte: Do autor (2019).

4.2. Caracterização do prédio

O projeto do presente trabalho foi desenvolvido para um prédio residencial, localizado na Rua Piauí, 330, bairro São Cristóvão em Lajeado/RS. Trata-se do empreendimento denominado Titã, com área construída de 1118,69 m², composto por 15 apartamentos e 23 quartos dispostos em 4 andares. O projeto encontra-se em execução na etapa de acabamento e não foi projetado para comportar um sistema de aproveitamento de água da chuva. As plantas do prédio podem ser visualizadas no Anexo C e o projeto 3D na Figura 10.

Figura 10 – Projeto 3D do edifício Titã

Fonte: Engegold (2018,o digital).

4.3. Usos previstos para a água pluvial coletada

No presente trabalho considerou-se o uso da água pluvial apenas para descargas de bacias sanitárias, que totalizam 15 no projeto.

4.4. Previsão da demanda de água

Para calcular a demanda de água das bacias sanitárias, primeiro definiu-se a população de projeto, conforme Equação 1, em seguida estimou-se a demanda per capita, conforme Equação 2, e depois estimou-se a demanda total em função da demanda per capita, conforme Equação 3, com base nas recomendações de Gonçalves (2009).

População de projeto = número de quartos x 2                                         

Demanda per capita das bacias sanitárias= f x v x p         

Onde:

Número de quartos = 23

f = frequência de uso per capita da bacia sanitária (considerou-se 5 usos diário, conforme Gonçalves (2009))

v = volume de água por descarga (considerou-se 6 L, conforme Gonçalves (2009))

p = percentual de perda por vazamento (considerou-se 10%, conforme Gonçalves (2009))

Demanda diária total das bacias sanitárias = P x D                                

Onde:

P = população de projeto (conforme Equação 1)

D = demanda per capita das bacias sanitárias (conforme Equação 2)

Posteriormente, a previsão da demanda de água foi utilizada para dimensionar os reservatórios e calcular a vazão de recalque, conforme apresentado no decorrer da metodologia.

4.5. Dados pluviométricos utilizados no projeto

A média de precipitação pluviométrica mensal considerada foi 121,4 mm, conforme pesquisa apresentada no portal da Hidroweb (ANA, 2019), coordenado pela Agência Nacional de Águas (ANA). Este dado pode ser visualizado no Anexo A.

Como Lajeado/RS não possui valor de intensidade pluviométrica reconhecido pela NBR 10844 (ABNT, 1989), nem dados suficientes para calcular tal valor segundo seus critérios, adotou-se a intensidade pluviométrica de Caxias do Sul por ser a cidade mais próxima a satisfazer estas condições, ou seja, adotou-se 127mm/h. Este valor está apresentado no Anexo único da referida norma.

4.6. Determinação da área de coleta ou área de contribuição

O projeto conta com 5 áreas de contribuição, conforme Apêndice B, e todas foram calculadas conforme a Equação 4, recomendada pela NBR 10844 (ABNT, 1989). As variáveis desta equação podem ser visualizadas na Figura 11.

Figura 11 – Indicações para os cálculos da área de contribuição

 Fonte: NBR 10844 (ABNT, 1989, p. 5).

A=(a+h2)×b                                                                                                        

Onde:

As variáveis estão representadas na Figura 11.

Para determinar a área de contribuição que converge para a calha dos fundos, considerou-se apenas as áreas que nela desaguam, ou seja, considerou-se as áreas 1, 2 e 3 do Apêndice B. Por motivos de semelhança adotou-se o mesmo resultado para a calha da frente.

Após calcular todas áreas de contribuição, as mesmas foram somadas para calcular a área de contribuição total do prédio e, posteriormente, este resultado foi utilizado para calcular a capacidade de coleta do sistema.

4.7. Capacidade de coleta do sistema

4.8. A capacidade de coleta do sistema foi calculada conforme a Equação 5, recomendada pela NBR 15527 (ABNT, 2007):

V=P X A X C X ηfator de captação                                                                             

Onde,

V = o volume mensal de água pluvial coletada, em L

P = precipitação média mensal (adotou-se 121,4mm, conforme capítulo 3.5)

A = área de coleta, em m² (conforme capítulo 3.6);

C = coeficiente de escoamento superficial da cobertura ou coeficiente de Runoff (adotou-se 0,95 conforme recomendação de Tomaz (2010)).

ηfator de captação = coeficiente de eficiência do sistema de captação (Adotou-se 0,90 pelo fato do sistema contar com um dispositivo de descarte da chuva inicial, conforme Tomaz (2010)).

4.9. Vazão de projeto das calhas

A vazão de projeto das calhas foi calculada conforme a Equação 6, recomendada pela NBR 10844 (ABNT, 1989).

Q=I x A60                                                                                                                   

Onde:

Q = vazão de projeto, em L/min;

I = intensidade pluviométrica, em mm/h (adotou-se 127mm/h, conforme capítulo 3.5)

A = área de contribuição, em m² (foi considerado apenas as áreas que desaguam na calha analisada, conforme capítulo 3.6);

Posteriormente, este resultado foi utilizado para dimensionar os condutores e as calhas do projeto.

4.10. Projeto e dimensionamento das calhas

As calhas foram dimensionadas conforme a NBR 10844 (ABNT, 1989) da seguinte maneira: primeiro estipulou-se uma seção para a calha, conforme Apêndice B, em seguida calculou-se a vazão máxima da mesma, conforme Equação 7, e depois foi verificado se a vazão máxima da calha atende a vazão de projeto.

Q= k . S 3Rh2 . √in                                                                                                         

Onde:

Q = vazão da calha em L/min

k = 60000 (conforme NBR 10844 (ABNT, 1989))

n = coeficiente de rugosidade do material (TABELA 4)

S = área da seção molhada (m²)

P = perímetro molhado

R_h = S/P = raio hidráulico (m)

i  = declividade da calha (m/m)

Tabela 4 – Coeficiente de rugosidade para dimensionamento de calhas

Fonte: NBR 10844 (ABNT, 1989, p. 6).

4.11. Projeto e dimensionamento dos condutores verticais

Os condutores verticais foram projetados conforme Apêndice B e dimensionados conforme Tabela 5, recomendada por PCC-USP (2006, apud FRANÇA 2011), que considera a vazão máxima do condutor vertical em função de uma taxa de ocupação de 30%, para evitar que o regime de escoamento seja forçado e o conforto acústico prejudicado. Neste método o dimensionamento é tabelado em função da vazão de projeto das calhas.

Tabela 5 – Vazão máxima de condutores verticais em função da taxa de ocupação

Fonte: PCC-USP (2006, apud FRANÇA, 2011, p. 30

Posteriormente, calculou-se a vazão de projeto de cada condutor vertical, dividindo a vazão de projeto da calha pelo número de condutores que dela derivam, e utilizou-se estes resultados para dimensionar os condutores horizontais.

4.12. Projeto e dimensionamento dos condutores horizontais

As tubulações foram projetadas enterradas e com caixas de inspeção sempre que houve conexões com outra tubulação, mudança de declividade, mudança de direção ou a cada trecho de 20 m nos percursos retilíneos, além disso, os desvios foram projetados com curvas de 90^o de raio longo (NBR 10844, ABNT, 1989), conforme pode ser visualizado no Apêndice B. O dimensionamento destes condutores foi realizado conforme Tabela 6, cujas variáveis foram definidas da seguinte maneira:

- Coeficiente de rugosidade (n) = 0,011 (TABELA 4).

- Inclinação = entre 0,5% a 4% (a critério do projetista).

- Vazão = vazão máxima dos condutores horizontais (TABELA 6).

Neste método o dimensionamento é tabelado em função da vazão de projeto do condutor analisado. Como a vazão de projeto varia de acordo com o trecho da tubulação, a mesma foi dividida e dimensionada em trechos, conforme Apêndices B e H, que apresentam a identificação e o dimensionamento dos trechos, respectivamente.

Tabela 6 – Capacidade dos condutores horizontais de seção circular (vazões em L/min)

Fonte: NBR 10844 (ABNT, 1989, p. 9).

O diâmetro de 125 mm foi desconsiderado do dimensionamento pelo fato deste não ser comercializado na região do presente projeto.

4.13. Projeto e dimensionamento do reservatório de descarte da chuva inicial

O reservatório de descarte foi projetado conforme Apêndice C e dimensionado conforme a equação 8, recomendada pela NBR 15527 (ABNT, 2007).

V=A . 2mm                                                                                                             

Onde,

V = volume inicial de água a ser descartado em metros

A = área de contribuição em m² (conforme capítulo 3.6)

4.14. Projeto dos reservatórios

Ambos reservatórios foram projetados com extravasor, cobertura e inspeção, conforme NBR 12217 (ABNT, 1994), além disso, a cisterna foi projetada com dispositivos de freio d’água, sifão-ladrão e mangueira boia, conforme Figura 5, e o reservatório superior com um sistema de válvula solenoide, conforme Figura 12. Mais detalhes podem ser visualizados nos Apêndices B, C, D e E.

