Casa Eco Eficiente

UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA – UNAMA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – CCET CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

PROPOSTA DE UMA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL COM USO DE TECNOLOGIAS ECO-EFICIENTES

FRANCEMILDO CONCEIÇÃO COSTA FERREIRA LEONARDO PANTOJA LOPES JÚNIOR

BELÉM - PA 2008

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UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA – UNAMA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – CCET

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL


FRANCEMILDO CONCEIÇÃO COSTA FERREIRA

LEONARDO PANTOJA LOPES JÚNIOR

Trabalho de Conclusão de Curso submetido à banca

examinadora do Curso de Graduação em Engenharia Civil

do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da

Universidade da Amazônia, como requisito para a

obtenção do título de Engenheiro Civil.

BELÉM - PA 2008

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FRANCEMILDO CONCEIÇÃO COSTA FERREIRA LEONARDO PANTOJA LOPES JÚNIOR


Trabalho de Conclusão de Curso submetido à banca

examinadora do Curso de Graduação em Engenharia Civil

do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da

Universidade da Amazônia, como requisito para a

obtenção do título de Engenheiro Civil.

Banca Examinadora: ___________________________________________ Profº Dr. Alberto Carlos de Melo Lima (Orientador) Professor Titular/CCET-Unama Engenheiro Civil –Doutor em Hidráulica e Saneamento Pesquisador do Núcleo de Qualidade de Vida e Meio Ambiente ___________________________________________ Profª. Elzelis de Aguiar Muller (Co-Orientadora) Professora Adjunta/CCET-Unama Engenheira Civil e Sanitarista – Especialista em Engenharia Ambiental ___________________________________________ Profº Dr. Benedito Coutinho Neto Professor Titular/CCET-Unama Engenheiro Civil – Doutor em Engenharia de Transportes Pesquisador do Núcleo de Qualidade de Vida e Meio Ambiente Julgado em: ____/____/_____

Conceito: ________________

BELÉM - PA 2008

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DEDICATÓRIA

Aos nossos amigos, família, e mestres pelo incentivo e compreensão. E em especial aos nossos pais que, com tanto esforço, dedicação e abdicações lutaram para que nós alcançássemos os nossos objetivos, a estes a eterna gratidão de seus filhos.

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AGRADECIMENTO

À Universidade da Amazônia;

Ao nosso orientador professor Dr. Alberto Carlos de Melo Lima, que nos ajudou na

elaboração deste Trabalho de Conclusão de Curso, com contribuição de seus

conhecimentos e tempo.

A nossa co-orientadora professora Elzelis de Aguiar Muller, que se dispôs à análise

crítica e orientação deste trabalho;

E a todos que contribuíram na elaboração deste trabalho.

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“Os que confiam no SENHOR serão como o monte de Sião, que não se abala, mas permanece para sempre.”

Salmo 125:1

7

RESUMO

O presente trabalho teve como objetivo principal desenvolver um projeto de uma casa auto-sustentável que pudesse ser útil a pequenas comunidades rurais e/ou urbanas de nossa região que não são atendidas totalmente pelas concessionárias de energia elétrica e de abastecimento de água para consumo humano. Dessa forma, dentro da tendência mundial de desenvolvimento sustentável, o projeto da casa auto-sustentável visou o aproveitamento da energia solar e das águas de chuva como forma de manter-se independente das concessionárias. Como a energia solar e da chuva são abundantes na região norte e disponíveis o ano inteiro, o projeto apresenta em suas instalações de água fria o uso de água de poço e da chuva e o uso sol como forma de geração de energia. No caso do abastecimento da água de poço, foi apresentado um sistema de bombeamento ligado a painéis solares que captam a energia do sol e a convertem em energia elétrica. Para o aproveitamento da água de chuva, que tem altos índices pluviométricos na região norte, um sistema de coleta foi desenvolvido para armazenar água de chuva em um reservatório e abastecer a caixa de descarga do vaso sanitário. Uma análise de custos compara o fornecimento de energia convencional (concessionárias de energia elétrica) para o funcionamento de uma instalação de recalque convencional com a que usa a energia solar, mostrando que a economia é bastante significativa ao longo de 20 anos, que é o tempo de vida útil dos painéis solares. PALAVRAS-CHAVE: Casa auto-sustentável; Eficiência energética, Energia solar,

Água de chuva.

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8

ABSTRACT The present work had as main goal to develop a project of an auto-sustainable house that could be useful the small rural communities and/or urban of our region that are not attended totally by the electric power carriers and of water supply to consume human. Thus, inside the world tendency of sustainable development, the project of the auto-sustainable house aimed the utilization of the solar energy and of the rainy waters as form of keeping itself independent of carriers. Like the solar energy and of the rain are abundant in the Northern region and available the whole year, the project introduces in their facilities of cold water the well water use and of the rain. In the case of the supply of the well water, it was introduced a pump system linked for solar panels that captivate the energy of the sun and convert her in electric power. For the utilization of the rainy water, which has high indices rain in the Northern region, a collection system was developed to store rainy water in a reservoir and to supply the box of discharge of the sanitary vase. A costs analysis compares the supply of conventional energy (electric power carriers) for the operation of an installation of emphasizes conventional with to what uses the solar energy, showing that the economy is very significant along 20 years, which is time of useful life for solar panels. KEY-WORDS: Support House; Energetic Efficiency; Sun Energy, Water Rain.

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9

LISTA DE FIGURAS FIGURA 3.1: Maquete do Projeto.................................................................................

FIGURA 3.2: Sistema de Coleta e Tratamento da Água de Chuva..............................

FIGURA 3.3: Tipos de Turbinas Eólicas de Eixo Horizontal.........................................

FIGURA 3.4: Tipos de Turbinas Eólicas do Eixo Vertical.............................................

FIGURA 3.5: Detalhe de um Aerogerador....................................................................

FIGURA 3.6: Esquema de um Sistema Eólico de Energia............................................

FIGURA 3.7: Sistema Térmico de Geração de Energia Elétrica (Califórnia-

EUA)..............................................................................................................................

FIGURA 3.8: Mapa Solarimétrico do Brasil Apresentando as Médias Diárias de

Insolação no Brasil........................................................................................................

FIGURA 3.9: Parâmetros Utilizados na Determinação da Radiação no Plano do

Coletor........................................................................................................................... FIGURA 3.10: Esquema de um Sistema Fotovoltaico..................................................

FIGURA 3.11: Sistema Fotovoltaico de Bombeamento de Água para Irrigação (Capim

Grosso - BA).....................................................................................................

FIGURA 3.12: Sistema de Bombeamento Fotovoltaico – Santa Cruz I (Mirante do

Paranapanema - SP).....................................................................................................

FIGURA 3.13: Esquema de Funcionamento de Sistema de Aproveitamento de Água

de Chuva.......................................................................................................................

FIGURA 3.14: Esquema Geral de Caixa ou Reservatório com Utilização de Crivo para

Filtrar a Água e Sistema Manual de Retirada da Mesma.....................................

FIGURA 3.15: Esquema Geral da Caixa ou Reservatório para Água de Chuva com

Escada de Acesso para Limpeza..................................................................................

FIGURA 3.16: Áreas de Captação de Água de Chuva.................................................

FIGURA 3.17: Desenho Esquemático do Sistema de Coleta de Água de

Chuva............................................................................................................................

FIGURA 3.18: Sistema de Coleta de Água de Chuva: I Calha de Condução, II Calha

de Condução Vertical....................................................................................................

FIGURA 3.19: Sistema de Desvio dos Primeiros Estantes de Chuva..........................

FIGURA 3.20 Filtro Vortex (WFF).................................................................................

FIGURA 3.21: Filtros de Descida..................................................................................

FIGURA 3.22: Montagem do Filtro de Descida............................................................

19 20 24 25 25 26

29

30

31 33

36

37

41

42

43 57

59

59 60 61 62

62

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10

FIGURA 3.23: 3P Filtro Volumétrico.............................................................................

FIGURA 3.24: 3P Sifão Ladrão - Dado Técnicos.........................................................

FIGURA 3.25: 3P Quebra Pressão...............................................................................

FIGURA 3.26: 3P Quebra Pressão............................................................................... FIGURA 3.27: 3P Sifão Ladrão (Montagem)................................................................ FIGURA 3.28: Representação Esquemática da Instalação Piloto de Tratamento de

Água de Chuva..............................................................................................................

FIGURA 3.29: Volume de Água em Circulação na Terra.............................................

FIGURA 3.30: Tipos de Aqüíferos Quanto à Porosidade..............................................

FIGURA 4.1: Localização Geográfica do município em relação ao Estado do

Pará...............................................................................................................................

FIGURA 4.2: Limites Município de Benevides..............................................................

FIGURA 4.3: Placa Solar KC 85 T................................................................................

FIGURA 4.4: Instalação de Recalque que usa bomba injetora....................................

FIGURA 5.1: Planta baixa da casa auto-sustentável....................................................

FIGURA 5.2: Detalhes da instalação de água fria mostrando as modificações

necessárias para instalação dos reservatórios..............................................................

FIGURA 5.3: Esquematização da instalação da bomba submersa e dos painéis

solares...........................................................................................................................

GRÁFICO 4.1: Precipitação de 1989 a 1999................................................................

GRÁFICO 4.2: Umidade Relativa do Ar de 1989 a 1999................... .......................... GRÁFICO 4.3: Média de Insolação de 1989 a 1999...................................................

GRÁFICO 5.1: Comparação de Custo de Instalação de Bombas Convencional x

Fotovoltaico para um ano ............................................................................................

GRÁFICO 5.2: Comparação de Custo de Energia da Bomba Convencional

x Fotovoltaico em um ano............................................................................................

64 65 65 66 66

68 79 71

74 75 81 82 84

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96

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LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1: Refere-se às Usinas Eólicas em Operação no Brasil............................

TABELA 3.2: Vantagens e desvantagens do uso da Energia Eólica.......................... TABELA 3.3: Calculo de Energia................................................................................

TABELA 3.4: Modelos de Módulos Solares - Latitudes Aproximadas das Capitais

Brasileiras e Inclinações Sugeridas para Coletores Solares Planos

ENSOL..........................................................................................................................

TABELA 3.5: Modelos de Placas Fotovoltaicas...........................................................

TABELA 3.6: Produção Hídrica no Mundo por Região................................................

TABELA 3.7: Produção Hídrica entre os países da América do Sul............................

TABELA 3.8: Valores Médios dos Parâmetros da Chuva, Coletados nos Diversos

Tipos de Coberturas.......................................................................................................

TABELA 3.9: Padrões de Potabilidade, Estabelecidos pela Portaria nº. 518/2004,

do Ministério da Saúde.................................................................................................

TABELA 3.10: Padrões de Potabilidade da Água.......................................................

TABELA 3.11: Estimativa do Consumo de Água........................................................

TABELA 3.12: Valores Usuais de C............................................................................ TABELA 4.1: Dados da média mensal de Precipitação..............................................

TABELA 4.2: Tabela com a média mensal da Umidade Relativa do Ar .....................

TABELA 4.3: Tabela da média mensal da Insolação.................................................. TABELA 4.4: Tabela com as especificações das placas solares................................

TABELA 5.1: Descrição da Edificação.........................................................................

TABELA 5.2: Descrição de Consumo..........................................................................

TABELA 5.3: Descrição do Custo do sistema convencional........................................

TABELA 5.4: Descrição do Custo do sistema fotovoltaico...........................................

23 27 27

32 35 38 39

44

45 47 55 56 76 77 79 81 87 88 92 94

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12

SUMÁRIO

RESUMO....................................................................................................................... ABSTRACT................................................................................................................... LISTA DE FIGURAS..................................................................................................... LISTA DE TABELAS.................................................................................................... 1 INTRODUÇÃO........................................................................................................... 2 OBJETIVOS............................................................................................................... 2.1 OBJETIVO GERAL.................................................................................................

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...................................................................................... 3.1 CASA AUTO-SUSTENTÁVEL................................................................................

3.2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA....................................................................................

3.3 ENERGIA EÓLICA..................................................................................................

3.3.1 Energia Eólica no Mundo.....................................................................................

3.3.2 Energia Eólica no Brasil.......................................................................................

3.3.3 Conversão da Energia Eólica...............................................................................

3.3.4 Tipos de Turbinas Eólicas....................................................................................

3.4 ENERGIA SOLAR...................................................................................................

3.4.1 Radiação Solar.....................................................................................................

3.4.2 Ângulo de Incidência dos Recursos Solares de Inclinação de um Dispositivo

Solar..............................................................................................................................

3.4.3 Componentes do Sistema Fotovoltaico................................................................

3.4.4 Dimensionamento de Sistemas de Geração Fotovoltaicos e de Bancos de

Baterias.........................................................................................................................

3.4.5 Modelos de Painéis..............................................................................................

3.5 APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE CHUVA..........................................................

3.5.1 Disponibilidade de Recursos Hídricos em Nível Mundial..................................... 3.5.2 Recursos Hídricos no Brasil.................................................................................

3.5.3 Aproveitamento de Água Pluvial..........................................................................

3.5.4 Captação..............................................................................................................

3.5.5 Análise Físico-Químicas e Bacteriológicas..........................................................

3.5.6 Análise Física da Água da Chuva........................................................................

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iii

iv

15 17 17 17 18 18 20 22 22 23 24 24 27 28

30 32

33 34 37 37 39 40 42 46 48

13

3.5.7 Características Químicas......................................................................................

3.5.8 Análise Bacteriológica da Água da Chuva............................................................

3.5.9 Estimativa de consumo..........................................................................................

3.5.10 Coeficiente de Runoff.........................................................................................

3.5.11 Precipitação Pluviometrica..................................................................................

3.5.12 Área de Captação...............................................................................................

3.5.13 Tecnologias de Aproveitamento..........................................................................

3.5.14 Filtros Vortex (WFF)............................................................................................

3.5.15 Filtros de Descida................................................................................................

3.5.16 Filtro Volumétrico.................................................................................................

3.5.17 3P Sifão Ladra....................................................................................................

3.5.18 Tratamento de Água de Chuva..........................................................................

3.6 ÁGUA SUBTERRÂNEA..........................................................................................

3.6.1 Qualidade das Águas Subterrâneas......................................................................

3.6.2 Aqüíferos...............................................................................................................

3.6.3 Mananciais Subterrâneos......................................................................................

3.6.4 Vantagens da Utilização das Águas Subterrâneas...............................................

4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS.................................................................. 4.1 Localização.............................................................................................................