Figura 12 – Sistema de válvula solenoide composto por válvula solenoide, dispositivo elétrico e boia de nível

 

Fonte: Ecocasa (2019, texto digital).

O sistema de válvula solenoide, apresentado na Figura 12, será ajustado para permitir a entrada de água tratada da rede pública quando o nível mínimo no reservatório pluvial superior for atingido. Adotou-se como nível mínimo o valor correspondente a 30% da capacidade do reservatório, conforme recomendação de Tomaz (2010). Além disso, o reservatório de água potável foi projetado acima do reservatório de água pluvial para possibilitar que o sistema seja realimentado por gravidade (MAY, 2004), sendo que o tubo de realimentação foi projetado 5 cm acima do reservatório de água pluvial, para evitar a conexão cruzada (NBR 5626, ABNT, 1998). Estes detalhes podem ser visualizados no Apêndice E.

4.15. Dimensionamento dos reservatórios

Os reservatórios foram dimensionados de modo a possuírem uma capacidade de armazenagem igual ou superior a dois dias de consumo, sendo armazenado 3/5 no reservatório inferior e 2/5 no reservatório superior (NBR 5626, ABNT, 1998). Adotou-se volumes comerciais ligeiramente superior aos volumes calculados.

4.16. Sistema de bombeamento

Para transportar a água da cisterna para o reservatório superior projetou-se um sistema de bombeamento, conforme NBR 12214 (ABNT, 1992). Este sistema conta com duas moto-bombas de recalque com funcionamento alternado, para evitar interrupções no abastecimento de água caso uma estrague ou apresente falhas, e foi projetado para funcionar de modo automático conforme o nível de água nos reservatórios (NBR 5626, ABNT, 1998).

O dimensionamento do sistema de bombeamento foi realizado conforme o seguinte procedimento:

1) calculou-se a vazão de recalque, conforme Equação 9 (p. 44)

2) dimensionou-se a tubulação de recalque, conforme Equação 10 (p. 44)

3) determinou-se a altura manométrica de projeto, conforme capítulo 3.15.3

4) dimensionou-se as moto-bombas, conforme Equação 12 (p. 48).

5) majorou-se a potência calculada, conforme a Tabela 7

Tabela 7 – Acréscimo de potência recomendável

Fonte: Azevedo Neto (1998, apud TOMAZ, 2010, p. 41).

O sistema de bombeamento e a locação de seus elementos foram projetados conforme Apêndice D e E.

4.16.1. Cálculo da vazão de recalque

A vazão de água que passa na tubulação de recalque, denominada vazão de recalque, foi determinada de modo a possibilitar a elevação da demanda diária total em 5 h de funcionamento da bomba, estando de acordo com a NBR 5626 (ABNT, 1998), que exige um funcionamento máximo de 6,66 h/dia. Ainda segundo a norma, a vazão de recalque foi calculada conforme Equação 9:

QR= CdT.3600 (m3s)                                                                                                      

Onde:

Q_R = vazão de recalque ou vazão a ser bombeada em m³/s

C_d = consumo diário em m³ (conforme Equação 3, p. 34)

T = tempo de funcionamento da bomba em horas (adotou-se 5 horas)

Posteriormente, a vazão de recalque foi utilizada para dimensionar a tubulação de recalque.

4.16.2. Dimensionamento da tubulação recalque

A tubulação de recalque foi dimensionada conforme a Equação 10, recomendada pela NBR 5626 (ABNT, 1998).

Dr=1,3 . Qr. 4X                                                                                                    

Onde:

D_r = diâmetro de recalque (m)

Q_r = vazão de recalque em m³/s (conforme Equação 9, p. 44)

X = carga horária do conjunto elevatório/24 horas (adotou-se 0,20, conforme NBR 5626 (ABNT, 1998))

Para a tubulação de sucção considerou-se um diâmetro ligeiramente superior à tubulação de recalque (NBR 5626, ABNT, 1998).

4.16.3. Altura manométrica do projeto

Depois de dimensionar a tubulação de recalque e sucção, determinou-se a altura manométrica do projeto, que foi calculada como sendo o desnível entre o nível mínimo da cisterna e o nível máximo do reservatório superior (altura geométrica), considerando as perdas de cargas totais, que correspondem a energia perdida pela água ao passar entre esses dois pontos (NBR 5626, ABNT, 1998), conforme o seguinte procedimento:

• Definiu-se a altura geométrica de projeto, ou seja, o desnível entre o nível de água mínimo da cisterna e o nível de água máximo do reservatório superior, conforme Apêndice D.
• Calculou-se a perda de carga nas conexões plásticas através do Quadro 2, recomendado pela NBR 5626 (ABNT, 1998), que converte a perda de carga nas conexões em comprimentos equivalentes da tubulação.
• Somou-se o resultado da etapa 1 com o resultado da etapa 2.
• Calculou-se a perda de carga unitária nos tubos plásticos através da Equação 11 (p. 48), recomendada pela NBR 5626 (ABNT, 1998). O valor encontrado foi multiplicado por 0,10 para converter a unidade de medida de KPa/m para mca/m.
• Multiplicou-se o resultado da etapa 4 pelo resultado da etapa 3.
• Somou-se o resultado da etapa 5 com o resultado da etapa 1.

Quadro 2 – Perda de carga em conexões – comprimentos equivalentes para tubo liso (tubo de plástico, cobre ou liga de cobre)

Fonte: Adaptado de NBR 5626 (ABNT, 1998).

J=8,69 X 106 X Q1,75X d-4,75                                                             

Onde:

J = perda de carga unitária, em quilopascals por metro;

Q = vazão na seção em L/s (conforme Equação 9, p. 44)

d = diâmetro interno do tubo em mm (conforme Equação 10, p. 44)

Posteriormente, a altura manométrica foi utilizada para dimensionar as moto-bombas.

4.16.4. Dimensionamento das moto-bombas

Após definir a vazão de recalque e a altura manométrica, calculou-se a potência das moto-bombas em função destas, conforme Equação 12 de Azevedo Neto (2015):

P= γQr Hm7 5 η (CV)                                                                                                      

Onde:

P = potência do conjunto moto-bomba em cavalo vapor (CV)

γ = peso específico do fluido bombeado (para água = 1000 kg/m³)

Q_r = vazão de recalque do sistema em m³/s (conforme Equação 9, p. 44)

H_m = altura manométrica em metros (conforme Capítulo 3.15.3)

n = rendimento global do conjunto moto-bomba (adotou-se 0,65, conforme Azevedo Neto (2015))

4.17. Dimensionamento do sistema de distribuição

O sistema de distribuição foi projetado conforme os Apêndices D e E, bem como, dimensionado através do seguinte procedimento:

1) somou-se os pesos relativos de todos aparelhos conectados à tubulação analisada, com auxílio da Tabela 8, considerando que metade do reservatório atende a metade das colunas de distribuição (método de Hunter), desta forma, o peso relativo dos barriletes foi considerado como sendo metade do valor encontrado, e o peso das colunas de distribuição foi considerado na íntegra.

2) calculou-se a vazão da tubulação analisada em função do peso relativo calculado na etapa 1, conforme Equação 13 recomendada pela NBR 5626 (ABNT, 1998).

3) dimensionou-se as tubulações em função de suas vazões calculadas na etapa 2, com auxílio do ábaco de FAIR-WHIPLE-HSIA (FIGURA 13), considerando uma perda de carga fixa de 8% (método de Hunter).

Tabela 8 – Pesos relativos das bacias sanitárias

Fonte: Adaptado NBR 5626 (ABNT, 1998, p. 28).

Q=0,3 √ ∑ P                                                                                                           

Onde:

Q = vazão na coluna ou barrilete (L/s)

ΣP = somatório dos pesos relativos de todos os aparelhos conectados à tubulação analisada (TABELA 8).

Os dados utilizados no ábaco de FAIR-WHIPLE-HSIAO (FIGURA 13) foram:

- Perda de carga “J” = 0,08 (conforme método de Hunter)

- Vazão na tubulação analisada: conforme Equação 13 (p. 49)

Figura 13 – Ábaco de FAIR-WHIPLE-HSIAO utilizado para o dimensionamento da tubulação de distribuição

Fonte: Fair-Whiple-Hsiao (apud MACINTYRE, 2017, p. 33).

Foi adotado para colunas e barriletes um diâmetro comercial imediatamente acima do valor encontrado no ábaco de FAIR-WHIPLE-HSIAO (FIGURA 13).

4.18. Filtragem da água pluvial

Projetou-se telas de 6 a 13 mm nas calhas, para reter as sujeiras grosseiras, e um filtro comercial junto ao condutor horizontal, para reter as sujeiras finas que passarem pelas telas (TOMAZ, 2010). O esquema de funcionamento do filtro pode ser visualizado na Figura 14 e a locação do mesmo no Apêndice C.