4.2 Dados Climatológicos..............................................................................................

4.3 O Projeto da casa auto-sustentável.........................................................................

4.3.1 Painéis Solares.....................................................................................................

4.4DIMENSIONAMENTO DA INSTALAÇÃO DE ÁGUA

FRIA...............................................................................................................................

5 RESULTADOS.......................................................................................................... 5.1 PLANTA BAIXA DA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL...............................................

5.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUA DE

CHUVA.........................................................................................................................

5.3 DIMENSIONAMENTO DE BOMBA INJETORA.....................................................

5.4 CALCULO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA BOMBEAMENTO DE ÁGUA

DE POÇO.....................................................................................................................

5.5 CONSUMO DE ENERGIA DO SISTEMA CONVENCIONAL X

FOTOVOLTAICO..........................................................................................................

5.6 COMPARAÇÃO DE CUSTO...................................................................................

50 53 54 55 56 57 58 60 61 63 64 66 68 69 70 71 72 73 73 75 80 80

82 83 83

87 89

90

93 95

14

5.7 COMPARAÇÃO DE CUSTO DE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA

CONVENCIONAL E FOTOVOLTAICO X TEMPO........................................................ 6 CONCLUSÃO..............................................................................................................REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................. ANEXOS.........................................................................................................................

96 98

100

15

________________________________________CAPÍTULO 1

1 INTRODUÇÃO

Atualmente um assunto que vem se destacando em diversas áreas é o

Desenvolvimento Sustentável que de um modo geral visa utilizar os recursos

naturais de forma racional sem agredir o meio ambiente e principalmente preservar o

futuro das gerações.

A região amazônica rica em recursos naturais tornou-se facilmente alvo

da cobiça alheia. Preservar este patrimônio é uma questão de sobrevivência, já que

os recursos naturais do planeta estão se esgotando. A humanidade tem utilizado

diversas fontes de energia, que poluem o meio ambiente, particularmente, a que

utiliza a queima de combustíveis fósseis, carvão, eletricidade, etc. Esta última

merece destaque, pois é a mais empregada, quer seja nos sistemas mais simples

(lâmpadas, motores elétricos) como os mais complexos (computadores, geladeiras,

automóveis, fábricas, etc.).

Atualmente, existem programas voltados a racionalizar o uso desta fonte

de energia principalmente, junto às comunidades e órgãos públicos, de forma

eficiente, combatendo o desperdício e preservando o meio ambiente, daí surge o

conceito de eficiência energética.

Mas, a eficiência energética, não está restrita somente, a redução do

consumo de energia elétrica, por meio de sua utilização mais racional, mas, também,

nos serviços públicos de abastecimento de água e tratamento de esgoto e na

aplicação de processos e equipamentos de maior rendimento energético para

reduzir o consumo e aumentar a produtividade. Também se faz presente, na

preservação do meio ambiente, buscando novas tecnologias, voltadas ao uso

inteligente e eficiente.

Frente a essa nova tendência, buscou-se neste trabalho, contribuir na

preservação dos recursos naturais, apresentando um modelo de habitação que

viesse a empregar o conceito de eficiência energética. A idéia inicial seria de

apresentar um projeto de uma casa auto-sustentável, que seria capaz de se auto-

16

sustentar, ou no máximo de conseguir resolver todas as suas necessidades

econômicas e sócio-culturais. A reciclagem de materiais de construção civil é uma

das opções mais significativas na construção, pois, a construção emprega diversos

materiais na construção que favorece de certa forma a degradação do meio

ambiente, assim, desenvolver projetos que empreguem materiais reciclados na

construção de casas trará benefícios a médio ou longo prazo.

Como alternativa de fornecimento de energia elétrica e água à casa auto-

sustentável, tem-se como melhores opções o aproveitamento da energia solar e as

águas de chuva.

Desta forma, este trabalho apresenta uma proposta de uma casa auto-

sustentável que aproveite a energia solar como fonte de energia elétrica e a água de

chuva no consumo não-potável.

17

_______________________________CAPÍTULO 2

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Esse trabalho teve como alvo principal a elaboração de uma casa auto-

sustentável que fosse útil às pequenas comunidades que vivem em áreas rurais ou

urbanas, adaptando em suas instalações de água fria técnicas de aproveitamento de

água de chuva e da energia solar, visando torná-la independente de concessionárias

de abastecimento de água para consumo.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1) Levantamento bibliográfico sobre casas auto-sustentáveis, energia

solar, e de aproveitamento da água de chuva;

2) Elaboração de um projeto arquitetônico de uma casa auto-sustentável;

3) Dimensionar as instalações de água fria aproveitando a água de chuva;

4) Dimensionar sistema de bombeamento que usa a energia solar como

fonte de energia;

5) Comparação entre os custos envolvidos no caso de bombeamento por

energia elétrica (centrífuga) e por bombas movidas a energia solar.

18

_______________________________CAPÍTULO 3

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 CASA AUTO-SUSTENTÁVEL

Um dos conceitos mais abordados atualmente que visam uma arquitetura

ecológica é o da casa auto-sustentável que tem como objetivo construir uma casa

utilizando estratégias que levem à sustentabilidade para que ela fique como

referência e modelo para usuários em potencial (Sattler, 2008). Segundo o autor, no

Brasil, existe um modelo igual para todo o país, como se fosse padrão, afirmou que

isso pode ser diferente, pois temos condições climáticas muito diferentes em todo o

território.

Segundo Ribeiro (2008) um projeto de uma casa auto-sustentável foi

desenvolvido por alunos de uma escola. A casa é toda feita com materiais

recicláveis e madeiras reflorestadas. As janelas foram projetadas para aproveitar ao

máximo a luz natural, fazendo com que dessa forma, a luz elétrica seja usada o

mínimo possível. As luminárias da casa são espelhadas aumentando assim o efeito

de iluminação sem que sejam necessárias mais luzes acesas durante a noite. Um

outro projeto de casa auto-sustentável será desenvolvida em Porto Alegre, segundo

Sattler (2008). A casa, segundo o autor, é a primeira fase desse projeto e, por isso

funciona como piloto. Ela será construída no município de Alvorada, na região

metropolitana de Porto Alegre, e ficará pronta dentro de quatro meses a partir de seu

ínicio. A área, doada pela prefeitura de Alvorada, fica junto ao horto local e servirá

como uma unidade já batizada pelos pesquisadores de Centro Experimental de

Tecnologias Habitacionais Sustentáveis.

Viggiano (2008) desenvolveu um projeto de uma casa auto-sustentável a

partir da “holística de auto-suficiência de energia” (figura 3.1). O autor buscou em

seu projeto a urgente necessidade de soluções para alguns problemas emergentes,

como a carência de abastecimento de água das regiões urbanas, o déficit de

geração de energia, além das constantes crises de abastecimento e o impacto

ambiental dos sistemas de esgoto.

19

A casa possui arquitetura bioclimática para dar conforto ambientais aos

mais diversos rigores do clima, além da utilização de materiais de construção

adequados, inclusive estudo da ventilação e da insolação, do impacto ambiental, da

vegetação e de aspectos culturais. Quanto à eficiência energética, visando à

redução de energia elétrica o autor optou pela utilização de geração de energia

eólica iluminação natural e o aquecimento solar da água do chuveiro. Viggiano

(2008) optou pela captação das águas de chuva (figura 3.2) por meio do telhado e

calhas que direcionaram as águas até reservatórios com capacidade de 7.500 litros

e dois de 2.000 litros que davam autonomia de água por até 25 dias.

FIGURA 3.1: Maquete do Projeto, em madeira. FONTE: Viggiano (2008)

Sistema de ventilação e iluminação

Geração de energia eólica

Captação de água da chuva

Paredes com madeiras reflorestadas.

20

As águas de chuva eram com fins não-potáveis devido ao pH elevado e

contaminação por fezes de roedores, aves e sujeiras nos telhados tendo que excluir

a primeira águas. O projeto teve a participação de diversas empresas que

consideraram o projeto como uma solução para alguns problemas emergentes.

3.2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Os recursos naturais no planeta estão escasseando e uma das metas

atuais de preservação dos recursos naturais é a utilização racional destes recursos.

Daí surgiu o conceito de eficiência energética que tem como meta usar menos

energia para fornecer a mesma quantidade de valor energético. A principal fonte de

energia utilizada pelo homem é a energia elétrica. Por conta disto, a industria tem

desenvolvido equipamentos, motores elétricos, lâmpadas eficientes

Para se ter uma idéia uma lâmpada incandescentes comum tem uma

eficiência de 8% (ou seja, 8% da energia elétrica usada é transformada em luz e o

restante aquece o meio ambiente), enquanto que, a eficiência de uma lâmpada

fluorescentes compacta, que produz a mesma iluminação, é da ordem de 32% INEE

(2008).

A utilização abusiva das fontes de energia de origem de combustíveis

fósseis, como o petróleo (que representa 37% do consumo), o carvão (27%), o gás

natural e o urânio, contribuem grandemente para a libertação de dióxido de carbono

FIGURA 3.2: Sistema de Coleta e Tratamento da Água de Chuva FONTE: Viggiano (2008)

21

para a atmosfera trazendo conseqüências desastrosas para o nosso planeta, como

as chuvas ácidas, o aquecimento global e a redução da camada de ozônio Wikipédia

(2008).

De acordo com a Agência Internacional de Energia, se forem construídos

edifícios energeticamente eficientes, processos industriais e de transporte podem

reduzir as necessidades energéticas do mundo em 2050 por um terço, e será

essencial no controle das emissões globais de gases com efeito de estufa.

Inclusive adotar medidas nos serviços de abastecimento de água e

tratamento de esgoto, que na aplicação de processos e equipamentos de maior

rendimento energético que possam refletir na redução de consumo e aumentar a

produtividade (CPFL, 2008).

A utilização das energias renováveis como fonte de energia para

consumo das necessidades energéticas, tem grandes potencialidades no meio rural,

mas, pode ser empregada no meio urbano, com uso de tecnologias apropriadas

como climatização, aquecimento de águas de piscinas é uma das formas mais

eficientes de reduzir o consumo de energias de combustíveis fósseis.

Fedrizzi (1997) afirmou que a redução de energia elétrica com o uso de

painéis solares é uma opção vantajosa, com redução de até 60% no consumo de

energia para aquecimento de águas sanitárias.

As principais fontes de energias renováveis são a energia solar, a eólica

(ventos), a hidráulica (correntes de rios), biomassa (biodigestores) e a geotérmica

(calor da Terra).

Os programas de eficiência energética não pode deixar de levar em

consideração as energias renováveis. As duas estão intimamente ligadas quando a

questão é sustentabilidade.

22

3.3 ENERGIA EÓLICA

3.3.1 A Energia Eólica no Mundo

No mundo, a energia eólica vem apresentando um grande avanço

tecnológico. Esse avanço é por conta de questões ambientais, incentivadas pelo

atendimento às metas do protocolo de Kyoto, EWEA apud Kleber Freire, 2006.

Durante a última década a capacidade instalada no mundo aumentou rapidamente

de 2,5 GW em 1991, para 58,4 GW no final de 2005.

O continente europeu lidera em capacidade instalada, favorecidos pelas

boas condições de vento adequado em alguns países, seguido pelo continente

americano, com os parques eólicos instalados nos EUA, principalmente na Califórnia

SLOOTWEG; KLING, 2003.

Freire (2006) atenta que em países densamente povoados, próximos a

mares de águas rasas, observa-se a construção de vários parques eólicos “offshore”

como é o caso de muitos países no noroeste da Europa.

Como toda tecnologia tem suas vantagens e desvantagens a energia

eólica não é diferente, as principais vantagens e desvantagens estão expressas na

tabela 3.2. Segundo Freire (2006), na Europa, atualmente, a Alemanha com uma

potência instalada de 16,65 GW é o primeiro país do mundo na utilização da energia

eólica.

Segundo EWEA apud Kleber Freire (2006) a Alemanha tem como meta

ampliar a participação da energia eólica para 25% da sua necessidade de energia

elétrica até o ano de 2010.

A Espanha aparece como segundo país do mundo com maior capacidade

instalada, totalizando 8,27 GW de geração eólica, em terceiro vem os Estados

Unidos com uma potência instalada de 6,74 GW. Em quarto lugar encontra-se a

Dinamarca com uma potência instalada de 3,08 GW.

23

3.3.2 A Energia Eólica no Brasil

Segundo Freire (2006). Atualmente no Brasil, existem 10

empreendimentos de geração eólica em operação, num total de 28,55MW de

potência instalada. Entretanto, já foram outorgados, pela ANEEL, 128 novos

empreendimentos, totalizando 5642,34 MW de capacidade, a serem instalados em

diversos estados, aguardando o início da construção.

TABELA 3.1: Refere-se às Usinas Eólicas em Operação no Brasil

USINA EÓLICA DE: POTÊNCIA (KW) LOCALIZAÇÃO PROPRIETÁRIO

Fernando de Noronha - PE 225 PE CBEE/FADE/UFPE

Prainha 10.000 Aquirraz - CE Wobben Wind Power

Taíba 5.000 São Gonçalo do

Amarante - CE Wobben Wind Power

Morro do Carmelinho 1.000 Gouveia - MG CEMIG

Palmas 2.500 Palmas - PR Centrais Eólica do

Paraná

Mucuripe 2.400 Fortaleza - CE Wobben Wind Power

Bom Jardim 600 Bom Jardim da

Serra - SC Parque Eólico do Santa

Catarina

Olinda 225 Olinda - PE CBEE/FADE/UFPE

Horizonte 4.800 Água Doce - SC Central Nacional de

Energia Eólica

FONTE: ANEEL – Banco de Informação de Geração (BIG)

A quantidade de energia disponível no vento varia de acordo com as

estações e as horas do dia. A topografia e a rugosidade do solo também são de

suma importância na distribuição de freqüência de ocorrência de velocidade do

vento em um local. Além disso, a quantidade de energia eólica extraível numa região

depende das características de desempenho, altura de operação e espaçamento

horizontal dos sistemas de conversão de energia eólica instalados.

24

3.3.3 Conversão de Energia Eólica

Segundo Vitruvius (2008), um aero-gerador consiste num gerador elétrico

movido por uma hélice, que por sua vez é movida pela força do vento. A hélice pode

ser vista como um motor a vento, cujo único combustível é o vento. Segundo o

autor, quantidade de eletricidade que pode ser gerada pelo vento depende de quatro

fatores: da quantidade de vento que passa pela hélice, do diâmetro da hélice, a

dimensão do gerador e o rendimento de todo o sistema.

O gerador é ligado por um conjunto acionador a um rotor constituído de

um cubo, e duas ou três pás. O vento aciona o rotor que faz girar o gerador até

produzir eletricidade.

3.3.4 Tipos de Turbinas Eólicas

As turbinas podem ser de dois tipos: Turbinas eólicas com eixo horizontal

e Turbinas eólicas com eixo vertical.

Turbinas eólicas de eixo horizontal: podem ser de uma, duas, três, quatro

pás ou multipás. A de uma pá requer um contrapeso para eliminar a vibração. As de

duas pás são mais usadas por serem fortes, simples e mais baratas do que as de

três pás. As de três pás, no entanto, distribuem as tensões melhor quando a

máquina gira durante as mudanças de direção do vento. As multipás não são muito

usadas, pois são menos eficientes.

FIGURA 3.3: Tipos de Turbinas Eólicas de Eixo Horizontal.

FONTE: VITRUVIUS, 2008.

25

Turbinas eólicas do eixo vertical: não são muito usadas, pois o

aproveitamento do vento é menor. As mais comuns são três: SAVONIUS,

DARRIEUS E MOLINETE.

FIGURA 3.4: Tipos de Turbinas Eólicas do Eixo Vertical.


FIGURA 3.5: Detalhe de um Aerogerador.


26

FIGURA 3.6: Esquema de um Sistema Eólico de Energia. FONTE: CRESESB, 2008.

Segundo VITRUVIUS (2008), a potência máxima das turbinas não

ultrapassa 59,3% de eficiência. Este valor é também chamado de limite de BETZ e

já foi provado cientificamente.

Exemplo de alguns aero-geradores construídos:

• 1890-1910 – Dinamarca / 23m de diâmetro / 3 pás / 200kw

• 1931 – Rússia / 30m de diâmetro / 3 pás / 100kw

• 1941 – Estados Unidos / 54m de diâmetro /2 pás / 1.250kw

• 1959 – Alemanha / 34m de diâmetro / 2 pás / 100kw

• 1978 – Estados Unidos (NASA) / 50m de diâmetro / 2 pás / 200kw

• 1979 – Boeng USA /100m

• 1980 – Growian (Alemanha) / 100m de diâmetro / 3mv

27

TABELA 3.2: Vantagens e desvantagens do uso da Energia Eólica

VANTAGENS DESVANTAGENS

É uma fonte de energia segura e renovável; Impacto visual: sua instalação gera uma grande modificação da paisagem;

Não polui;

Impacto sobre as aves do local: principalmente pelo choque delas nas pás, efeitos desconhecidos sobre a modificação de seus comportamentos habituais de migração;

Suas instalações são móveis, e quando retirada, pode-se refazer toda a área utilizada;

Impacto sonoro: o som do vento batendo nas pás produz um ruído constante (43dB(A)). As casas do local deverão estar pelo menos, a 200m de distância.

Tempo rápido de construção (menos de 6 meses);

Recurso autônomo e econômico;

Cria-se mais emprego.

FONTE: VITRUVIOS, 2008.

3.4 ENERGIA SOLAR

O Sol é a nossa principal fonte de energia e pelo fato de ser 334.000

vezes maior do que a Terra e também pela energia radiante se dispersar à medida

que se afasta da fonte radiante, a Terra acaba por receber somente dois

milionésimos de toda a energia emitida por esta estrela. Essa energia radiante

apresenta aproximadamente 173x1015 W, onde utilizamos o raio da circunferência

da Terra e calculamos com a constante solar até que encontramos a energia

recebida na Terra. Que pode ser calculada da seguinte forma (tabela 3.3):

TABELA 3.3: Calculo de Energia

Área projetada da Terra = 2xrπ =(6.3x106)2 x 3,14 = 124x1012 m2; Constante Solar = 1395 W/m2; Energia recebida = 124x1012 x 1395 = 173x1015 W

FONTE: MODIFICADO DE ARAÚJO - 2004

28

Essa quantidade de energia solar nos permite aproveitá-la basicamente

de dois modos: a produção de energia elétrica e de energia térmica.

A energia elétrica pode ser obtida através de painéis fotovoltaicos que são

um conjunto de células fotoelétricas juntas, onde cristais de silício estimulados pelos

fótons da luz solar geram energia elétrica Ider (2008). No caso da energia térmica a

energia solar aquece determinadas superfícies, e pode ser usada para aquecer água

ou alimentos em câmaras escuras como em fornos solares.

Segundo Araújo (2004), descreve em seu trabalho sobre aproveitamento

da energia solar que existem três tecnologias diferentes empregadas para capturar a

energia solar que são assim distribuídas:

• Solar térmica: usando energia solar para aquecer líquidos;

• O efeito fotovoltaico: a eletricidade gerada pela luz solar;

• Solar passiva: o aquecimento de ambientes pelo design consciente

de suas construções.

O autor comentou que usar construções para coletar o calor do sol era

uma técnica aplicada desde o tempo da Grécia antiga. Outras formas de arquitetura

que visavam o aproveitamento da energia solar também foram desenvolvidas pela

arquitetura muçulmana, que usaram os minaretes de mesquitas como chaminés

solares. Atualmente, segundo Araújo (2004) a tecnologia de energia solar passiva é

a que está sendo mais comercialmente desenvolvida, entre todas as tecnologias

solares, e compete muito bem em condições de custo com as fontes de energia

convencionais.

3.4.1 Radiação Solar

O Brasil por estar próximo da linha do equador não se observa grandes

variações na duração solar do dia. Entretanto, devido aos grandes centros

produtores estarem distantes da linha do equador com é o caso de Porto Alegre,

capital brasileira mais meridional (cerca de 30º S), a duração solar do dia varia de 10

29

horas e 13 minutos a 13 horas e 47 minutos, aproximadamente, entre 21 de junho e

22 de dezembro, respectivamente (ANEEL, 2008).

Segundo o autor, para maximizar o aproveitamento da radiação solar,

deve ser ajustado à posição do coletor ou painel solar de acordo com a latitude local

e o período do ano em que se requer mais energia. No Hemisfério Sul, por exemplo,

um sistema de captação solar fixo deve ser orientado para o Norte, com ângulo de

inclinação similar ao da latitude local.

A média diária de insolação solar no Brasil pode ser observada no Mapa

Solarimétrico (figura 3.7) do Brasil (Atlas Solarimétrico do Brasil, 2000).

FIGURA 3.7: Sistema Térmico de Geração de Energia Elétrica (Califórnia-EUA); FONTE: National Renewable Energy Laboratory (EUA) Apud Aneel (2008).

30

Apesar de obter isenções de impostos como IPI e ICM, o mercado de

coletores solares no país, hoje em 500 mil m², ainda é pequeno se comparado ao de

países como Estados Unidos e Canadá e, ainda, muito distante de Israel, onde o

uso da energia solar é obrigatório e faz parte do projeto de construção das casas.

Especialistas no setor apontam o Brasil como privilegiado, com uma

média anual de 280 dias de sol, possibilitando um retorno de investimento garantido

e rápido quanto maior for à necessidade do uso desta fonte energética FEDRIZZI

(2007).

3.4.2 Ângulo de Incidência dos Recursos Solares de Inclinação de um Dispositivo Solar

Segundo FEDRIZZI (2007), a energia solar captada por uma superfície

varia em função de inúmeros parâmetros como a orientação da superfície em

FIGURA 3.8: Mapa Solarimétrico do Brasil apresentando as Médias Diárias de Insolação no Brasil. FONTE: Atlas Solarimétrico do Brasil (2000).

31

relação ao sol, à hora do dia, o dia do ano, a latitude e as condições atmosféricas.

Para uma maior captação da irradiação solar, os coletores devem ter certa

orientação em relação ao azimute γ do local e certa inclinação β, em relação à

horizontal. Esta inclinação em geral se reduz proporcionalmente à latitude do local

de tal forma que para pequenas latitudes a melhor inclinação pode ser até mesmo

de 0º (zero) graus.

γ - Ângulo entre a projeção da normal à superfície do coletor no plano

horizontal e o meridiano local, sendo 0o para o sul, 180o para o norte e leste positivo,

oeste negativo. (-180º ≤ γ ≤ 180º).

β - Ângulo entre a superfície em questão (neste caso o coletor) e a

horizontal.

Graus - Mesmo que a inclinação ideal seja de 0º graus, é aconselhável na

prática uma inclinação mínima de 5º graus para evitar acúmulo de material sólido na

superfície do coletor.

FIGURA 3.9: Parâmetros Utilizados na Determinação da Radiação no Plano do Coletor.

FONTE: FEDRIZZI (2007).

32

Na tabela 3.4 abaixo, temos as latitudes e os ângulos de inclinação no

plano dos painéis solares, das capitais brasileiras facilitando o calculo.

TABELA 3.4: Modelos de Módulos Solares - Latitudes Aproximadas das Capitais Brasileiras e Inclinações Sugeridas para Coletores Solares Planos ENSOL.

FONTE: ENSOL. Energia Solar (2007)

3.4.3 Componentes do Sistema Fotovoltaico

O sistema fotovoltaico apresenta dois tipos de correntes conhecidos como

corrente continua que tem capacidade de potencia de 12V que utiliza painéis ou

módulos de células fotovoltaicas, suportes para os painéis, controlador de cargas de

baterias e banco de baterias, já na corrente alternada para potencias de 110/220V

que utiliza além dos elementos anteriores da corrente continua também é utilizado

entre as baterias e o consumidor um inversor de corrente com potência adequada.

Este inversor converte a corrente continua (DC) das baterias em corrente alternada

(AC). A maioria dos eletrodomésticos utiliza a corrente alternada.

Cidade Latitude Inclinação Cidade Latitude Inclinação Aracaju/SE 10º55' S 21º Manaus/AM 03º08' S 13º Belém/PA 01º28' S 11º Natal/RN 05º45' S 16º

Belo Horizonte/MG 19º 28' S 30º Palmas/TO 08º10' S 20º

Boa Vista/RR 02º49' N 13º Porto Alegre/RS 30º02' S 40º

Brasília/DF 15º 47' S 26º Porto Velho/RO 08º45' S 19º

Campo Grande MS 21º34' S 32º Recife/PE 08º10' S 18º Cuiabá/MT 15º 35' S 26º Rio Branco/AC 09º58' S 20º

Curitiba/PR 25º25' S 35º Rio de Janeiro/RJ 22º54' S 33º Florianópolis/SC 27º35' S 38º Salvador/BA 12º55' S 23º

João Pessoa/PB 07º06' S 17º Teresina/PI 05º05' S 15º Macapá/AP 00º 02' N 10º N ou S Vitória/ES 20º18' S 30º Maceió/AL 09º 40' S 20º

33

3.4.4 Dimensionamento de Sistemas de Geração Fotovoltaicos e de Bancos de Baterias

FEDRIZZI (2008) afirmou que para obter o cálculo do número de módulos

necessários deve-se conhecer os níveis de radiação solar típicos da região, à

capacidade de produção dos módulos variarem com a radiação.

Segundo o autor devemos seguir os seguintes passos, para obter a

quantidade de módulos necessária:

1) Calcular o Consumo Total da Instalação em Ah (Amper hora).

2) Determinar em que local se realizará a instalação;

3) Com base nos valores da tabela de radiação identificar qual das

cidades mais se aproxima do local de sua instalação. Identificar qual é

a radiação média anual desta localidade em kWh/m² dia (última coluna

da tabela);

4) Multiplicar o valor encontrado pela corrente nominal do módulo solar

escolhido. Para isto recorrer à tabela do fabricante do módulo solar;

FIGURA 3.10: Esquema de um Sistema Fotovoltaico FONTE: Solarterra, 2008 adaptado de FEDRIZZI (2007).

34

5) Supondo que a localidade da instalação seja em Teresina e o módulo

solar escolhido seja o modelo com corrente nominal de 4.4A, teremos:

geração do módulo = radiação x corrente nominal = 5.49 x 4.4 = 24.15

Ah/dia;

6) O número de módulos solares para este sistema será: no módulos =

Consumo Total / Geração Módulo = 23.21 / 24.15 = 0.96 = 1;

7) Arredonda-se o valor encontrado para um múltiplo inteiro. Portanto um

módulo de 4.4 A de corrente nominal é suficiente para esta instalação;

8) Para o cálculo do banco de baterias de acumuladores deve-se obter a

capacidade na seguinte fórmula:

Cap.= 1,66 x Dtot x Aut.

Onde:

1,66: fator de correção de bateria de acumuladores que leva em conta

a profundidade de descarga admitida, o envelhecimento e um fator de

temperatura.

Dtot: Consumo total de energia da instalação em Ah/dia (amper.

Hora/dia).

Aut: dias de autonomia.

No exemplo adotado será: Cap. Bat. = 1.66 x 23.21 x 5 dias = 192 Ah

Escolhe-se o modelo de bateria com valor normalizado imediatamente

superior ao que resulte deste cálculo. Caso a capacidade encontrada seja superior

ao maior modelo comercial disponível então o banco de baterias deverá ser

montado com elementos múltiplos ligados em paralelo. Recomenda-se nestes casos

que o no de baterias conectadas em paralelo não exceda 6 elementos

(SOLARTERRA, 2008).

3.4.5 Modelo de Painéis

Na Tabela 3.4 abaixo está representado os painéis comercializado pela

empresa RF COM, onde será utilizado como base para proposta deste trabalho.