Figura 14 – Modo de funcionamento do Filtro Twin JD50da marca 3P technick

Fonte: Adaptado de Ecocasa (2018).

É importante destacar que esta etapa de filtração não elimina os micro-organismos patogênicos existentes na água (protozoários, bactérias, vermes e vírus), para isso projetou-se uma etapa de desinfecção (NBR 15527, ABNT, 2007).

5. 3.18 Desinfecção

A etapa de desinfecção foi projetada com um clorador de passagem, cuja descrição pode ser visualizada na Figura 15 e a locação no Apêndice C.

Figura 15 – Clorador de passagem automático para água pluvial

 

Fonte: Adaptado EcoHouse (2019, texto digital).

Recomendou-se ajustar a válvula da Figura 15 para gerar um teor de cloro residual livre entre 0,5 a 3 mg/L (NBR 15527, ABNT, 2007), com auxílio de um kit para verificar se tal parâmetro está sendo atendido.

O clorador foi projetado na tubulação de recalque logo após as moto-bombas, conforme recomendação de Tomaz (2010), em vista disso, foi verificado se a vazão de trabalho do mesmo, informada na descrição do produto, atende a vazão de recalque recomenda pela NBR 5626 (ABNT 1998), calculada conforme Equação 9 (p. 44).

5.1. Tratamento

De modo geral, o tratamento da água pluvial foi projetado conforme as etapas da Figura 16. O projeto deste sistema pode ser visualizado no Apêndice C e mais detalhes nos capítulos anteriores.

Figura 16 – Etapas do tratamento da água pluvial

Fonte: Do autor (2019).

Ressalta-se que as etapas da Figura 16 têm por objetivo atender aos requisitos de qualidade estipulado pela NBR 15527 (ABNT, 2007), apresentados na Tabela 3.

5.2. Estudo da viabilidade econômica

O tempo de retorno do investimento foi calculado através de dois métodos: o payback simples e o payback descontado. Para isso, foi necessário antes calcular o valor total do investimento e a economia anual que o mesmo possibilitaria ao prédio.

O valor total do investimento foi calculado através da soma do custo dos materiais com o custo da mão de obra, sendo atribuído a estes um BDI de 25%.

O orçamento dos materiais foi calculado com auxílio da tabela SINAPI (Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil). Materiais como calhas e condutores, que já preexistiriam no projeto, foram desconsiderados. O orçamento da mão de obra foi estimado em função da carga horária dos serviços necessários, também com auxílio da tabela SINAPI (2019). Serviços de instalação de calhas e condutores, que já seriam contratados mesmo se o sistema de aproveitamento de água da chuva não fosse implementado, também foram desconsiderados. Mais detalhes podem ser visualizados no Apêndice F.

A economia anual de água potável foi calculada multiplicando o consumo anual de água pluvial do prédio pelo valor do m³ cobrado pela Companhia Rio-grandense de Saneamento (CORSAN, 2018), cuja tarifa era de R$ 7,28 em junho de 2019. conforme Anexo D.

O Payback simples foi calculado dividindo o valor do investimento pela economia anual de água, conforme Equação 14:

TRI = investimento inicialeconomia de água anual                                       

O payback descontado foi definido através de uma planilha elaborada no excell, conforme Apêndice G, que apresenta o fluxo de caixa ano a ano até que o saldo do investimento se torne positivo, possibilitando desta forma, a visualização do período em que o investimento foi recuperado. Importante destacar que neste método o valor da economia anual de água potável foi descontado com a taxa de 4,53% ao ano, através da Equação 15, para considerar o custo de oportunidade do capital investido na caderneta de poupança, conforme pesquisa realizada na Caixa Econômica Federal em março de 2019.

PV = FV(1+i)n    

Onde:

PV = valor presente

FV = valor futuro

i = taxa de desconto (custo do capital)

n = número de períodos

Analisou-se também a possibilidade de financiamento deste investimento junto à Caixa Econômica Federal, que no período de março de 2019, propôs 60 parcelas à uma taxa de 2,3%.

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados deste trabalho estão resumidos no fluxograma da Figura 17 e, para maiores detalhes, recomenda-se consultar a metodologia e o memorial de cálculo apresentado nos Apêndice G e H. As discussões dos resultados bem como comparações com trabalhos semelhantes podem ser visualizadas no decorrer deste capítulo.

Com o intuito de auxiliar futuros projetistas, desenvolveu-se um roteiro básico de dimensionamento de projetos de captação de água da chuva, contendo as normas técnicas e requisitos a serem seguidos, conforme Apêndice A, que foi criada a partir de toda pesquisa e elaboração dos projetos.

Figura 17 – Fluxograma com resumo dos resultados do trabalho

Fonte: Do autor (2019).

As referências de cada etapa do fluxograma da Figura 17 podem ser visualizadas no Quadro 3:

Quadro 3 – Resumo da metodologia adotada por etapas de projeto

Fonte: Do autor (2019).

6.1. Dados pluviométricos utilizados no projeto

Conforme apresentado ao longo do trabalho, os dados pluviométricos utilizados no projeto são a base para o dimensionamento e análise econômica do sistema, possuindo uma influência significativa nestes resultados, o que pode ser verificado no memorial de cálculo apresentado nos Apêndices G e H. Por isso, tais informações devem ser criteriosamente selecionadas e possuírem uma fonte confiável. De acordo com o capítulo 3.5, a média de precipitação pluviométrica mensal adotada neste trabalho foi 121,4 mm e a intensidade pluviométrica adotada foi 127 mm/h.

6.2. Previsão da demanda de água para os vasos sanitários

A demanda per capita da bacia sanitária foi estimada conforme Equação 2 (p. 34), resultando em 33 L/dia ou 990 L/mês, que corresponde a 0,99 m³/mês. Logo, pode-se dizer que uma pessoa consome em média 1 m³ de água por mês em descargas de bacias sanitárias. Deste modo, para uma população de 46 pessoas, que é o caso do presente trabalho, a demanda de água mensal seria 46 m³, ou seja, a demanda mensal das bacias sanitárias em qualquer estabelecimento residencial, em m³, é igual à sua população. Vale ressaltar que esta observação se trata de uma estimativa.

A demanda diária total do prédio foi estimada conforme Equação 3 (p. 34), resultando em 1,5 m³. Em projetos semelhantes a este, Krutzmann (2016) estimou a demanda diária total em 1,95 m³ e Dalmoro (2018) em 8 m³. As variáveis que levaram a estes diferentes resultados podem ser visualizados na Tabela 9.

Tabela 9 – Demanda de água para bacias sanitárias, em função da população e do consumo per capita, de diferentes projetos

Fonte: Do autor (2019).

Percebe-se na Tabela 9, que a demanda calculada por Dalmoro (2018) se destacou pelo fato de seu projeto contar com uma população maior. Em relação ao consumo per capita, o presente trabalho adotou as recomendações de Gonçalves (2009) e os outros trabalhos analisados às de Tomaz (2010).

O consumo de água para 2 dias de consumo, utilizado como referência para o dimensionamento dos reservatórios, resultou em 3 m³.

6.3. Determinação da área de coleta

A área de coleta foi calculada conforme a Equação 4 (p. 36) e resultou em 212,43 m², sendo que 113,29 m² contribuem para cada calha.

Conforme pode ser visualizado na metodologia e no memorial de cálculo (APÊNDICE G e H), a área de coleta tem grande influência nos resultados do dimensionamento e viabilidade econômica do sistema estudado. Tal observação pode ser verificada no Quadro 4, que apresenta alguns resultados deste trabalho, e de outros semelhantes, em função da área de coleta.

Quadro 4 – Influência da área de contribuição de diferentes projetos

Fonte: Do autor (2019).

Conforme pode ser visto no Quadro 4, quanto maior for a área de coleta, maior é a vazão de projeto e maior é a capacidade de coleta do sistema, consequentemente, maior é a economia de água potável e menor é o tempo de retorno do investimento, partindo do pressuposto de que toda água coletada seja consumida, o que é típico para prédios que aproveitam chuva de telhados para uso em bacias sanitárias. Logo, pode-se dizer que a área de coleta é um fator decisivo para a viabilidade econômica do sistema estudado. O dimensionamento dos elementos também aumenta conforme aumenta a área de coleta, entretanto, as calhas e condutores dos projetos analisados resultaram semelhantes em virtude de possuírem áreas de coletas semelhantes. Diante disso, pode-se dizer que áreas de coleta semelhantes geram dimensionamentos semelhantes.

6.4. Capacidade de coleta do sistema

A capacidade de coleta do sistema foi calculada conforme Equação 5 (p. 37), resultando em 22 m³/mês. Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) estimou a capacidade de coleta em 38 m³/mês e Krutzmann (2016) em 28,5 m³/mês. As variáveis que levaram a estes diferentes resultados podem ser visualizados na Tabela 10.