TABELA 3.5: Modelos de Placas Fotovoltaicas Modelo e Tipo

V S25 S36 ST40 Power Max Plus 50

Power Max Ultra 70-P

PowerMax Ultra 75-P PowerMax Ultra 80-P PowerMax Ultra

85-P Tensão do Sistema W 12 12 12 12 70 75 80 85 Potência Máxima W 24 36 40 50 70 75 80 85 Potência de Pico Mínima (STC) A 22,5 33,5 36 45 66,5 71,25 76 80,75 Corrente @ Potência Máxima V 1,45 2,18 2,41 2,94 4,29 4,52 4,73 4,94 Tensão @ Potência Máxima A 16,5 16,5 16,6 17 16,3 16,6 16,9 17,2 Corrente de curto-circuito V 1,5 2,3 2,7 3,26 5,15 5,25 5,35 5,45 Tensão em circuito aberto Ah/d 21,4 21,4 23,3 21,5 21 21,4 21,8 22,2 Capacidade de carga diária* - 7,3 10,9 12,1 14,7 21,5 22,6 23,7 24,7 Tecnologia - Poli poli CIS Poli mono mono mono mono Comprimento - 9,70% 10,30% 9,40% 10,80% 11,1 11,9 12,7 13,9 Caixa de Terminais

12mm dia

ext 4mm² bitola

Largura Mm 550 635 1293 861 1200 1200 1200 1200 Espessura (c/caixa de conexão) Mm 449 550 328 536 527 527 527 527 Espessura (frame de alumínio). Mm 45 45 35 34 56 56 56 56 Peso Mm 38 38 35 34 34 34 34 34 Código Kg 3,4 4,4 7,0 5,5 7,6 7,6 7,6 7,6

29691 19692 15845 31975 31976 31977 31978 31979 FONTE: RF COM Sistemas Ltda. – 2008.

35

A figura 3.11 apresenta um exemplo de sistema flutuante de bombeamento

de água para irrigação, instalado no Açude Rio dos Peixes, Município de Capim

Grosso – BA. O sistema é formado por 16 painéis M55 da Siemens e uma bomba

centrífuga de superfície Mc Donald de 1 HP DC. Em época de cheia, o sistema fica a

15 m da margem do açude e bombeia água a uma distância de 350 m, com vazão de

12 m3 por dia.

Trata-se de uma parceria entre o National Renewable Energy Laboratory –

NREL, o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL e a Companhia de

Eletricidade do Estado da Bahia – COELBA, tendo ainda a participação da Secretaria

de Agricultura e Irrigação do Estado da Bahia e da Associação de Moradores de Rio

do Peixe ZILLES, FEDRIZZI, TRIGOSA, SANTOS (2000).

Outro exemplo de bombeamento fotovoltaico de água, á região do Pontal

do Paranapanema (Extremo-Oeste do Estado de São Paulo), é apresentado na

Figura 3.12. O reservatório tem capacidade de armazenamento de 7.500 litros e altura

manométrica de 86 metros, abastecendo 43 famílias. O sistema fotovoltaico é

constituído de 21 módulos MSX 70, com potência nominal de 1.470 Wp USP; IEE,

(2000). Entre novembro de 1998 e janeiro de 1999, cerca de 440 famílias foram

beneficiadas em todas as sociedades, ZILLES, FEDRIZZI, TRIGOSA, SANTOS

(2000).

FIGURA 3.11 Sistema Fotovoltaico de Bombeamento de Água Para Irrigação (Capim Grosso - BA) FONTE: Centro de Referência para a Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito - CRESESB. 2000. Disponível em: www.cresesb.cepel.br/cresesb.htm.

36

http://www.cresesb.cepel.br/cresesb.htm

37

A Figura 3.11 e 3.12 exemplifica um sistema de atendimento domiciliar

instalado no âmbito do projeto Ribeirinhas. Esse projeto constitui uma ação

estratégica do Programa Nacional de Eletrificação “Luz no Campo” e tem como

objetivo a implantação, em localidades ribeirinhas na região amazônica, de sistemas

baseados em fontes alternativas para geração de energia elétrica. O projeto é

conduzido pelo CEPEL e pela ELETROBRAS, em colaboração com a Universidade

Federal do Amazonas ZILLES, FEDRIZZI, TRIGOSA, SANTOS (2000).

3.5 APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE CHUVA

3.5.1 Disponibilidade de Recursos Hídricos em Nível Mundial

UNIÁGUA (2006) apud Marinoski (2007) em seus estudos mostram que a

disponibilidade de recursos hídricos compreende todos os recursos de água, tanto

FIGURA 3.12 Sistema de Bombeamento Fotovoltaico – Santa Cruz I (Mirante do Paranapanema -SP). FONTE: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO – USP. Instituto de Eletrotécnica e Energia – IEE. Formação Técnica. São Paulo: 2000.

38

superficiais quanto subterrâneas em uma determinada região ou bacia hidrográfica,

para qualquer uso.

Do volume total de água existente no planeta, é estimado que apenas 2,5%

sejam de água potável ou simplesmente água doce, sendo que grande parte deste

volume não está facilmente acessível. Apenas 0,266% deste total se encontra em

lagos, rios e reservatórios, estando o restante distribuído na biomassa e na atmosfera

sob a forma de vapor. Deste modo, estima-se que somente 0,007% de toda a água

doce do planeta encontra-se em locais de simples acesso para o consumo humano.

Tomaz (2001) apud Marinoski (2007), nos informa que o percentual de

68,9% de água doce estão congelados nas calotas polares do Ártico, Antártida e nas

regiões montanhosas. Já a água subterrânea compreende em torno de 29,9% do

volume de água doce no planeta.

Segundo o autor, a água no planeta encontra-se distribuída de forma não

uniforme, sendo que na Ásia e na América do Sul se concentram os maiores volumes

disponíveis. A Ásia detém a maior parcela mundial deste recurso, totalizando

aproximadamente 31,6%, e alcançando vazões de 458.000 km³/ano. Os menores

potenciais são encontrados na Oceania, Austrália e Tasmânia. Os valores de

produção hídrica por região do mundo estão apresentados na Tabela 3.6.

TABELA 3.6: Produção Hídrica no Mundo por Região Região do Mundo Vazão (km³/ano) Porcentagem (%)

Ásia 458.000 31,6

América do Sul 334.000 23,1

América do Norte 260.000 18

África 145.000 10

Europa 102.000 7

Antártida 73.000 5

Oceania 65.000 4,5

Austrália e Tasmânia 11.000 0,8

Total 1.448.000 100

FONTE: TOMAZ, 1998 apud Marinoski 2007

39

3.5.2 Recursos Hídricos no Brasil

No Brasil podemos encontrar abundância de recursos hídricos estimada

em 35.732 m³/hab/ano, sendo considerado um país “rico em água”. Além disso, em

relação ao potencial hídrico mundial, o Brasil conta com 12% da quantidade total de

água doce no mundo (TOMAZ, 2001apud Marinoski 2007).

Entre os países da América do Sul, o Brasil se destaca por possuir uma

vazão média de água de 177.900 km³/ano, o que corresponde a 53% da vazão média

total da América do Sul, conforme é apresentado na Tabela 3.7.

TABELA 3.7: Produção Hídrica entre os países da América do Sul.

América do Sul Vazão (km³/ano) Porcentagem (%) Brasil 177.900 53

Outros países 156.100 47 Total 334.000 100

FONTE: Marinoski (2007).

Segundo Aneel (2007) apud MARINOSKI (2007), a disponibilidade hídrica

do Brasil encontra-se, na maior parte, distribuída em bacias hidrográficas. As

principais bacias hidrográficas do Brasil são do Rio Amazonas, do Tocantins-

Araguaia, do São Francisco, do Atlântico Norte Nordeste, do Uruguai, do Atlântico

Leste, do Atlântico Sul e Sudeste, dos Rios Paraná e Paraguai.

Verificam-se no Brasil, que as regiões mais populosas são justamente as

que possuem menor disponibilidade de água, por outro lado onde há muita água

ocorre baixo índice populacional. A exemplo disso pode-se citar a Região Sudeste do

Brasil, que dispõe de um potencial hídrico de apenas 6% do total nacional, porém

conta com 43% do total de habitantes do país, enquanto a Região Norte, que

compreende a Bacia Amazônica, apresenta 69% de água disponível, contando com

apenas 8% da população brasileira GHISI (2006) apud Marinoski (2007).

40

3.5.3 Aproveitamento de Água Pluvial

MAY, (2004) ao estudar o aproveitamento das águas de chuva apontou a

existência de vários aspectos positivos no uso de sistemas para aproveitamento de

água pluvial, que possibilitam reduzir consideravelmente o consumo de água potável

diminuindo os custos de água fornecida pelas companhias de abastecimento e

minimizam riscos de enchentes e preservar o meio ambiente.

Com isso, podemos citar outras vantagens do aproveitamento de água de

chuva SIMIONI et al, (2004) apud Marinoski (2007):

§ Utiliza estruturas existentes na edificação (telhados, lajes e rampas);

§ Baixo impacto ambiental;

§ Água com qualidade aceitável para vários fins com pouco ou nenhum

tratamento;

§ Complementa o sistema convencional;

§ Reserva de água para situações de emergência ou interrupção do

abastecimento público.

Para pensarmos em um sistema de abastecimento de água pluvial,

pensamos primeiro na sua viabilidade dependendo essencialmente dos seguintes

fatores: precipitação, área de captação e demanda de água.

Além disso, para projetar tal sistema devem-se levar em conta as

condições ambientais locais, clima, fatores econômicos, finalidade e usos da água,

buscando não uniformizar as soluções técnicas.

A água de chuva pode ser utilizada em várias atividades com fins não

potáveis no setor residencial, industrial e agrícola. No setor residencial, pode-se

utilizar água de chuva em descargas de vasos sanitários, lavação de roupas, sistemas

de controle de incêndio, lavagem de automóveis, lavagem de pisos e irrigação de

jardins. Já no setor industrial, pode ser utilizada para resfriamento evaporativo,

climatização interna, lavanderia industrial, lavagem de maquinários, abastecimento de

41

caldeiras, lava jatos de veículos e limpeza industrial, entre outros. Na agricultura, vem

sendo empregada principalmente na irrigação de plantações MAY & PRADO (2004).

Segundo MAY (2004) os sistemas de coleta e aproveitamento de água de

chuva em edificações são formados por quatro componentes básicos: áreas de

coleta; condutores; armazenamento e tratamento.

O funcionamento de um sistema de coleta e aproveitamento de água de

pluvial consiste de maneira geral, na captação da água da chuva que cai sobre os

telhados ou lajes da edificação. A água é conduzida até o local de armazenamento

através de calhas, condutores horizontais e verticais, passando por equipamentos de

filtragem e descarte de impurezas. Em alguns sistemas é utilizado dispositivo

desviador das primeiras águas de chuva. Após passar pelo filtro, a água é

armazenada geralmente em reservatório enterrado (cisterna), e bombeada a um

segundo reservatório (elevado), do qual as tubulações específicas de água pluvial irão

distribuí-la para o consumo não potável onde mostram na Figura 3.13.

.

Em áreas para captação de água de chuva, comumente utiliza-se materiais

como: telhas galvanizadas pintadas ou esmaltadas com tintas não tóxicas, superfícies

FIGURA 3.13: Esquema de Funcionamento de Sistema de Aproveitamento de Água de Chuva. FONTE: Marinoski (2007)

42

de concreto, cerâmicas, policarbonato e fibra de vidro. As calhas também devem ser

fabricadas com materiais inertes, como PVC ou outros tipos de plásticos, evitando

assim, que partículas tóxicas provenientes destes dispositivos venham a ser levadas

para os tanques de armazenagem MACOMBER (2001) apud MARINOSKI (2007).

3.5.4 Captação

O sistema de capitação de água de chuva é a maneira mais rápida de se

obter grandes volume de água em um período de tempo bastante reduzido, e de

razoável qualidade. Existem duas maneiras que são as mais conhecidas de se captar:

a primeira é utilizando o telhado e calhas da casa, e a segunda é revestindo o subsolo

de uma área de encosta com plástico e canalizando a água, pré-filtrada pelo solo, até

uma caixa ou reservatório, apresentado na Figura 3.14 e 3.15.

A sua armazenagem poderá ser feita em uma caixa separada ou

diretamente na cisterna, caixa central (SOECOMG, 2008).

FIGURA 3.14: Esquema Geral da Caixa ou Reservatório para Água de Chuva com Escada de Acesso para Limpeza. FONTE: Soecomg (2008).

43

3.5.5 Qualidade da Água de Chuva

Tomaz (2003) apud Martins e Nascimento (2006) em seus estudos sobre

aproveitamento da água de chuva assegurou que para se ter conhecimento da

qualidade da água de chuva devem-se diferenciar as analises em quatro formas

distintas, quais sejam:

§ Antes de atingir o solo;

§ Após escorrer pelo telhado;

§ Dentro do reservatório;

§ No ponto de uso.

Cada uma dessas quatro formas apresenta peculiaridades distintas nos

elementos químicos e bacteriológicos encontrados nas analises e dependem muito da

localização geográfica da área de precipitação, do tipo de atividades exercidas no

entorno, etc., em fim vários fatores podem influenciar nessas analises dependendo da

área a ser analisada.

FIGURA 3.15: Esquema de Caixa ou Reservatório com Utilização de Crivo para Filtrar a Água e Sistema Manual de Retirada da Mesma. FONTE: Soecomg (2008).

44

Vários estudos foram realizados por Gould 2003 apud Tordo 2004 e

mostram que, devido ao contato com a superfície do telhado, a água coletada de

chuva não apresenta os padrões de potabilidade da OMS para água potável,

principalmente quanto aos critérios da qualidade microbiológica. Outra preocupação

se deve à poluição por metais pesados ou outros produtos químicos.

Segundo estudos realizados por Tordo, 2004, Na região de Blumenau (SC),

para avaliar a qualidade da água em três diferentes tipos de cobertura, quais sejam:

fibrocimento, cerâmica e metálica; com relação aos parâmetros - pH, alcalinidade total,

cloretos, cor aparente, dureza total, ferro total, sílica, turbidez e coliformes - e cujos

resultados demonstraram que o telhado de fibrocimento apresenta uma capacidade

de neutralizar os ácidos e, presentes na água da chuva, maior que as outras duas

coberturas estudadas, cujo valor médio, encontrado, foi 6,99, e uma alcalinidade total

média de 37,06 ppm. Quanto ao aspecto bacteriológico, às amostras apresentaram

elevada quantidade de organismos patogênicos e, em algumas amostras, a turbidez e

a cor aparente não alcançaram o padrão de portabilidade e, portanto, não é

recomendada para consumo humano, sem prévio tratamento por filtração e

desinfecção. Tais valores constam da Tabela 3.8.

TABELA 3.8: Valores Médios dos Parâmetros da Chuva, Coletados nos Diversos Tipos de Coberturas.

FONTE: Cipriano, 2004

Fibrocimento Cerâmica Metálica (Zinco) Parâmetros Valor

Médio Valor

Máximo Valor

Mínimo Valor Médio

Valor Máximo

Valor Mínimo

Valor Médio

Valor Máximo

Valor Mínimo

PH 6,99 8,63 5,57 5,73 6,82 5,21 4,70 6,82 4,13 Alcalinidade Total (ppm) 37,06 55,96 18,00 11,73 16,00 8,00 9,71 16,00 8,00

Cloretos (ppm) 5,09 11,28 1,41 3,72 5,64 2,82 6,85 5,64 2,82 Cor Aparente (uH) 17,33 95,00 4,00 18,45 43,00 7,00 18,71 43,00 4,00 Dureza Total (ppm) 60,44 108,00 20,00 21,91 48,00 3,00 35,14 48,00 20,00

Ferro Total (ppm) 0,35 2,85 0,068 0,32 2,02 0,026 0,23 2,02 0,073

Sílica (ppm) 3,18 16,74 0,00 2,92 13,21 0,212 1,70 13,21 -

Temperatura (ºC) 25,22 27,00 25,00 25,09 27,00 24,00 25,00 27,00 25,00

Turbidez (uT) 2,34 1,79 0,28 1,70 5,00 0,20 2,13 5,00 0,24

Escherichia coli

(NMP/100mL) 280,79 1299,70 0,00 236,93 900,00 2,00 269,00 >1600,00 Ausente

Coliformes totais

(NMP/100mL) 1453,85 >2419,60 1,00 1054,45 >1600,00 39,50 934,40 >1600,00 140,80

45

Segundo Cipriano, 2004, o padrão de potabilidade da água, para consumo

humano, vigente no Brasil, consta da Portaria nº. 518, de 25 de março de 2004, do

Ministério da Saúde, publicada no Diário Oficial da União, e discorre sobre

procedimentos e responsabilidades, inerentes ao controle e à vigilância da qualidade

da água, para consumo humano. Nele estabeleceu-se o padrão de potabilidade da

água, para o consumo humano, e constam outras providências. Ainda, ali,

estabeleceram-se os limites máximos, permitidos, para dezenas de parâmetros, os

quais precisam ser respeitados para toda a água que se destine para consumo

humano. Pois, toda água, destinada ao consumo humano, deve obedecer ao Padrão

de Potabilidade e ao Padrão de Aceitação para Consumo Humano e está sujeita à

vigilância em nome da qualidade da água. Os parâmetros da tabela 3.9 são

apontados na Portaria 518/2004.

TABELA 3.9: Padrões de Potabilidade, Estabelecidos pela Portaria nº. 518/2004, do Ministério da Saúde.

Parâmetros Limites Máximos

PH 6,0 a 9,5 Alcalinidade total (ppm) --

Cloretos (ppm) 250 Cor Aparente (ppm PtCo) 15

Dureza Total (ppm) 500 Ferro Total (ppm) 0,3

Sílica (ppm) -- Temperatura 1

Eucherichia coli (NMP/100ml) Ausência Coliformes Totais (NMP/100ml) Ausência

. FONTE: Cipriano, 2004.

Cipriano (2004) ao estudar formas de tratamento para as águas de chuva

com diferentes tipos de coberturas, concluiu o seguinte:

1) Coberturas de Fibrocimento e Amianto - Embora não sejam mais

usadas em telhados de residências, ainda se encontram em muitas

residências antigas. As fibras de amianto são perigosas à saúde

quando inaladas em quantidades suficientes. O telhado deve ser

46

deixado intocável até que as fibras e vestígios do amianto sejam

eliminados, devido ao corte ou perfuração. Os métodos de limpeza

com alta pressão também devem ser evitados e as áreas ou placas

que estiverem deterioradas devem ser substituídas por amiantos-

livres;

2) Cobertura de Telha Cerâmica ou de Concreto - A superfície da

telha de cimento ou da cerâmica colorida oxida-se com o tempo, e

detritos dessa oxidação podem ser escoados para os tanques de

armazenamento colorindo a água. A água pode tornar-se tóxica,

devido à pintura das telhas. Pinturas à base de chumbo (incluindo

primer) são tóxicas e não apropriadas para uso potável. A água

proveniente de ambientes com pintura acrílica – em cuja composição

entram produtos químicos e detergentes - não deve ser coletada no

primeiro fluxo. Materiais derivados do betume (piche) geralmente não

são recomendados, por conter substâncias perigosas e por causar

gosto na água;

3) Cobertura com Madeira Tratada - Os produtos químicos usados

para tratamento ou preservação das telhas de madeira utilizadas na

Austrália são a base de água com cobre, cromo, arsênio e boro, à

base de óleo com alcatrão, ou solventes orgânicos, como o

pentaclorofenol;

4) Folhas Metálicas de Chumbo - O chumbo é um veneno cumulativo

que provoca vários efeitos à saúde, principalmente ao sistema

nervoso central, não se recomendando a utilização desse material em

áreas de captação de água de chuva para fins potáveis.

3.5.5 Análise Físico-Químicas e Bacteriológicas

A qualidade da água é determinada por sua composição física, química e

bacteriológica. Para o consumo humano é necessário que á água seja potável, isto é,

livre de mataria suspenso visível, cor, sabor e odor, de quaisquer organismos capazes

de provocar enfermidades ou de quais quer substância orgânicas ou inorgânicas que

47

possam produzir efeitos fisiológicos prejudiciais (MINISTERIO DA SAÚDE,

PORTARIA Nº 1469).

Segundo Netto (2000), as características principais para análise física da

água são as seguintes: cor, turbidez, pH, sabor, odor, temperatura e condutibilidade

elétrica. Já as principais características químicas são: pH, alcalinidade, dureza, ferro,

magnésio, cloretos, sulfatos, sólidos totais, impurezas orgânicas, nitratos, oxigênio

dissolvido, demanda de oxigênio, fenóis, detergentes e substâncias tóxicas, são

mostradas na tabela 3.10. No que diz respeito às características biológicas são

coliformes fecais, coliformes totais, entre outros e são determinados através de

exames bacteriológicos e hidrobiológicos.

TABELA 3.10: Padrões de Potabilidade da Água

Padrão de Potabilidade (ppm) ou mg/l Características

Máxima recomendada Máxima tolerada Física

Turbidaz (sílica) 1 5 Cor (esc. Cobalto) 10 15

Odor inobjetável (ausência de odor objetável) Sabor inobjetável (ausência de odor objetável)

Químicas

Manganês (em Mn) – 0,1 Chumbo (em Pb) – 0,1

Cobre – 3 Zinco – 5

Ferro (em Fe) – 0,3 Arsênico (em Se) 0,05 0,1 Selénio (em Se) – 0,05

Cromo Hexavalente – 0,05 Fluoretos 1 1,5

Cloretos (Cl) – 250 Compostos de Fenol – 0,001

Sulfatos (SO4) – 250 Dureza (CO3Ca) 100 500

Cloro livre 0,2 0,5 Sólidos totais 500 1000

pH pHs (ph de saturação) 6 e isenção de alcalinidade cáustica

90% tempo inferior a 1 Bacteriológica N.m.p. (nº mais provável de coliformes por 100 ml) Águas tratadas

100% tempo inferior a 10

FONTE: Segundo portaria nº 518. - 2004.

48

3.5.6 Análise Física da Água da Chuva

Segundo OLIVEIRA E AMARAL (2004), as principais análise física da água

são: cor, turbidez, sabor, odor, temperatura. Essas características envolvem

praticamente aspecto de ordem estética e psicológica, exercendo uma influência no

consumidor, pois que, dentro de determinados limites, não tem relação com

inconvenientes de ordem sanitária. Contudo, sendo perceptíveis pelo consumidor,

independentemente de um exame, o seu acentuado teor pode causar certa

repugnância a consumidores mais ou menos exigentes; pode também favorecer uma

tendência para a utilização de águas de melhor aparência, porém de má qualidade

sanitária, com prejuízo para a segurança.

Segundo o autor, os exames físico é o menos importante dos exames e

análises que caracterizam a qualidade de uma água: seu resultado não deve ser

interpretado separadamente de outros exames e análises. O mesmo mostra as

seguintes características:

Cor: é determinada pela alteração na aparência da água através de

substancias dissolvidas ou em suspensão, dependendo da qualidade do material

presente. A cor pode ser facilmente removida da água por coagulação física. Sento

sensível ao pH, a sua remoção torna-se mais acessível em pH baixo, ou seja, em

meio ácido.

Turbidez: é uma característica decorrente de presença de substância em

suspensão, ou seja, de sólidos suspensos, finalmente divididos em estado coloidal, e

de organismos microscópicos.

A turbidez é uma característica própria das águas correntes, sendo em

geral baixa nas águas dormentes. Foi inicialmente medida determinando-se na

espessura da camada de água necessária para que desapareça da vista a chama de

uma vela padronizada; os padrões de medida são constituídos por suspensões de

sílica ou formazina em água destilada, expressas em mg/l ou em ppm da denominada

UTJ (Unidade Jackson de Turbidez) ou OFT (Unidade Formazina de Turbidez),

respectivamente. Praticamente são utilizados aparelhos que operam pelo princípio da

comparação entre o efeito Tyndall produzido por iluminação lateral da amostra e o

feixe de luz obtido por transparência, a partir da mesma fonte luminosa. O sistema

49

atual de medição é aquele que emprega o processo de nefelometria, ou seja, através

de uma fotocélula mede-se a quantidade de luz que emerge perpendicularmente de

um feixe luminoso que passa pela amostra.

Segundo o Ministério da Saúde, Portaria nº 1469 de 29 de dezembro de

2000, artigo 16º, o valor o valor máximo permitido para o parâmetro turbidez é de 5

UNT (Unidade Nefelométrica de Turbidez).

Sabor e Odor: as características do sabor e do odor são consideradas em

conjunto, pois geralmente a sensação de sabor decorre da combinação de gosto mais

odor; são características que provocam sensações subjetivas nos órgãos sensitivos

do olfato e do paladar, causadas pela existência de substâncias como matéria

orgânica em decomposição, resíduos industriais, gases dissolvidos, algas, etc. No

caso particular de sais dissolvidos em concentrações elevadas, o gosto é sentindo,

sem que se sinta o odor ou o sabor, como por exemplo, cloreto de sódio. Os gostos

são quatro, a saber: doce, amargo, ácido e salgado. Da combinação destes com os

vários tipos de odor, resultam os sabores.

O sabor e odor são características que podem estar presentes nas águas

correntes ou dormentes. As águas subterrâneas raramente possuem características

de sabor e odor perceptíveis, a não ser o decorrente de sais dissolvidos em excesso.

Quanto ao odor assinala-se métodos americanos (“Standar Mehods for the

Eamination of Water and Sewage”) que estabelecem um padrão de medida baseados

na determinação da máxima diluição da amostra em que o operador treinado é capaz

de perceber algum cheiro. Quanto ao sabor não existe nenhum processo de medida.

Levando em conta estas dificuldades os padrões de potabilidade em geral

estabelecem que as águas, quanto ao sabor e odor, devem ser inobjetíveis, ou seja,

deve haver ausência de sabor e de odor.

Temperatura: particularmente para uso doméstico a água deve ter

temperatura refrescante.

50

3.5.7 Características Químicas

Segundo AMARAL E OLIVEIRA (2004) as características químicas das

águas são devidas à presença de substancias dissolvidas, geralmente avaliáveis

somente por meios analíticos.

São de grande importância, tendo em vista as conseqüências sobre o

organismo dos consumidores, ou sob o aspecto higiênico, bem como sob o aspecto

econômico; assinale-se ainda a utilização de certos elementos como cloretos, nitritos

e nitratos bem como o teor de oxigênio consumido como indicadores de poluição,

permitindo-se concluir se a poluição é recente ou remota, se é maciça ou tolerável.

As características químicas das águas são determinadas por meio de

análises químicas, seguindo métodos adequados e padronizados para cada

substância. Os resultados são fornecidos em concentração da substância em mg/l

(miligrama por litro).

Na determinação das características químicas das águas, os principais

aspectos a serem considerados, são:

pH: o pH é utilizado universalmente para analisar as características ácidas

ou alcalino de uma solução. O parâmetro pH mede a concentração do íon hidrogênio,

podendo ser analisado colorimetricamente ou eletrometricamente. Com a análise do

potencial hidrogeniônico da água é possível verificar a ocorrência de corrosividade

quando o pH é baixo ou incrustações nas tubulações do sistema de distribuição com o

pH alto.

Segundo o CONAMA, 1986 apud May, 2004 na resolução nº 20 de junho

de 1986, artigo 26º, o parâmetro pH pode variar entre 6 e 9. Segundo USEPA 1992 e

Hespanhol 2003, o pH deverá estar entre 6-9. O Ministério da Saúde, portaria nº 1469

de 29 de dezembro de 2000, artigo 16º recomenda que o pH da água esteja entre 6 e

9,5.

Alcalinidade: a alcalinidade é devida à presença de bicarbonatos,

carbonatos e hidróxidos, quase sempre de alcalinos ou alcalino terrosos (sódio,

potássio, cálcio, magnésio etc.).

51

Agressividade: A tendência da água a corroer os metais pode ser

conferida pela presença de ácidos minerais (casos raros) ou pela existência em

solução de oxigênio, gás carbônico e gás sulfídrico.

De modo geral, o oxigênio é fator de corrosão dos produtos ferrosos, o gás

sulfídrico dos não ferrosos e o gás carbônico dos materiais à base de cimento.

Salinidade: o conjunto de sais normalmente dissolvidos na água, formado

pelos bicarbonatos, cloretos, sulfatos e, em menor quantidade, pelos demais sais,

pode como já foi dito, conferir à água um sabor salino, já focalizado, e uma

propriedade laxativa (sulfatos).

O teor de cloretos pode ser indicativo de poluição por esgotos domésticos

(próxima ou remota); verifica-se pela comparação de várias análises, após estudos de

condições e situações locais.

De modo geral a salinidade excessiva é mais própria das águas profundas

que das superficiais, sendo, porém, sempre influenciada pelas condições geológicas

dos terrenos banhados ou lixiviados.

Dureza: é uma característica conferida à água pela presença de sais

alcalino-terrosos (cálcio, magnésio, etc) e alguns metais, em menor intensidade.

Quando os sais são bicarbonatos (de cálcio, de magnésio, etc.), a dureza é

denominada temporária, pois pode ser eliminada quase totalmente pela fervura.

Quando é devida a outros sais é denominada permanente.