Tabela 10 – Capacidade de coleta de diferentes projetos

Fonte: Do autor (2019).

Percebe-se na Tabela 10, que a área de coleta foi a variável que mais influenciou nos resultados. Em relação aos coeficientes adotados, o presente trabalho e o trabalho de Dalmoro (2018) seguiram as recomendações de Tomaz (2010) e Krutzmann (2016) não justificou seus critérios.

Ao considerar as características pluviométricas de Lajeado/RS, percebeu-se que a capacidade mensal de coletar chuva de qualquer telhado localizado nesta cidade, em m³, equivale aproximadamente a 10 % da sua área de coleta, em m². Ou seja, para coletar 1 m³ de chuva por mês, é necessário, levando em conta o município estudado, 10 m² de telhado.

Além disso, como discutido inicialmente, a demanda para uso sanitário é aproximadamente 1m³ por morador/mês. Este volume é gerado mensalmente a partir de uma área de coleta de 10m² de telhado, considerando o índice pluviométrico do município de Lajeado. Ou seja, para que a demanda de 1m³ seja atendida, é necessária uma área de 10m2 para cada morador. Estes resultados estão demonstrados no Apêndice H.

Percebeu-se também, ao analisar diversos projetos semelhantes publicados na literatura, que a capacidade de coleta de um prédio residencial, de modo geral, é insuficiente para atender sua demanda necessária, e isso se deve ao fato de haver uma população grande para uma área de coleta relativamente pequena, devido à verticalização do empreendimento. Tal observação pode ser verificada nos trabalhos de Dalmoro (2018) e Krutzmann (2016), bem como, no presente trabalho. Nestes casos, para evitar que as bacias sanitárias deixem de ser abastecidas, deve-se instalar junto ao reservatório superior um sistema de válvula solenoide, para permitir a entrada de água tratada da rede pública quando o nível mínimo no reservatório pluvial for atingido.

6.5. Projeto e dimensionamento das calhas

O projeto das calhas foi realizado em conformidade com a NBR 10844 (ABNT, 1989) e pode ser visualizado no Apêndice B.

A vazão de projeto das calhas e do telhado foram calculadas conforme a Equação 6 (p. 37), resultando em 239,79 L/min e 479,58 L/min respectivamente.

O dimensionamento das calhas foi realizado conforme a Equação 7 (p. 38), resultando em uma calha retangular de 20x10 cm com inclinação de 0,5%, conforme detalhamento apresentado no Apêndice B. Este dimensionamento possibilita à calha uma vazão de até 399,21 L/min, conforme Equação 7 (p. 38), que é superior à vazão de projeto calculada em 239,79 L/min, conforme Equação 6 (p. 37), portanto está de acordo com a NBR 10844 (ABNT, 1989). Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) também adotou uma calha retangular de 20x10 cm com inclinação de 0,5%, e Krutzmann (2016), uma calha semicircular com diâmetro de 20 cm e inclinação de 2%. Logo, ao comparar tais projetos com este, percebe-se que há uma coerência entre os resultados.

6.6. Projeto e dimensionamento dos condutores verticais e horizontais

O projeto dos condutores verticais foi realizado em conformidade com a NBR 10844 (ABNT, 1989) e pode ser visualizado no Apêndice B.

O dimensionamento dos condutores verticais foi realizado conforme a Tabela 5, resultando em 4 tubos de queda de 100 mm. Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) também adotou 4 tubos de queda de 100 mm e Krutzmann (2016), 4 tubos de queda de 150 mm, sendo que neste último os condutores foram superdimensionados.

Os condutores horizontais foram projetados enterrados e com caixas de inspeção sempre que houve conexões com outra tubulação, mudança de declividade, mudança de direção ou a cada trecho de 20 m nos percursos retilíneos, além disso, os desvios foram projetados com curvas de 90^o de raio longo, conforme recomendações da NBR 10844 (ABNT, 1989). Estes detalhes podem ser visualizados no Apêndice B.

O dimensionamento dos condutores horizontais foi realizado conforme Tabela 6, resultando em diâmetros de 100 e 150 mm com declividades de 0,5 e 1%. Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) adotou condutores horizontais de 100 mm, 150 mm e 200 mm com declividades de 1% e 2%, e Krutzmann (2016) adotou condutores de 150 mm e 200 mm com inclinação de 1%. Ou seja, ambos projetos citados apresentarem dimensionamentos semelhantes.

6.7. Projeto e dimensionamento do reservatório de descarte da chuva inicial

O reservatório de descarte foi projetado conforme Apêndice C e dimensionado conforme a Equação 8 (p. 41), resultando em 500 L. Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) dimensionou o reservatório de descarte com 750 L e Krutzmann (2016) com 470 L. Estes resultados foram definidos unicamente em função da área de coleta, visto que a NBR 15527 (ABNT, 2007) exige que seja descartado os 2 primeiros litros precipitados em cada metro quadrado de telhado, conforme pode ser visualizado na Tabela 11.

Tabela 11 – Volume de descarte, em função da área de coleta, de diferentes projetos

Fonte: Do autor (2019).

É possível verificar na Tabela 11, que quanto maior for a área de coleta, maior será o volume de água a ser descartado e, consequentemente, maior será o dimensionamento do reservatório de descarte.

6.8. Projeto e dimensionamento dos reservatórios

Os reservatórios foram projetados em conformidade com a NBR 12217 (ABNT, 1994) e NBR 15527 (ABNT, 2007), assim como, de acordo com os requisitos apontados no capítulo 3.13 deste trabalho. A locação e as características dos reservatórios podem ser visualizadas nos Apêndices B, C, D e E.

O dimensionamento dos reservatórios foi realizado conforme as recomendações da NBR 5626 (ABNT, 1998), apresentadas no capítulo 3.14, resultando em um volume de 2 m³ para o reservatório inferior e 2 m³ para o reservatório superior, totalizando 4 m³ de armazenamento. Ressalta-se que este resultado atendeu com folga ao critério da norma que recomenda uma capacidade mínima para 2 dias de consumo, calculado em 3 m³.

Ao analisar o resultado obtido e estabelecer comparativos com trabalhos semelhantes, conforme pode ser visualizado na Tabela 12, percebeu-se que o dimensionamento destes reservatórios é bastante influenciado pelos critérios adotados pelo projetista, afinal, além da NBR 15527 (ABNT, 2007) sugerir 6 métodos para o dimensionamento dos reservatórios de águas pluviais, a mesma permite que este dimensionamento fique a critério do projetista, desde que devidamente justificado. Além disso, existe ainda o método sugerido pela NBR 5626 (ABNT, 1998), que foi adotado neste trabalho. Diante dessas inúmeras metodologias, utilizadas para dimensionar reservatórios de águas pluviais, justifica-se a grande diferença de resultados encontrados entre um projeto e outro, mesmo estes sendo semelhantes ou idênticos.

Tabela 12 – Dimensionamento dos reservatórios, em função do consumo diário, de diferentes projetos

Fonte: Do autor (2019).

A escolha utilizada por Dalmoro (2018) e Krutzmann (2016) foi dimensionar os reservatórios de acordo com a capacidade de coleta mensal do sistema, conforme recomenda a NBR 15527 (ABNT, 2007). Como no presente trabalho o consumo de água é mais do que o dobro da capacidade de coleta do sistema, resolveu-se não superdimensionar o volume de armazenagem em relação a este consumo, visto que parte desta capacidade não seria aproveitada, em situações normais de chuva, e demandaria um volume maior de investimento financeiro e espaço para casos esporádicos. No caso do projeto estudado, a limitação física foi aspecto importante a ser considerado. Por esses motivos, optou-se em adotar reservatórios menores, entretanto, capazes de suprir 2,66 dias de consumo e, por isso, de acordo com a NBR 5626 (ABNT, 1998), que recomenda uma capacidade mínima para 2 dias de consumo. Além disso, ressalta-se que o dimensionamento adotado também atendeu a NBR 15527 (ABNT, 2007), que além de sugerir 6 métodos para o dimensionamento dos reservatórios pluviais, permite que este dimensionamento fique a critério do projetista, desde que devidamente justificado. Por fim, verificou-se que o volume de armazenagem adotado, com capacidade para 4 m³, é capaz de armazenar com folga o volume de água coletado pelo telhado em um dia típico de chuva em Lajeado/RS para o mês mais chuvoso, estimado em 2,15 m³, conforme demonstrado no Apêndice H.

6.9. Projeto e dimensionamento do sistema de bombeamento

O dimensionamento da tubulação de recalque foi realizado conforme Equação 10 (p. 44), resultando em 25 mm. Para a tubulação de sucção considerou-se um diâmetro ligeiramente superior à tubulação de recalque (NBR 5626, ABNT, 1998), ou seja, considerou-se 32 mm. O dimensionamento das moto-bombas foi realizado conforme Equação 12 (p. 48), resultando em uma potência de 0,5 CV. Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) e Krutzmann (2016) chegaram a estes mesmos resultados. A locação destas tubulações e das moto-bombas podem ser visualizadas nos Apêndice C, D e E.