Uma nomenclatura mais lógica, e que deve ser adotada, é a que denomina

as durezas em: devidas aos carbonatos e aos não-carbonatos.

A dureza é caracterizada pela extinção de espuma formada pelo sabão,

índice visível de uma reação mais complexa, o que dificulta o banho e a lavagem de

utensílios domésticos e roupas, criando problemas higiênicos.

As águas duras, em função das condições desfavoráveis de equilíbrio

químico, podem incrustar as tubulações.

Ferro e Manganês: O ferro, com certa freqüência, associado ao manganês,

confere à água um sabor, ou melhor, uma sensação de adstringência e coloração

avermelhada, decorrente da precipitação do mesmo.

52

As águas ferruginosas mancham as roupas, durante a lavagem, os

aparelhos sanitários e podem provocar deposições em tubulações.

O manganês é semelhante ao ferro, porém menos comum, e a sua

coloração característica é marrom, e, quando na forma oxidada é preto.

Impurezas Orgânicas e Nitratos: O termo impurezas orgânicas é

aplicável a um número de constituintes de origem animal ou vegetal, que podem

indicar uma poluição recente ou remota. Incluem-se neste item: a matéria orgânica,

em geral, e o nitrogênio sob as diversas formas (orgânico, amonical, albominóide,

nitroso e nítrico).

Seguindo o nitrogênio um ciclo que o conduz à mineralização total, sob a

forma de nitratos, é possível avaliar o grau e a distância de uma poluição, pela

quantidade e forma de apresentação dos derivados azotados.

Independente de sua origem, que também pode ser mineral, os nitratos

presentes na água, em quantidades maiores, provocam em crianças o estado

mórbido denominado cianose ou metemoglobinemia.

Toxidez Potencial: Certos elementos ou compostos tóxicos por natureza

podem estar presentes na água. Geralmente constituem o produto de lançamentos

industriais poluidores ou de atividades humanas.

Podem ser citados cianetos, cromo hexavalente (cromatos) e cádmio

resultado de cromações e eletro-deposições; arsênico, resultado de usos agrícolas;

cobre, zinco e chumbo pelo uso de tubulações com águas solventes;

Fenóis e Detergentes: O progresso industrial moderno vem incorporando

os compostos fenólicos e os detergentes entre as impurezas encontradas em solução

na água.

Sempre decorrente de fatores poluidores, estão constituindo problemas

numa fase em que está se tornando comum o termo “reuso” da água.

O fenol é tóxico, mas muito antes de atingir teores prejudiciais à saúde já

constitui inconveniente para águas que tenham que ser submetidas ao tratamento

pelo cloro, pois combina com o mesmo, provocando o aparecimento de gosto e cheiro

desagradáveis.

53

Os detergentes, em mais de 75% dos casos, constituídos de Alkyl benzeno

sulfonatos (ABS) são indestrutíveis naturalmente, e, por isso, sua ação perdura em

abastecimento de água a jusante de lançamentos que os contenham.

O mais visível inconveniente reside na formação de espuma quando a

água é agitada; nas concentrações maiores trazem conseqüências fisiológicas;

Radioatividade: O desenvolvimento da indústria nuclear trará certamente

problemas de radioatividade ambiente e as águas de chuva poderão carrear a

contaminação, quando esta já não for por lançamento direto.

O assunto está sob controle das entidades oficiais especializadas. Nas

regiões sul-americanas ainda não se constitui motivo de preocupação. Contudo,

existem vários tipos de indústrias (não-nucleares), que lançam subprodutos

radioativos na água, como, por exemplo, tintas fosforescentes, o que pode vir a

constituir um problema.

3.5.8 Análise Bacteriológica da Água da Chuva

Segundo Expolador, 2002 apud May, 2004, coliformes fecais são bactérias

permanentes ao grupo de coliformes totais. São caracterizadas pela presença de

enzima β-galactosidade e pela capacidade de fermentar a lactose com produção de

gás em 24 horas à temperatura de 44-45ºC, em meios contendo sais biliares ou

outros agentes tenso-ativos com propriedades inibidoras semelhantes.

Além da presença de fazes humanas e de animais podem, também, podem

ser encontradas em solos, plantas ou quaisquer efluentes contendo matéria orgânica.

Segundo Expolador, 2002 apud May, 2004, o método utilizado para

verificar a presença de coliformes fecais baseia-se na filtração de volumes adequado

de água, através de uma membrana filtrante com porosidade de 0,45 μm. Com a

contagem das colônias permite-se calcular a densidade de bactérias presente na

atmosfera da água. A contagem dos coliformes fecais (colônia) serve para determinar:

• Avaliação e controle da qualidade bacteriológica da água mineral e

potáveis de mesa, na origem, no processo e no produto de mesa;

54

• Avaliação e controle de água tratada;

• Avaliação e controle de qualidade de mananciais e corpos d’água;

• Avaliação e controle das condições de sistema industriais.

Segundo Expolador (2002) apud May (2004), o grupo dos coliformes totais

inclui todas as bactérias na forma de bastonetes gram-negativos, não esporogênicos,

aeróbios ou anaeróbios facultativos, capazes de fermentar o lactose com produção de

gás, em 24 a 48 horas a 35ºC.

O índice de coliformes totais avalia as condições higiênicas, já o índice de

coliformes fecais é empregado como indicador de contaminação fecal, avaliando as

condições higiênico-sanitária deficientes visto presumir-se que a população deste

grupo e constituída de uma alta proporção de E. Coli. (Escherichia coli). Bactéria que

pertence ao grupo coliformes têm como habitat o trato intestinal do homem e de

outros animais.

3.5.9 Estimativa de Consumo

Para Feitosa e Filho (2003), o consumo médio de água por pessoa por dia,

conhecido por consumo “per capta" de uma comunidade é obtido, dividindo-se o total

de seu consumo de água por dia pelo número de pessoas servidas. O consumo de

água depende de vários fatores, sendo complicada a determinação do gasto mais

provável por consumidor. No Brasil, costuma-se adotar quotas médias "per capta"

diárias de 120 a 200 litros por pessoa.

Vickers (2001) apresentou em seus estudos a estimativa de consumo de

água para o uso interno e externo, conforme mostra a tabela 3.11.

55

TABELA 3.11: Estimativa do Consumo de Água Uso interno % do Consumo Água de Chuva

Descargas na bacia sanitárias 20 a 25% Sim Chuveiros e banheiras 15 a 20% Não

Máquinas de lavar roupas 10 a 15% Sim Máquinas de lavar pratos 2 a 5% Não

Torneiras internas 5 a 10% Não Uso externo

Jardim 25 a 30% Sim Piscina 0 a 5% Sim

Lavagem de carro 0 a 5% Sim Lavagem de área externa 0 a 2% Sim

FONTE: Tomaz – 2003.

Deve-se adotar 80 litros d’água por pessoa/dia. No caso de bacia sanitária

com caixa de descarga deve-se acrescentar mais 40 litros, ou seja, 120 litros (em

média 2 descargas por dia).

Nos projetos de abastecimento público de água, o "per capita" adotado,

varia de acordo com a natureza da cidade e o tamanho da população. A maioria dos

órgãos oficial adota 200 litros/habitante/dia para as grandes cidades, 150

litros/habitante/dia para médias e pequenas. A Fundação Nacional de Saúde acha

suficiente 100 litros/habitante/dia para vilas e pequenas comunidades. Em caso de

abastecimento de pequenas comunidades, com carência de água e de recursos é

admissível até 60 litros/habitante/dia.

3.5.10 Coeficiente de Runoff

Para Tomaz (2003) apud May (2004) para efeito de cálculo, o volume de água

de chuva que pode ser aproveitado não é o mesmo do precipitado. Assim são

estimadas que vão de 10% a 33% do volume precipitado. O Coeficiente de Runoff é a

perda de água por evaporação, vazamentos, lavagem do telhado, etc. Utiliza-se a

letra C para indicar o coeficiente de Runoff.

Segundo Azevedo Netto (1998) afirmou que do volume total de água

precipitado sobre o solo, apenas uma parcela escoa sobre a superfície constituindo as

56

enxurradas, os córregos, os ribeirões, os rios e os lagos. O restante é interceptado

pela cobertura vegetal e depressão do terreno, infiltra e evapora. A proporção entre

essas parcelas, a que escoa e a que fica retida ou volta à atmosfera, depende das

condições físicas do solo – declividade, tipo da vegetação, impermeabilização,

capacidade de infiltrações, depressões. A tabela 3.12 apresenta as faixas de valores

do coeficiente de Runoff (C) para diferentes superfícies.

TABELA 3.12: Valores Usuais de C

Natureza da bacia C Telhados 0,70-0,95 Superfícies asfaltadas 0,85-0,90 Superfícies pavimentadas e paralelepípedos 0,75-0,85 Estradas macadamizadas 0,25-0,60 Estradas não pavimentadas 0,15-0,30 Terrenos descampados 0,10-0,30 Parques, jardins, campinas 0,50-0,20

FONTE: Azevedo Neto - 1998

Segundo Tomaz (2003), apud Martins e Nascimento (2006), cita que o

valor do coeficiente de Runoff, de acordo com a literatura, varia entre 0,70 a 0,90.

3.5.11 Precipitação Pluviométrica

A precipitação é a quantidade de chuva que cai do céu, sendo um dos

fatores que atuam diretamente no potencial de captação. O índice anual de chuva do

local onde se deseja instalar o sistema é uma informação fundamental. O índice

pluviométrico mede quantos milímetros chove por ano em um m².

Esta precipitação deve ser estabelecida em função de dados médios

mensais publicados em nível nacional, regional ou local e também em função da série

histórica de chuvas na região de implantação do sistema Peters (2006).

57

3.5.12 Área de Captação

A área de captação é aquela onde ocorre toda a coleta da água de chuva

que será armazenada. É um dos pontos principais que são levados em consideração

no dimensionamento, pois a partir desta, é que será determinada a quantidade de

água de chuva que poderá ser captada e aproveitada. Comumente, estas áreas são

as superfícies dos telhados, as áreas impermeabilizadas (lajes, áreas de

estacionamentos, pátios) ou drenagem do solo Figura 3.16. Geralmente a água é

captada dos telhados das residências e das indústrias. A captação da água de chuva

através dos telhados é considerada mais simples e em sua maioria produz uma água

de melhor qualidade comparada aos outros sistemas Peters (2006).

a) Telhado b) Área impermeabilizada - Laje

c) Telhado e Pátio

FIGURA 3.16: Áreas de Captação de Água de Chuva FONTE: Waterfall (2002).

Segundo Peters (2006) as coberturas devem ser projetadas e executadas

de acordo com as normas técnicas. Elas podem ser inclinadas, pouco inclinadas ou

planas, pois, para cada tipo de material há um tipo de inclinação e um fator de

58

escoamento (C) onde, para captação de água de chuva, deve-se escolher aquele que

possui menor absorção de água contribuindo para a diminuição das perdas.

3.5.13 Tecnologias de Aproveitamento

Diante da falta de água potável no Brasil e no mundo, o mercado está

buscando novas tecnologias para que a água reaproveita seja de boa qualidade.

Segundo Martins e Nascimento (2006) as tecnologias das águas de chuvas devem

integrar as seguintes técnicas:

§ Coleta das águas de chuvas dos telhados, coberturas e outros; § Armazenamento das águas de chuvas em reservatórios, etc; § A verificação da qualidade das águas de chuvas; § Abastecimento local pelo uso das águas de chuvas; § Drenagem do excesso das águas de chuvas provocado pelas

chuvas intensas; § Eliminação da água coletada no início das chuvas.

Ainda segundo o autor, são os telhados a superfície para captação de água

de chuva, os quais já estão prontos. Às vezes serão necessárias a colocação de

calhas, condutores verticais e coletores horizontais, a construção do reservatório de

auto-limpeza e do reservatório de acumulação da água de chuva, que poderá ser

apoiado sobre o solo ou enterrado.

Segundo Tordo (2004) é apresentado na Figura 3.17 o desenho

esquemático do sistema de captação de água de chuva. A água escorre do telhado

cerâmico para as calhas (a), e destas para o condutor (b). Neste condutor, existe uma

derivação (c) para o bloco H e um sistema de descarte (d) de 20 litros da chuva inicial.

59

(a) (b) FIGURA 3.18: Sistema de Coleta de Água de Chuva: a) Calha de Condução, b) Calha de Condução Vertical. FONTE: Tordo (2004).

FIGURA 3.17: Desenho Esquemático do Sistema de Coleta de Água de Chuva. FONTE: Tordo (2004).

60

FIGURA 3.19: Sistema de Desvio dos Primeiros Estantes de Chuva FONTE: Marinoski, 2007.

Segundo Saferain 2007 apud Marinoski 2007, a válvula de desviador

horizontal da SafeRain é projetada principalmente para ser instalada nas tubulações

aéreas que alimentam um tanque de água ou o tanque da cisterna. Já a válvula do

desviador vertical é projetada para ser instalada na parte de baixo da tubulação onde

é alimentando o tanque.

3.5.14 Filtros Vortex (WFF)

Dentre os produtos oferecidos pela Aquastock, esta os filtros tipo Vortex da

Wisy que são instalados no ponto de união da tubulação que drena a água de chuva

de diversos condutores verticais.

Utilizam um princípio original de filtragem – de tensão superficial – que

garante grande eficiência, separando a água de chuva de impurezas como folhas,

61

alhos, insetos e musgo, com mínima perda de água e exigência de manutenção

mínima.

(a) (b) FIGURA 3.20: Filtro Vortex (WFF), (apresentado na figura a e b) FONTE: Aquastock, (2008)

3.5.15 Filtros de Descida

Os filtros de descida Wisy são instalados diretamente na tubulação de

descida dos telhados. Com seu princípio original de filtragem, separam a água de

chuva de impurezas como folhas, galhos, insetos e musgo, que seguem pelo tubo

normalmente.

62

FIGURA 3.21: Filtros de Descida FIGURA 3.22: Montagem do Filtro de Descida FONTE: Aquastock, (2008) FONTE: Aquastock, (2008)

As características desse filtro são:

§ Filtra áreas de telhado de até 150 m²;

§ Capta cerca de 90% da água;

§ Filtra partículas de até 0,28mm;

§ Qualidade superior, com fabricação em aço inox ou cobre;

§ Funcionamento absolutamente seguro, não há nenhuma

obstrução na seção da tubulação;

§ Fácil instalação com encaixe telescópico, não exige mão de

obra especializada e pode ser instalado em construções

existentes;

§ Baixa necessidade de manutenção;

§ Pode ser conectado a qualquer reservatório;

§ Diversos acessórios de montagem;

§ Disponível nos diâmetros 75, 80 e 100 mm.