6.10. Projeto e dimensionamento do sistema de distribuição da água pluvial para as bacias sanitárias

O projeto do sistema de distribuição foi elaborado em conformidade com a NBR 5626 (ABNT, 1998) e pode ser visualizado nos Apêndices D e E.

O dimensionamento do sistema de distribuição foi executado de acordo com o procedimento descrito no capítulo 3.16, resultando em uma tubulação de 32 mm para os barriletes e 25 mm para as colunas de distribuição.

Conforme pode ser visto no procedimento de cálculo apresentado no capítulo 3.16, o dimensionamento das colunas de água depende da quantidade de vasos conectados a estas. Tal afirmação pode ser verificada através dos resultados apresentados na Tabela 13, que apresenta o dimensionamento destas colunas, em função do número de vasos, de diferentes projetos.

Tabela 13 – Dimensionamento das colunas de água, em função do número de vasos, de diferentes projetos

Fonte: Do autor (2019).

A expressão coluna de água crítica, adotada na Tabela 13, representa a coluna de água que abastece o maior número de vasos. Ao analisar esta tabela, percebe-se que este trabalho se encontra em uma situação idêntica ao projeto de Krutzmann (2016), ou seja, ambas colunas de água críticas atendem a 4 vasos, entretanto, na primeira situação dimensionou-se a coluna com 25 mm e na segunda com 50 mm. Ao analisar tal situação, concluiu-se que esta última foi superdimensionada, prova disso pode ser visualizada no resultado obtido por Dalmoro (2018), que também dimensionou a coluna de água crítica com 50 mm, porém para atender a 74 vasos.

Ao analisar o trabalho de Dalmoro (2018), que projetou apenas uma coluna de água para atender aos 74 vasos do prédio, percebeu-se que o autor poderia ter adotado mais colunas de água visto que seu projeto conta com 5 shafts, desta forma, seria possível economizar com as ramificações e facilitar a execução do projeto.

6.11. Tratamento

Para realizar a filtragem projetou-se telas de 6 a 13 mm nas calhas, para reter as sujeiras grosseiras, e um filtro comercial próximo ao reservatório inferior, para reter as sujeiras finas que passarem pelas telas (TOMAZ, 2010). A especificação deste filtro pode ser visualizada na Figura 14 e a locação do mesmo no Apêndice C. Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) e Krutzmann (2016) adotaram um sistema de filtragem semelhante.

Para realizar a desinfecção projetou-se um clorador de passagem com válvula de regulagem, para aumentar ou diminuir a dosagem de cloro, e recomendou-se ajustar a mesma para gerar um teor de cloro residual livre entre 0,5 a 3 mg/L (NBR 15527, ABNT, 2007), com auxílio de um kit para verificar se tal parâmetro está sendo atendido. A especificação do clorador pode ser visualizada na Figura 15 e a locação do mesmo no Apêndice C. Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) e Krutzmann (2016) adotaram o mesmo sistema de desinfecção.

O tratamento adotado para a água pluvial foi projetado em uma sequência de 6 etapas. Dalmoro (2018) e Krutzmann (2016) também adotaram as mesmas etapas, entretanto em uma sequência diferente, como pode ser visualizado na Figura 18.

Figura 18 – Sequência de etapas do tratamento de águas pluviais de diferentes projetos

 

Fonte: Do autor (2019).

Ao analisar os projetos da Figura 18, percebe-se que as etapas de filtragem, destacadas em amarelo, se encontram em posições diferentes na sequência de etapas do tratamento, o que pode ser justificado pela diferença de métodos e filtros utilizados. Dalmoro (2018) e Krutzmann (2016) projetaram filtros para sedimentos finos junto à tubulação de recalque e logo após as moto-bombas, deste modo, as sujeiras não são impedidas de entrarem na cisterna e podem ser sugadas pelas moto-bombas, podendo obstruir o filtro. Enquanto que no presente trabalho projetou-se um filtro para sedimentos finos e grosseiros junto ao condutor horizontal que entra na cisterna, de modo a impedir que as sujeiras sejam armazenadas, com o diferencial de possibilitar um descarte automático diretamente na rede pluvial. Estes detalhes podem ser visualizados no Apêndice C e a especificação do filtro pode ser visualizada na Figura 14.

Outro ponto importante a destacar em relação à sequência de etapas da Figura 18, é que Dalmoro (2018) projetou a etapa de filtração após a etapa de desinfecção, o que segundo May (2009) é um erro visto que os sedimentos originam o “efeito escudo” sobre os micro-organismos, protegendo os mesmos da ação do desinfetante, portanto, antes da etapa de desinfecção estes devem ser eliminados na etapa de filtração. Logo, a sequência lógica de etapas seria filtração e depois desinfecção.

Apesar das etapas da Figura 18 estarem dispostas em uma sequência diferente e utilizarem sistemas de filtragem diferentes, de modo geral, pode-se dizer que a técnica utilizada foi semelhante, ou seja, ambas executaram a pré-filtragem com uso de tela nas calhas, desinfecção com clorador de passagem e a cisterna com dispositivos de freio da água e mangueira boia. Houve uma pequena diferença em relação ao reservatório de descarte, sendo que o presente trabalho adotou um dispositivo de vedação automático, conforme Figura 4, e os outros trabalhos analisados não adotaram vedação. Tal diferença, segundo Gonçalves (2009), influencia na qualidade da água visto que a vedação dificulta que partículas suspensas, contidas no reservatório de descarte, sejam conduzidas até a cisterna.

O projeto de tratamento deste trabalho, conforme pode ser visualizado no Apêndice C, foi planejado de modo a ser compacto e subterrâneo para atender a uma necessidade atual dos prédios residenciais já executados, que apresentavam dificuldades de falta de espaço para conceber tal projeto. Além disso, tal escolha não prejudicou a arquitetura e nem subtraiu vagas do estacionamento visto que foi projetada sob a área de circulação dos veículos, local estratégico por não possuir pilares, paredes e nem um outro empecilho que prejudique sua instalação e inspeção, podendo desta forma, ser compatibilizada em qualquer estacionamento.

6.12. Estudo da viabilidade econômica do sistema de captação de águas pluviais

Os valores dos materiais e da mão de obra foram calculados com auxílio da tabela SINAPI (2019), resultando em R$ 11.641,89 e R$ 2.866,24 respectivamente. A estes valores atribuiu-se um BDI (Benefício de Despesas Indiretas) de 25%, que resultou em R$ 3.627,03. Logo, o valor total do investimento foi calculado em R$ 18.135,16. Um resumo com estes valores pode ser visualizado na Tabela 14 e o orçamento completo no Apêndice F.

Tabela 14 – Resumo do valor total a ser investido

Fonte: Do autor (2019).

Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) calculou o investimento total do sistema em R$ 21.274,10 e Krutzmann (2016) em R$ 27.435,00. Esta diferença de resultados pode ser justificada pela diferença dos critérios adotados para calcular o quantitativo de materiais e a mão de obra, bem como, pelos índices referenciais de mercado, que variaram devido ao contexto temporal da pesquisa. Além disso, diferentemente dos trabalhos citados, o presente trabalho desconsiderou do orçamento os materiais que já preexistiam no projeto, bem como, a mão de obra que já estaria pré-contratada, como é o caso da instalação de calhas e condutores por exemplo, que já seriam instalados mesmo se o sistema de aproveitamento de água da chuva não fosse implementado.

6.12.1. Economia de água potável:

A economia mensal de água potável gerada pelo sistema de aproveitamento de água da chuva, conforme NBR 15527 (ABNT, 2007) e CORSAN (2018), foi estimada em R$ 160,16. Em projetos semelhantes a este, Dalmoro (2018) estimou a economia mensal de água em R$ 337,82 e Krutzmann (2016) em R$ 146,23. A diferença entre estes resultados pode ser justificada pela capacidade de coleta de cada projeto e pelos índices referenciais de mercado, que variaram devido ao contexto temporal da pesquisa, conforme pode ser visualizado na Tabela 15.

Tabela 15 – Economia de água mensal, em função da capacidade de coleta e do contexto temporal, de diferentes projetos

Fonte: Do autor (2019).

É possível verificar na Tabela 15, que a capacidade de coleta e o preço do m³ de água foram os fatores que levaram aos diferentes resultados de economia. Vale ressaltar que os projetos analisados foram desenvolvidos para a mesma cidade, portanto, as características pluviométricas não foi um fator que influenciou na diferença de resultados, visto que ambos projetos consideraram, para fins de estimativas, a mesma precipitação mensal.

Ao considerar as características pluviométricas de Lajeado/RS, percebeu-se que cada m² de telhado desta cidade é capaz de gerar uma economia mensal equivalente a 10% da tarifa cobrada pela concessionária de água, conforme demonstrado no Apêndice G. No caso do presente trabalho, cuja tarifa adotada foi R$ 7,28, a economia mensal por m² resultou em R$ 0,72. Ressalta-se que tal procedimento, além de facilitar a estimativa de economia, apresenta sempre um resultado atualizado visto que está em função da tarifa de água.

6.12.2. Tempo de retorno do investimento (TRI):

O tempo de retorno do investimento foi estimado por dois métodos diferentes. O método do payback descontado, conforme Apêndice G, resultou em 13 anos, e o método do payback simples, conforme Equação 14 (p. 54), resultou em 9 anos e 5 meses. Em projetos semelhantes a este, Krutzmann (2016) calculou o tempo de retorno do investimento em 16 anos e Dalmoro (2018) em 5 anos e 3 meses, ambos pelo método do payback simples. As variáveis que levaram a estes diferentes resultados podem ser visualizados na Tabela 16.

Tabela 16 – Tempo de retorno do investimento, em função do custo total e da economia anual de água, de projetos semelhantes

Fonte: Do autor (2019).

Percebe-se na Tabela 16, que o tempo de retorno do investimento de Dalmoro (2018) se destacou em virtude da economia de água que seu projeto possibilita, que por sua vez, se destacou pelo fato deste possuir uma área de coleta maior e uma tarifa de água mais elevada, conforme pode ser visualizado na Tabela 15.

Ressalta-se que o contexto temporal da pesquisa deve ser levado em conta ao analisar a viabilidade econômica de um sistema de aproveitamento de água da chuva, afinal, os índices referenciais de mercado da tabela SINAPI (2019), utilizada para calcular o valor do investimento, é atualizada mês a mês pela Caixa Econômica Federal. O mesmo pode ser dito em relação a tarifa de água, que também é atualizada no decorrer do tempo pela concessionária.

Além disso, vale ressaltar que a metodologia utilizada na Tabela 15 (método do payback simples), de acordo com Ferreira (2009), não possui credibilidade econômica pois não considera o custo de oportunidade do capital investido, em outras palavras, não considera o valor do dinheiro no tempo. Diante disso, recorreu-se a outro método que atendesse a tal critério, ou seja, o método do payback descontado, conforme Apêndice G, resultando em um tempo de retorno do investimento de 13 anos, que é 3,5 anos a mais do que o resultado encontrado pelo método do payback simples, mesmo apesar de ter sido considerado uma taxa de atratividade pequena, ou seja, 0,37% ao mês, que corresponde a taxa de aplicação na caderneta de poupança, conforme pesquisa realizada na Caixa Econômica Federal em março de 2019.

Sem sombra de dúvida, ao calcular o tempo de retorno do investimento (TRI) de um aproveitamento de água da chuva, por representar um período de longo prazo, deve-se dar preferência pelo método do payback descontado, além disso, é recomendado que o engenheiro se informe junto ao empreiteiro qual é a taxa de atratividade que o mesmo deseja adotar, afinal, este valor varia conforme o perfil do investidor. Se o cliente for um comerciário cujos investimentos rendem 10% ao mês, por exemplo, recomenda-se adotar como taxa de atratividade o valor de 10%.

Caso o empreiteiro necessite de financiamento para implementação deste sistema, realizou-se uma análise de financiamento deste sistema junto à Caixa Econômica Federal, que propôs 60 parcelas mensais à uma taxa de 2,3%, ou seja, 60 parcelas de R$ 560,28, que corresponde a R$ 37,35 por apartamento.

Por fim, ressalta-se que haverá uma valorização do imóvel por conta do sistema de reuso, porém isso depende de inúmeros aspectos de mercado que não foram considerados neste trabalho.

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Em relação a viabilidade econômica, concluiu-se que o sistema projetado apresenta um tempo de retorno do investimento relativamente longo. Entretanto, é necessário ressaltar que a contribuição que este sistema possibilita à humanidade vai muito além de economia financeira, afinal, trata-se também de uma medida que colabora para a sustentabilidade e ajuda a amenizar enchentes, motivos pelos quais inúmeras cidades do Brasil vem criando leis para obrigar esta prática.

Em relação a viabilidade técnica, pode-se dizer que a elaboração do projeto e dimensionamento, bem como a compatibilização do mesmo com o projeto existente, são possíveis de serem executados.

Além disso, ao analisar os resultados obtidos e estabelecer comparativos com trabalhos semelhantes, concluiu-se que a área de coleta e a demanda são os fatores que mais influenciam nos resultados do dimensionamento e viabilidade técnica e econômica do sistema estudado.

Concluiu-se também, ao analisar diversos trabalhos semelhantes publicados na literatura, que a capacidade de coleta de um prédio residencial geralmente é insuficiente para atender sua demanda, e isso se deve ao fato de haver uma população grande para uma área de coleta relativamente pequena, devido a verticalização do empreendimento. Diante disso, ressalta-se a importância de se adotar um sistema de válvula solenoide, que serve para realimentar o reservatório pluvial com água da rede pública quando necessário.

Como contribuição, ao considerar o índice pluviométrico do município de Lajeado/RS, percebeu-se que a capacidade mensal de coletar chuva de telhados localizados nesta cidade, em m³, equivale a 10 % da sua área de coleta, em m². Ou seja, para coletar 1 m³ de chuva por mês é necessário 10 m² de telhado. Neste sentido, a capacidade de coleta mensal de um telhado de 100 m², por exemplo, seria 10 m³. Além disso, observou-se que a demanda per capita mensal das bacias sanitárias equivale a uma coleta mensal de 10 m² de telhado, ou seja, para que a demanda de projeto seja atendida é necessário 10 m² de telhado para cada morador. Ressalta-se ainda que estas observações podem ser utilizadas para estimativas de qualquer telhado residencial de Lajeado/RS, visto que considerou as características pluviométricas desta cidade.

Ressalta-se também que roteiro desenvolvido para guiar as etapas de projeto de um sistema de aproveitamento da chuva de telhados, oferece grande contribuição para o mundo acadêmico e futuros projetistas. A contribuição foi resumida em um único quadro com os requisitos a serem seguidos de acordo com as normas técnicas, para facilitar a busca daqueles que ainda não tiveram contato com este tipo de sistema. Bem como, o roteiro busca contribuir para o desenvolvimento e solidificação de uma prática sustentável que beneficia a humanidade e o planeta.

Por fim, conclui-se que o sistema de aproveitamento da chuva de telhados é uma fonte alternativa de água muito promissora, cuja demanda só tende a aumentar com o passar dos anos e, com isso, aumentar a procura por arquitetos e engenheiros, que precisam estar preparados se quiserem aproveitar tal oportunidade.

8. REFERÊNCIAS

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8.0.3. ANEXO A – Índices pluviométricos históricos de Lajeado

Fonte: WidroWeb (2018).

8.0.4. ANEXO B – Características da precipitação de Lajeado/RS

Fonte: Adaptado núcleo de informações hidrometeorológicas da Univates (2019)

8.0.5. ANEXO C – Planta baixa do Subsolo, térreo e pavimento tipo

Fonte: EngeGold (2019, [arquivo particular]).

8.0.6. ANEXO D – Tarifa de água vigente da Companhia Riograndense de Saneamento (CORSAN)

Fonte: CORSAN (2018, texto digital).

8.0.7. APÊNDICE A – Roteiro de projeto de um sistema de aproveitamento de água da chuva

APÊNDICE B – Projeto de drenagem da água pluvial da cobertura e subsolo

 

8.0.8. APÊNDICE C – Projeto do sistema de tratamento do prédio

APÊNDICE D – Plantas e corte do sistema de distribuição que alimenta os vasos

APÊNDICE E – Detalhamento do sistema de realimentação do reservatório de água pluvial

APÊNDICE F – Orçamento necessário para a implementação do sistema de águas pluviais do edifício proposto

APÊNDICE G – Desenvolvimento dos resultados da análise econômica do sistema

Valor do investimento:

Conforme Apêndice F

Economia de água potável:

Para calcular a economia de água multiplicou-se o volume de chuva que o sistema é capaz de coletar, conforme Equação 5, pelo valor da tarifa de água cobrada pela consessionária de água, conforme Anexo D, ou seja:

Economia mensal

capacidade de coleta mensal = 22 m3  (APÊNDICE H)

Tarifa de água=R$ 7,28  (ANEXO C)

Economia mensal= capacidade de coleta mensal x tarifa de água

Economia mensal= 22 m3X R$ 7,28

Economia mensal= R$ 160,16

Economia anual

capacidade de coleta anual= 264 m3  (APÊNDICE H)

Economia anual= capacidade de coleta anual x tarifa de água

Economia anual= 264 m3X R$ 7,28

Economia anual= R$ 1.921,92

Economia mensal por m² de telhado:

Sabendo que o m² de um telhado localizado em Lajeado/RS é capaz de coletar mensalmente 0,10 m³ de chuva (APÊNDICE H), e que a água é vendida por m³,  pode-se fazer a seguinte relação:

Capacidade de economia mensal por m2 de telhado = 0,10 x tarifa de água  

Capacidade de economia mensal por m2 de telhado = 0,10 x 7,28

Capacidade de economia mensal por m2 de telhado = R$ 0,72

Ou seja, a capacidade de economia mensal por m² de telhado corresponde a 10% da tarifa de água.