63

3.5.16 Filtro Volumétrico

Segundo Martins e Nascimento (2006), O filtro volumétrico tem alto grau de

eficiência, independentemente do volume que passa. O filtro elimina continuadamente

as sujeiras é auto-limpante com grandes intervalos entre as revisões.

O conjunto filtrante pode ser retirado facilmente para limpeza. O

equipamento é constituído de PE e aço inox em peneira em aço inox com tela de

0,26m e altura de 47cm com desnível entre entrada e saída de 30cm e tem

capacidade para processar a água de 2 x 100m² de telhado.

• Funcionamento do filtro:

1) A água de chuva, ao chegar ao filtro é "freada" na represa superior,

sendo então conduzida para descer nas cascatas, pelo princípio do

super-represamento;

2) A limpeza preliminar se dá pelo princípio das cascatas. A sujeira

mais grossa (folhas etc.) é desce pelas cascatas e vai direto para a

galeria pluvial/de esgoto;

3) A água de chuva, já livre das impurezas maiores, passa então pela

tela (malhas de 0,26mm) abaixo das cascatas. Devido ao desenho

especial da tela ela conduz a sujeira fina por ela retida também

para a canalização, i.e. ela é auto-limpante. Com isso se obtém

intervalos grandes de manutenção;

4) A água limpa se encaminha para a cisterna;

5) A sujeira vai para a canalização pluvial ou de esgoto.

64

FIGURA 3.23: 3P Filtro Volumétrico FONTE: Martins e Nascimento (2006)

3.5.17 3P Sifão Ladrão

Este equipamento tem os seguintes princípios de funcionamento:

1) Quando o nível no tanque/na cisterna aumenta, a água de chuva

passa pelas entradas do tipo skimmer do sifão e é descartada na

galeria pluvial ou no sistema de infiltração, se houver. Pequenas

partículas, como pólen, eventualmente existentes na superfície da

água, são, graças ao desenho das aberturas, aspiradas e

eliminadas;

2) O volume d’água excedente é, junto com o pólen, descartado para

fora do reservatório. Diâmetro da saída DN 100;

3) Selo hidráulico pelo efeito da sifonagem;

4) Proteção contra a invasão de roedores (sobretudo ratazanas!) pelo

desenho estreito das saídas aspirantes.

65

O sifão retira impurezas da superfície da água, bloqueia cheiros da galeria

pluvial e impede a entrada de roedores e outros animais. As figuras 3.24; 3.25; 3.26 e

3.27 apresentam as características deste sifão, bem como as opções de montagem.

FIGURA 3.24: 3P Sifão Ladrão - Dado Técnicos FONTE: Martins e Nascimento (2006)

FIGURA 3.25: 3P Quebra Pressão FONTE: Martins e Nascimento (2006)

66

FIGURA 3.26: 3P Quebra Pressão FONTE: Martins e Nascimento (2006)

FIGURA 3.27: 3P Sifão Ladrão (Montagem) FONTE: Martins e Nascimento (2006)

3.5.18 Tratamento de Água de Chuva

O tratamento da água pluvial depende da qualidade da água coletada e de

seu uso final. A coleta de água para fins não potáveis não requer grandes cuidados

de purificação, embora certo grau de filtragem, muitas vezes, seja necessário. Para

67

um tratamento simples, podem-se usar processos de sedimentação natural, filtração

simples e cloração. Em caso de uso da água de chuva para consumo humano, é

recomendado utilizar tratamentos mais complexos, como desinfecção por ultravioleta

ou osmose reversa MAY & PRADO (2004) apud Marinoski (2007).

Em seus estudos TORDO (2004), disse que o tratamento é uma forma de

remover os poluentes e melhorar a qualidade da água de chuva, sob o aspecto

microbiológico, para fins potáveis. Sendo que, Duas etapas podem ser levadas em

conta no processo de tratamento da água de chuva: a filtração lenta e a desinfecção

por radiação ultravioleta, com comprimento de onda de 254 nm.

A filtração consiste na remoção das partículas suspensas e coloidais e de

microorganismos presentes na água por sua passagem através de um meio poroso.

Juntamente com essas partículas, a filtração remove também os

microrganismos que a elas estiverem associados. Em geral, a filtração é a principal

responsável pela produção de água com qualidade condizente com o Padrão de

Potabilidade (Di Bernardo, 1993 apud Tordo 2004).

Cipriano (2004) desenvolveu na FURB, um sistema piloto de tratamento e

desinfecção da água de chuva. O filtro lento foi utilizado por apresentar as seguintes

vantagens:

§ Operação simples;

§ Custo operacional baixo;

§ Boa eficiência na remoção de microorganismos patogênicos;

§ Boa eficiência para águas com baixa turbidez.

A água coletada é conduzida para o reservatório (1) e segue para um filtro

lento de areia (6), passando por um medidor de vazão (3). Após a passagem pelo

filtro, a água é desinfetada por radiação ultravioleta, com comprimento de onda de

254 nm (9), apresentado na Figura 3.28.

68

FIGURA 3.28: Representação Esquemática da Instalação Piloto de Tratamento de Água de Chuva. FONTE: Tordo (2004)

3.6 ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

Segundo KETTELHUT, COIMBRA E AMORE (2001) a água subterrânea

corresponde à parcela mais lenta do ciclo hidrológico e constitui nossa principal

reserva de água, ocorrendo em volumes muito superiores ao disponível na superfície.

As mesmas preenchem espaços formados entre os grânulos minerais e as fissuras

das rochas que se denominam aqüíferos, onde é representado pala parcela da chuva

que se infiltra no subsolo e migram continuamente em direção às nascentes, leitos de

rios, lagos e oceanos. Os aqüíferos, ao reterem as águas das chuvas, e

desempenham papel fundamental no controle das cheias, essas águas encontram

proteção natural contra os agentes poluidores ou perdas por evaporação. A

contaminação, quando ocorre, é muito mais lenta e os custos para recuperação

podem ser proibitivos.

69

FIGURA 3.29: Volume de Água em Circulação na Terra. FONTE: Ministério do Meio Ambiente (2001).

3.6.1 Qualidade das Águas Subterrâneas

Durante o percurso no qual a água percola entre os poros do subsolo e das

rochas, ocorre à depuração da mesma através de uma série de processos físico-

químicos (troca iônica, decaimento radioativo, remoção de sólidos em suspensão,

neutralização de pH em meio poroso, entre outros) e bacteriológicos (eliminação de

microorganismos devido à ausência de nutrientes e oxigênio que os viabilizem) que

agindo sobre a água, modificam as suas características adquiridas anteriormente,

tornando-a particularmente mais adequada ao consumo humano SILVA (2003) apud

UNIÁGUA (2008).

Com isso, a composição química da água subterrânea é o resultado

combinado da composição da água que adentra o solo e da evolução química

influenciada diretamente pelas litologias atravessadas, sendo que o teor de

substâncias dissolvidas nas águas subterrâneas vai aumentando à medida que

prossegue no seu movimento SMA (2003) apud UNIÁGUA (2008).

70

As águas subterrâneas apresentam algumas propriedades que tornam o

seu uso mais vantajoso em relação ao das águas dos rios: são filtradas e purificadas

naturalmente através da percolação, determinando excelente qualidade e

dispensando tratamentos prévios; não ocupam espaço em superfície; sofrem menor

influência nas variações climáticas; são passíveis de extração perto do local de uso;

possuem temperatura constante; têm maior quantidade de reservas; necessita de

custos menores como fonte de água; as suas reservas e captações não ocupam área

superficial; apresentam grande proteção contra agentes poluidores; o uso do recurso

aumenta a reserva e melhora a qualidade; possibilitam a implantação de projetos de

abastecimento à medida da necessidade WREGE (1997) apud UNIÁGUA (2008).

3.6.2 Aqüíferos

Aqüífero é um grupo de formação geológica que pode armazenar água

subterrânea, através dos seus poros ou fraturas. Podem ser utilizado pelo homem

como fonte de água para consumo, se for rentável e não causarem impactos

ambientais.

Um aqüífero pode ter extensão de poucos quilômetros quadrados a

milhares de quilômetros quadrados, pode também apresentar espessuras de poucos

metros a centenas de metros REBOUÇAS et al, (2002) apud UNIÁGUA (2008).

Os aqüíferos mais importantes do mundo, seja por extensão ou pela

transnacionalidade, são: o Guarani - Argentina, Brasil, Paraguai, Uruguai (1,2 milhões

de km2); o Arenito Núbia Líbia, Egito, Chade, Sudão (2 milhões de km2); o

KalaharijKaroo -Namíbia, Bostwana, África do Sul (135 mil km2); o Digitalwaterway

vechte - Alemanha, Holanda (7,5 mil km2); o SlovakKarst-Aggtelek -República

Eslováquia e Hungria); o Praded - República Checa e Polônia (3,3 mil km2)

(UNESCO, 2001); a Grande Bacia Artesiana (1,7 milhões km2) e a Bacia Murray (297

mil km2), ambos na Austrália. Em um recente levantamento, a UNECE da Europa

constatou que existem mais de 100 aqüíferos transnacionais naquele continente

ALMASSY e BUZAS, (1999) citado em UNESCO (2001) apud UNIÁGUA 2008).

71

FIGURA 3.30: Tipos de Aqüíferos FONTE: BOSCARDIN BORGHETTI et al. (2004), adaptado de IGM (2001)

3.6.3 Mananciais Subterrâneos

Em estudos realizados por, KETTELHUT, COIMBRA E AMORE (2001)

afirmaram que a água vem do subsolo, podendo aflorar ou ser elevado à superfície

através de obras de captação (poços). As reservas de água subterrânea provêm de

dois tipos de lençol d água ou aqüífero, apresentado na figura 3.30)

• Aqüífero livre ou freático: É um reservatório de água subterrânea,

oriumda da infiltração da água da chuva nos solos. Encontra-se de

forma livre, com sua superfície sob a ação da pressão atmosférica.

Em um poço perfurado nesse tipo de aqüífero, a água em seu

interior terá o nível coincidente com o nível do lençol e a alimentação

ocorre geralmente ao longo do próprio lençol.

• Aqüífero confinado ou artesiano: É aquele cujas águas

encontram-se confinadas entre duas camadas de solo impermeáveis

e sujeitas a uma pressão maior que a pressão atmosférica. Em um

72

poço profundo que atinge esse lençol, a água subirá acima do seu

nível, podendo atingir a boca do poço e produzir uma vazão

continua, de forma jorrante.

3.6.4 Vantagens da Utilização das Águas Subterrâneas

Em geral apresentam uma boa qualidade para o consumo humano, apesar de

serem vulneráveis a contaminação. Sua obtenção ocorre de forma facilitada, embora

nem sempre em quantidade suficiente. E finalmente sua localização também ocorre

de forma facilitada, por ser encontrada em obras de captação nas proximidades das

áreas de consumo.

73

____________________________________________CAPÍTULO 4

4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

Para atingir os objetivos propostos neste trabalho, iniciaram-se os trabalhos

com levantamento de dados bibliográficos que levaram em consideração a literatura

da área com trabalhos de abordagens das técnicas de construção de casa auto-

sustentável, eficiência energética, energia solar, energia eólica, aproveitamento da

água da chuva para uso não potáveis e conceitos de águas subterrâneas. Frisa-se

que o projeto apresentado aqui foi adaptado do trabalho de Magno e Souza (2007)

que desenvolveram um projeto arquitetônico para pequenas comunidades rurais, no

caso a população atendida foi a do município de Benevides (PA), que além do projeto

foram contemplados com a casa (construída parcialmente), através de iniciativa de

professores e alunos do curso de engenharia civil da Universidade da Amazônia.

Desta forma, este projeto acrescenta ao trabalho de Magno e Souza (2007) a redução

do consumo de energia elétrica e água nas instalações de água fria. Assim, todo o

dimensionamento apresentado neste trabalho teve como foco principal o município de

Benevides (PA) (pelas razões aqui já descritas), particularmente, nos cálculos das

placas solares e dos reservatórios de armazenamento de água de chuva onde foi

necessário obter dados de insolação, umidade do ar e precipitações da região.

4.1 Localização de Benevides (PA)

O Município de Benevides está localizado na região metropolitana de

Belém, capital do Estado do Pará e possui uma extensão territorial geográfica de 176

Km². A sede do Município está localizada na Rodovia BR-316, sentido Belém/Brasília

e têm as seguintes coordenadas geográficas, 01º 21”48’ S e 48º 14” 24’ W Gr.

74

A Figura 4.1 mostra com maiores detalhes a localização de Benevides, que

ao Norte limita-se com o município de Santa Bárbara, ao sul com o rio Guamá, a

oeste com os municípios de Marituba e Ananindeua e a leste com Santo Izabel do

Pará. O município de Benevides possui uma área de aproximadamente 188 Km².

FIGURA 4.1: Localização Geográfica do município em relação ao Estado do Pará FONTE: Secretária de Estado e de Planejamento (2007).

75

FIGURA 4.2: Limites Município de Benevides FONTE: Cunha e Oliveira

4.2 DADOS CLIMATOLÓGICOS

A segunda etapa deste trabalho foi baseada no estudo de dados

climatológicos obtidos na EMBRAPA-PA (Empresa Brasileira de Pesquisas

Agropecuária – Amazônia Oriental), como dados de chuva, umidade do ar e insolação

diária. Com estes dados verificou-se os índices pluviométricos da região e os

períodos do ano com maior quantidade de chuva para verificar se a quantidade de

chuva precipitada é suficiente para atender o volume de água necessário ao vaso

sanitário. Os dados de umidade do ar são uma informação adicional no

dimensionamento e estão em consonância com a precipitação. Os dados de

insolação serão úteis na definição dos painéis solares e indicam os dias com maior

incidência de raios solares.

76

O Município de Benevides (PA) possui um clima megatérmico único, com

temperatura elevada durante todo o ano com média de 26º C e pequena amplitude

térmica, como em toda região nordeste do Pará. Os meses mais quente são os de

setembro a dezembro, sendo,que nessa época, a média das máximas vai a acima de

32º C. Com regime pluviométrico elevado, chega a ultrapassar, normalmente, os 3000

mm/ ano. As chuvas não se distribuem igualmente por todo o ano e apresenta maior

incidência de dezembro a maio, enquanto o período mais quente coincide com o

menos chuvoso (junho a novembro). A umidade relativa do ar gira em torno de 85%.