Tempo de retorno do investimento TRI:

Payback simples:

O TRI pelo método do payback simples foi calculado dividindo o valor do investimento pela economia anual que este possibilita ao prédio, conforme segue:

TRI = 18.135,16 1.921,92  (11)

TRI =9,43 anos

TRI =9 anos e 5 meses

Payback descontado:

O TRI pelo método do payback descontado foi demonstrado através da tabela abaixo:

Como pode ser visualizado na tabela acima, o fluxo de caixa gerou um saldo positivo no vigésimo quinto, ou seja, o tempo de retorno do investimento pelo método de payback descontado é de 13 anos.

8.0.9. APÊNDICE H – Memorial de cálculo do dimensionamento do sistema de aproveitamento de água da chuva

Previsão da demanda de água pluvial

População de projeto= 23 x 2 (1)

População de projeto = 46 pessoas

Demanda per capita diária das bacias sanitárias= 5 x 6 x 1,1 (2)

Demanda per capita diária das bacias sanitárias =33 L/dia  

Demanda per capita mensal das bacias sanitárias =990 L/mês

Demanda per capita mensal das bacias sanitárias ≅ 1 m³/mês

Demanda diária total das bacias sanitárias=46 x 33 L (3)

Demanda diária total das bacias sanitárias = 1518 L

Demanda diária total das bacias sanitárias =1,518 m³

Demanda mensal total das bacias sanitárias = 45540 L

Demanda mensal total das bacias sanitárias =45,54 m³

Determinação da área de coleta

As áreas de coletas A1, A2, A3, A4 e A5, apresentadas nos cálculos que seguem, podem ser visualizadas no Apêndice B.

Primeiramente calculou-se todas áreas que contribuem para a coleta da chuva, conforme segue:

A1= A2=A4=A5=5,25+0,952 ×8,66  (4)

A1= A2=A4=A5=49,57 m²

A3=3,5+0,952 ×3,56  (4)

A3= 14,15 m²

Após isso, essas áreas foram somadas para calcular a área de coleta total do prédio, conforme segue:

Área de contribuição total do prédio:

Área de contribuição total do prédio = A1+ A2+ A3+A4+ A5

Área de contribuição total do prédio =49,57+49,57+49,57+49,57+14,15

Área de contribuição total do prédio =212,43 m²

Área de contribuição das calhas

Para calcular a área de contribuição da calha dos fundos, considerou-se apenas as áreas que nela desaguam, ou seja, considerou-se apenas as áreas 1, 2 e 3 do Apêndice B, conforme segue:

Área de contribuição de cada calha = A1+A2+A3

Área de contribuição de cada calha = 49,57+49,57+14,15

Área de contribuição de cada calha = 113,29 m²

Por motivos de semelhança e a favor da segurança, adotou-se o mesmo resultado para a calha da frente.

Área de coleta em função da demanda

Sabendo que a demanda per capita mensal das bacias sanitárias é igual a 1 m³, conforme Equação 2 (p. 32), e que a capacidade de coleta por m² de telhado é igual a 0,10 m³/mês, conforme apresentado a seguir, pode se fazer a seguinte relação:

Área de coleta necessária para o atendimento da demanda per capita = 1 / 0,10

Área de coleta necessária para o atendimento da demanda per capita = 10 m²

Área de coleta necessária para o atendimento da demanda total = 10 x população

Área de coleta necessária para o atendimento da demanda total =10 x 46

Área de coleta necessária para o atendimento da demanda total =460 m2

População que a área de coleta é capaz de atender = 212,43 m2 / 10

População que a área de coleta é capaz de atender = 21 pessoas

Capacidade de coleta do sistema

Capacidade de coleta mensal do telhado:

capacidade de coleta mensal=121,4 X 212,43 X 0,9 X 0,95 (5)

capacidade de coleta mensal= 22.000 L ou 22 m3

capacidade de coleta anual= 264,000 L ou 264 m3

Capacidade de coleta mensal por m² de telhado:

capacidade de coleta mensal por m2 de telhado  =121,4 X 1 X 0,90 X 0,95 (5)

capacidade de coleta mensal por m2 de telhado  = 103,79 L

capacidade de coleta mensal por m2 de telhado  = 0,10 m³

Capacidade de coleta do telhado em função da área de coleta:

Como cada m² de telhado é capaz de coletar 0,10 m³ de chuva por mês, pode-se dizer que a capacidade de coleta total do telhado equivale a 10 % da sua área de coleta, conforme segue:

capacidade de coleta mensal m3=0,10 m3 por  m2

capacidade de coleta mensal m3=10 % da área de coleta ( m2)

Média de coleta do telhado por ocorrência de chuva para o mês mais chuvoso:

Média de chuva mensal do mês mais chuvoso = 141,5 mm (ANEXO A)

Média mensal de dias com chuva = 14 (ANEXO B)

Média diária de chuva por ocorrência  = Média de chuva mensal Média mensal de dias com chuva

Média diária de chuva por ocorrência =141,514

Média diária de chuva por ocorrência =10 mm

Média diária de chuva por ocorrência =10 L/ m2

média de coleta do telhado por ocorrência de chuva para o mês mais chuvoso =Média diária de chuva por precipitação × área de coleta

média de coleta do telhado por ocorrência de chuva para o mês mais chuvoso= 10 ×212,43   

média de coleta do telhado por ocorrência de chuva para o mês mais chuvoso= 2147 L=  2,15  m3    

Vazão de projeto das calhas

Q calhas=127 x 113,2960  (6)

Q=239,79 L/min

Dimensionamento das calhas

Adotou-se calhas de 0,20 x 0,10 m com altura útil de 0,05 m e seção retangular. A partir destas medidas calculou-se o raio hidráulico da calha, conforme segue:

Área de seção molhada (S) = 0,2 x 0,05= 0,01 m2

Perímetro molhado (P)=0,2+2×0,05= 0,3 m

Raio hidráulico (Rh)= 0,010,3= 0,0333

Após calcular o raio hidráulico, calculou-se a vazão máxima da calha:

Q = 60000 . 0,01 30,03332 . √0,0050,011  (7)

Q= 399,21 L/min

Após calcular a vazão máxima da calha, calculou-se a vazão de projeto para verificar se a mesma será atendida:

 Q=127 x 113,2960                                                                                                                    

Q= 239,79  

Por fim, foi verificado se a vazão da calha adotada atende à vazão de projeto:

Se Q calha > Q projeto, ok

399,21 L/min > 239,79 L/min, portanto ok

Dimensionamento dos condutores verticais:

O dimensionamento dos condutores verticais foi realizado de modo que a vazão máxima destes atendam à vazão de projeto, conforme segue:

Condutores verticais da calha dos fundos:

- Vazão de projeto = 239,79 L/min (conforme Equação 6)

- Vazão máxima no tubo de 100 mm considerando uma taxa de ocupação de 30% = 165,09L/min (TABELA 5).

número de condutores=Vazão de projeto Vazão máx. do condutor

número de condutores=239,79165,09 = 1,45

Logo, adotou-se 2 tubos de queda de 100 mm, que são capazes de transportar uma vazão de 330,18 L/min.

Verificação:

Se Q condutores verticais > Q projeto, ok

330,18 L/min > 239,79 L/min, portanto ok

Condutores verticais da calha da frente:

Por motivos de semelhança adotou-se para a calha da frente o mesmo dimensionamento da calha dos fundos, ou seja, adotou-se 2 tubos de queda de 100 mm. Logo, todos os tubos de queda do projeto foram dimensionados com diâmetros de 100 mm.

Vazão de projeto dos condutores verticais:

Como cada calha possui 2 tubos de queda, a vazão de projeto destes foi calculada dividindo a vazão de projeto da calha dividido por 2, conforme segue:

Vazão dos condutores verticais= 239,79/2

Vazão dos condutores verticais = 119,895 L/min

Resultado:

Adotou-se 4 tubos de queda de 100mm, sendo 2 para cada calha.

Dimensionamento dos condutores horizontais:

O dimensionamento dos condutores horizontais foi realizado de modo que a vazão máxima destes atendessem à vazão de projeto, para os diferentes trechos da tubulação, conforme segue:

Trecho 1 (identificada no Apêndice B como CHP1):

Vazão de projeto = vazão no tubo de queda 1 + vazão no tubo de queda 4

Vazão de projeto = 119,895 +119,895

Vazão de projeto = 239,79 L/min

Em função desta vazão encontrada, o diâmetro adotado para este condutor horizontal foi de 100 mm com inclinação de 1%, o que possibilita uma vazão de até 287 L/min, conforme Tabela 6.

Verificação:

Se Vazão do condutor > Vazão de projeto, ok

287 L/min > 239,79 L/min, portanto ok

Trecho 2 (identificada no Apêndice B como CHP2):

Vazão de projeto = vazão no tubo de queda 2 + vazão no tubo de queda 5

Vazão de projeto = 119,895 +119,895

Vazão de projeto = 239,79 L/min

Em função desta vazão encontrada, o diâmetro adotado para este condutor horizontal foi de 100mm com inclinação de 1%, o que possibilita uma vazão de até 287 L/min, conforme Tabela 6.

Verificação:

Se Vazão do condutor > Vazão de projeto, ok

287 L/min > 239,79 L/min, portanto ok

Trecho 3 (identificada no Apêndice B como CHP3):

Vazão de projeto = vazão no condutor horizontal 1 + vazão no condutor horizontal 2

Vazão de projeto = 239,79 + 239,79

Vazão de projeto = 479,58 L/min

Em função desta vazão encontrada, o diâmetro adotado para este condutor horizontal foi de 150mm com inclinação de 0,5%, o que possibilita uma vazão de até 602 L/min, conforme Tabela 6.

Verificação:

Se Vazão do condutor > Vazão de projeto, ok

602 L/min > 479,58 L/min , portanto ok

Trechos 4 e 5 (identificada no Apêndice B como CHP4 e CHP5):

Como a vazão nos condutores horizontais 4 e 5 são iguais a vazão do condutor horizontal 3, atribui-se a estes o mesmo dimensionamento do condutor horizontal 3, ou seja, 150mm com inclinação de 0,5%.

Dimensionamento do reservatório de descarte da chuva inicial

V=A . 2mm  (8)

V=212,43m2 . 2mm                                                        

V=0,42486 m³ ou 424,86 L

V adotado = 0,5m³ ou 500L

Dimensionamento dos reservatórios

Os reservatórios foram dimensionados de modo a possuírem uma capacidade de armazenagem igual ou superior a dois dias de consumo, sendo armazenado 3/5 no reservatório inferior e 2/5 no reservatório superior (NBR 5626, ABNT, 1998). Deste modo:

Consumo diário total das bacias sanitárias = 1,5 m³ (conforme Equação 3)

2 dias de consumo das bacias sanitárias = 1,5 m³ x 2 = 3 m³

Reservatório inferior = 3 m³ x 3/5

Reservatório inferior = 1,8m³

Reservatório inferior adotado = 2 m³

Reservatório superior = 3 m³ x 2/5

Reservatório superior = 1,2 m³

Reservatório superior adotado = 2 m³

Volume total dos reservatórios = 4 m³

Verificação:

Se volume dos reservatórios ≥  2 dias de consumo, ok!

4 m³ ≥  3 m³, portanto ok!

Sistema de bombeamento

O dimensionamento do sistema de bombeamento foi calculado conforme procedimento apresentado no capítulo 3.15.

Vazão de recalque:

QR= 1,5185.3600 (m3s)  (9)

QR=  0,00008433 (m3s)  ou 0,08433L/s

QR=  0,0050598 (m3min)  ou 5 L/min

QR=  0,303588 (m3h)  ou 303,58 L/h

Verificação:

Se vazão máxima de trabalho do clorador > vazão de recalque, ok

133,33 L/min > 5 L/min, portanto ok

Dimensionamento da tubulação, recalque, sucção e extravasão

Tubulação de recalque:

Dr=1,3 . 0,00008433. 40,2  (10)

Dr=0,008m ou 8mm

Dr adotado=25mm

Tubulação de sucção e extravasão:

Adotou-se para a tubulação de sucção e extravasão um diâmetro comercial ligeiramente superior à tubulação de recalque (NBR 5626, ABNT, 1998), deste modo:

D sucção= 32mm

D extravasão= 32mm

Altura geométrica

Altura geométrica = 17,52 m (APÊNDICE D)

Perda de carga total no recalque:

Perda de carga nas conexões conforme Quadro 2:

Válvula de retenção de 25mm = 2,7m

6 joelhos soldáveis de 25mm X 90° = 6 X 1,2 = 7,2m

1 registro gaveta de 25mm = 0,2m

Saída de borda (25 mm) = 0,9m

Perda de carga total das conexões = 11m

Comprimento real da tubulação de recalque = 15,55m

Perda de carga unitária na tubulação plástica de recalque:

J=8,69 X 106 X 0,08433 1,75X 25-4,75  (11)

J = 0,02625 Kpa/m

Para converter de Kpa/m para mca/m multiplicou-se o valor acima por 0,10

J = 0,02625 x 0,10

J = 0,002625

Perda de carga total no recalque = 0,002625 x (15,55 + 11)

Perda de carga total no recalque = 0,07m

Perda de carga total na sucção:

Perda de carga nas conexões conforme Quadro 2:

Válvula de pé de 32mm = 9,5m

1 Joelhos de 32mm X 90° = 1,5m

Registro gaveta aberto de 32mm = 0,3m

Entrada de borda (32 mm) = 1,2m

Perda de carga total das conexões = 12,5m

Comprimento real da tubulação de sucção = 2,5m

Perda de carga unitária na tubulação plástica de sucção:

J=8,69 X 106 X 0,08433 1,75X 32-4,75  (11)

J = 0,0081 Kpa/m

Para converter de Kpa/m para mca/m multiplicou-se o valor acima por 0,10

J = 0,0081 x 0,10

J = 0,00081

Perda de carga total na sucção = 0,00081 x (2,5 + 12,5)

Perda de carga total na sucção = 0,012m

Altura Manométrica:

Altura manométrica = altura geométrica + perda de carga total no recalque + perda de carga total na sucção

Altura manométrica = 17,52+ 0,07m + 0,012m

Altura manométrica = 17,60

Dimensionamento das moto-bombas

P= 1000 x 0,00008433 x 17,60 m7 5 x 0,65 (CV)  (12)

P= 0,030 CV

Atribuiu-se sobre esta potência um acréscimo de 50% conforme Tabela 7:

P= 0,030 x 1,5

P= 0,0465 CV

Adotou-se bombas com potência de 0,5 CV

Dimensionamento do sistema de distribuição

O dimensionamento do sistema de distribuição foi realizado conforme procedimento apresentado no capítulo 3.16.

Peso relativo das colunas conforme Tabela 8:

Peso relativo da coluna 1 = 4 vasos = 4 x 0,3 = 1,2

Peso relativo da coluna 2 = 4 vasos = 4 x 0,3 = 1,2

Peso relativo da coluna 3 = 4 vasos = 4 x 0,3 = 1,2

Peso relativo da coluna 4 = 3 vasos = 3 x 0,3 = 0,9

Peso relativo total = 1,2 + 1,2 + 1,2 + 0,9 = 4,5

Peso relativo dos barriletes conforme método de Hunter:

Peso relativo dos barriletes = 4,5 / 2

Peso relativo dos barriletes = 2,25

Vazão nas colunas em função do peso relativo:

Vazão nas colunas 1, 2 e 3:

Q=0,3 1,2  (13)

Q=0,328L/s

Vazão na coluna 4:

Q=0,3 0,9

Q=0,284L/s

Vazão nos barriletes em função do peso relativo:

Q=0,3 2,25  (13)

Q=0,45 L/s

Dimensionamento das colunas

O diâmetro das colunas 1, 2, 3 e 4, de acordo com o Ábaco de FAIR-WHIPLE-HSIAO (FIGURA 13) e considerando J = 0,08, resultou em 20mm.

Diâmetro adotado para as colunas 1, 2, 3 e 4 = 25mm

Dimensionamento dos barriletes:

O diâmetro dos barriletes, de acordo com o Ábaco de FAIR-WHIPLE-HSIAO (FIGURA 13) e considerando J = 0,08, resultou em 25mm

Diâmetro adotado para os barriletes = 32mm

Verificações:

Através do ábaco FAIR-WHIPLE-HSIAO (FIGURA 13) realizou-se as seguintes verificações recomendadas pela NBR 5626 (ABNT, 1998):

Se a velocidade da água nas colunas 1, 2 e 3 < 3m/s, ok

0,95 m/s < 3m/s, portanto ok

Se a velocidade da água na coluna 4 < 3m/s, ok

0,90m/s < 3m/s, portanto ok

Se a velocidade da água nos barriletes < 3m/s, ok

1,00 m/s < 3m/s, portanto ok

Se a vazão nas colunas 1, 2 e 3 > 0,15 L/s, ok

0,328 > 0,15 L/s, portanto ok

Se a vazão na coluna 4 > 0,15 L/s, ok

0,284 > 0,15 L/s, portanto ok