O gráfico da figura 4.1 apresenta as médias mensais da chuva na região

metropolitana de Belém, região próxima à cidade de Benevides e que mostra

tendência de chuva na região.

A Tabela 4.1 representa a precipitação o corrida na região nos últimos 11

anos.

TABELA 4.1: Dados da média mensal de Precipitação

DADOS DE PRECIPITAÇÃO 1989 A 1999 ANO 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 JAN 365,7 239,3 415,7 425,7 428 368,2 342,4 394,1 345,8 435,2 236,5 FEV 508 383,9 455,8 710,8 357,5 424,5 386,9 345,6 342,9 342,6 348,9 MAR 353 269,8 470,1 429,5 418,8 485,1 418,9 592,1 508,7 368,6 379 ABR 515 350,3 307,2 183,5 318,3 427,4 435,2 379,8 491,6 497 367,5 MAI 439,2 163,2 275,3 404,7 226,8 357 473,8 260,8 271,6 185,6 363,1 JUN 302,8 136,1 161,9 118,9 127,1 236,6 162,6 309,2 61 186,7 131,1 JUL 240,5 202,1 30,4 170,4 156,3 99,5 187,6 142,1 76 111,8 54,4 AGO 123,6 235,3 54 84,7 254,4 140,8 59,5 185,2 105 133,6 87,7 SET 271,5 106,7 28 121,2 110,9 136,5 105 132,8 28,1 106,4 135,1 OUT 265,8 124,7 157,3 44,2 168,2 119,2 147,4 113,6 6,9 85,2 94 NOV 89,9 136 37,8 68,5 286,5 168,1 228 144,6 94,3 183,3 61,2 DEZ 414,9 181,5 119,8 111,9 285,5 330,2 337,4 161,3 244 272,4 359,8

MÉDIA ANO 324,16 210,74 209,44 239,50 261,53 274,43 273,73 263,43 214,66 242,37 218,19 PP(mm) ANO 3889,9 2528,9 2513,3 2874 3138,3 3293,1 3284,7 3161,2 2575,9 2908,4 2618,3

FONTE: autor (2008).

O gráfico 4.1 mostra a média das precipitações ocorrida na região nos anos

de 1989 a 1999, nos meses de janeiro a dezembro. Podemos observar no gráfico que

nos meses de janeiro a junho temos uma grande intensidade de chuva na região, e

nos meses de julho a dezembro temos uma queda considerável, onde podemos

77

considerar um período de estiagem, o gráfico 4.1 também mostra que no mês de

março foi apresentado o índice mais alto de precipitação enquanto no mês de

setembro obteve-se um baixo índice de precipitação.

GRÁFICO 4.1: Precipitação de 1989 a 1999.

Umidade Relativa do Ar

A tabela 4.2 abaixo mostra a umidade relativa do ar no período de 1989 a

1999.

TABELA 4.2: Tabela com a média mensal da Umidade Relativa do Ar

TABELA DE UMIDADE DO AR 1989 A 1999 ANO 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 JAN 88 86 90 85 26,1 88,2 88 88 89 88 87 FEV 90 90 89 90 89 89,8 89 89 86 86 90 MAR 89 88 90 90 90 90 88 89 89 89 91 ABR 91 87 90 88 90 89 90 89 89 88 89 MAI 88 84 86 82 85 87,6 89 87 84 84 88 JUN 85 83 83 82 82 83,1 81 81 76 83 82 JUL 83 83 79 82 83 81,9 81 81 79 84 82 AGO 80 82 79 81 83 81,8 78 82 83 82 82 SET 82 80 77 80 81 80,9 78 81 77 83 84 OUT 82 79 81 77 83 81,1 78 79 75 82 82 NOV 80 82 77 77 84 82 81 79 83 81 DEZ 86 84 78 78 85 83,4 84 84 83 85 84

MÉDIA ANO 85,33 84,00 83,25 82,67 80,09 85,16 83,83 84,25 82,42 84,75 85,17 UR % ANO 1024 1008 999 992 961,1 936,8 1006 1011 989 1017 1022

Fonte: Embrapa-Pa

0,050,0

100,0150,0200,0250,0300,0350,0400,0450,0

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Período: 1989 - 1999

Méd

ia m

ensa

l de

prec

ipita

ção

(mm

)

78

O gráfico 4.2 mostra a média das unidades relativas do ar ocorrida na

região nos anos de 1989 a 1999, nos meses de janeiro a dezembro. Podemos

observar no gráfico que nos meses de janeiro a junho temos uma grande intensidade

de chuva na região, com isso uma alta umidade, nos meses de julho a dezembro

temos uma baixa em relação da umidade do ar no gráfico 4.2 nota-se que no mês de

outubro obteve-se um baixo percentual de umidade relativa do ar.

GRÁFICO 4.2: Umidade Relativa do Ar de 1989 a 1999.

Insolação

Na tabela 4.3 mostra os valores de insolação da região.

74,076,078,080,082,084,086,088,090,092,0

JAN

FEVMAR

ABRMAI

JUN

JUL

AGOSET

OUTNOV

DEZ

Período: 1989-1999

Méd

ia m

ensa

l da

umid

ade

rela

tiva

do a

r (%

)

79

TABELA 4.3: Tabela da média mensal da Insolação.

FONTE: Embrapa-Pa

O gráfico 4.3 mostra a média das insolações ocorrida na região nos anos de

1989 a 1999, nos meses de janeiro a dezembro. Podemos observar no gráfico que

nos meses de janeiro a junho é mais baixa em relação ao período de julho a

dezembro devido a ocorrência da chuva, mostrando o mês de junho com maior índice

de insolação .

GRÁFICO 4.3: Umidade Relativa do Ar de 1989 a 1999.

TABELA DE INSOLAÇÃO 1989 A 1999 ANO 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 JAN 154,8 188,4 98,5 135,4 107,3 119,5 137,2 153,3 105,5 122 142,9 FEV 91,8 72,5 119,2 118,4 80,8 108,5 73,7 141,5 149,9 169,1 111,2 MAR 113,4 116,4 80,3 91,4 107,3 106 118,7 96 124,9 111,8 130,3 ABR 92,8 183,9 149 165,3 142,3 134,9 91,9 116,4 142,2 187,5 153,4 MAI 169,9 235,4 178,2 241,3 209,6 159 154,9 170,2 222,1 216,7 142,6 JUN 219,1 255,9 227,5 261,9 246,1 250,9 240,9 247,3 268,3 236 213,5 JUL 249,4 256,1 233,6 265,5 231 248,4 273,7 248,1 281 230,3 257,9 AGO 260,3 262,1 229,7 266,4 256,1 269,7 294,9 271,1 251,8 264,2 255,3 SET 249,1 256,3 225,6 251,4 257,4 231,7 271,1 252,2 250 245,9 243,4 OUT 238,3 250,5 211 255,6 242,7 240,5 268,3 265,4 251,2 251 250 NOV 212,2 203,6 211,7 227,4 190,7 0 209,9 209,3 208 192,6 233,2 DEZ 140,9 183,1 184,5 201,7 168,6 189 195,7 205,1 187,9 191,3 173,7

MÉDIA ANO 182,67 205,35 179,07 206,81 186,66 171,51 194,24 197,99 203,57 201,53 192,28 Bs(h) ANO 2192 2464,2 2148,8 2481,7 2239,9 2058,1 2330,9 2375,9 2442,8 2418,4 2307,4

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Periodo 1989-1999

Med

ia M

ensa

l de

Inso

laçã

o

80

4.3 O PROJETO DA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL

Na terceira etapa foi desenvolvido o projeto arquitetônico com as

alterações necessárias, para que fosse implantado o sistema de coleta de água de

chuva e o sistema de bombeamento de água de poço, com o uso de placas solares.

No que diz respeito à concepção do projeto de coleta de água de chuva, vendo sua

viabilidade na região através dos valores de precipitação, foi pesquisado quais

tecnologias existentes na aplicação do sistema.

Posteriormente foi desenvolvido um projeto onde é mostrado toda parte de

coleta feita pelo telhado da residência com passagem da água pela calha de captação

em seguida por um componente que fará o descarte das primeiras águas, em seguida

a mesma vai ser armazenada em uma caixa d’água e ficará disponível para uso do

vaso sanitário.

4.3.1 Painéis Solares

Na quarta etapa foram desenvolvidos métodos que mostram a aplicação da

energia solar através da utilização das células fotovoltaicas onde o dimensionamento

do sistema fotovoltaico se torna simples quando se conhece a voltagem e os pontos

de consumo. Para a escolha do painel do solar (figura 4.3) deve-se encontrar a

capacidade de geração de energia em Ah (Ampérie.hora), que é conseguido através

do resultado da potência dividida pela tensão do sistema, onde o resultado será

dividido novamente pelo tempo médio de insolação.

81

FIGURA 4.3: Placa Solar KC 85 T FONTE: Solar Brasil (2008)

A tabela 4.4 exemplifica as características elétricas de um painel solar.

TABELA 4.4: Tabela com as especificações das placas solares.

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

KS 5 T

KS 10 T

KS 20 T

KC 40 T KC 50 T KC 65 T KC 85 T KC 130 TM

Potência Nominal = Watt pico

5 10 20 43 54 65 87 130

Tolerância +10%/ -5%

+10%/ -5%

+10%/ -5%

+15%/-5%

+15%/-5%

+10%/ -5%

+10%/ -5%

+10%/ -5%

Potência (Watt por dia) 25 50 100 215 270 325 435 650 Corrente (Amper por dia) 1,45 2,90 5,80 12,40 15,55 18,75 25,10 36,95 Corrente Nominal (Amper)

0,29 0,58 1,16 2,48 3,11 3,75 5,02 7,39

Corrente Curto- Circuito (Amper)

0,31 0,62 1,24 2,65 3,31 3,99 5,34 8,02

Tensão Nominal (Volts) 17,40 16,40 17,40 17,40 17,40 17,40 17,40 17,60 Tensão de Circuito Aberto (Volts)

21,70 21,70 21,70 21,70 21,70 21,70 21,70 21,90

DIMENSÕES: Peso (Kg) 1,50 1,80 2,90 4,50 5,00 6,00 8,30 11,90 Altura (mm) 206 305 540 526 639 751 1007 1425 Largura (mm) 352 352 380 652 652 652 652 652 Espessura (mm) 22 22 22 54 54 54 58 58

FONTE: Solar Brasil (2008).

82

4.4 DIMENSIONAMENTO DA INSTALAÇÃO DE ÁGUA FRIA

Nesta etapa, dimensionou-se um sistema de coleta de água de chuva por

meio de telhados, calhas e condutores que conduziriam a água coletada a um

reservatório de 1.000 Litros instalados sob o telhado da casa. Os cálculos levaram em

consideração os índices pluviométricos locais que foram os do município de Belém

por inexistência de dados de chuva na região de Benevides.

Um sistema de recalque também foi dimensionado para a casa auto-

sustentável, no qual é composto de uma bomba (submersa) que succionará a água

de um poço até uma caixa d´água de 1000 Litros externa a casa e colocada em uma

torre. A bomba é movida a energia fornecida pelos painéis solares. Não foram

encontradas bombas centrífugas ou injetoras no mercado que tivessem como fonte de

energia a solar, somente movidas a motores de combustão e energia elétrica. No

entanto, foi dimensionada também uma bomba injetora que usa a energia elétrica de

concessionárias para avaliação de custos (Figura 4.4).

FIGURA 4.4: Instalação de Recalque que usa bomba injetora FONTE: www.geocities.com Dez. 2008.

http://www.geocities.com

83

________________________________________CAPÍTULO 5

5 RESULTADOS

5.1 PLANTA BAIXA DA CASA AUTO-SUSTENTÁVEL

O projeto da casa auto-sustentável aqui apresentado foi adaptado do

projeto desenvolvido por Magno e Souza (2007) e modificado na estrutura do telhado

para que fosse possível instalar o reservatório de 1000 Litros sob o telhado, como

pode ser observado na planta baixa e nos detalhes do corte a água de chuva é

coletada pelo telhado e direcionada pelas calhas e condutores ao reservatório para

abastecer somente a caixa de descarga do vaso sanitário. No entanto, apesar de a

região ser bastante abundante de chuvas, podem existir períodos atípicos que

venham a reduzir ou não ter chuvas, prejudicando dessa forma o abastecimento do

vaso sanitário. Assim, foi direcionada ao reservatório uma ligação direta com o

reservatório externo que atende toda a edificação com a água de poço. Vale lembrar

que antes de ser usada a água de poço é necessário realizar todos os exames

físicos-químicos-bacteriológicos e verificar se estão dentro dos parâmetros de

potabilidade estabelecidos com a Portaria nº 518/04 do Ministério da Saúde, se não

atenderem é necessário a construção de um micro-sistema de tratamento de água

para torná-la potável.

Como pode ser observado no detalhamento (corte) a casa deverá ser

suprida por água bombeada de um poço escavado no local com diâmetro mínimo de

6 polegadas e escavado com 30 metros de profundidade. O detalhe apresenta uma

bomba injetora succionando água até o reservatório externo também de 1000 Litros e

seu dimensionamento foi obtido para efeito de comparação entre os custos de

bombeamento com energia elétrica (injetora) e a que usa a energia solar (bomba

submersa).

Os detalhes da bomba submersa bem como dos painéis solares são mostrados

no esquema da Figura 5.3.

84

FIGURA 5.1: Planta baixa da casa auto-sustentável FONTE: Adaptado de Magno e Souza (2007)

FIGURA 5.2: Detalhes da instalação de água fria mostrando as modificações necessárias para instalação dos reservatórios.

CAIXA D'AGUA 1000 LITROS

CAIXA D'AGUA 1000 LITROS

segue para o sanitário

entrada da caixa d'aguacalha para coleta de água cisterna para coleta das

primeiras águas, com fechamento atraves de bóia

saída da cisterna(fechada c/ uma válvula)

entrada externa de água

Registro de Gaveta Aberto

poço artesiano

Registro de Gaveta Aberto

Válvula de Retenção

85

FIGURA 5.3: Esquematização da instalação da bomba submersa e dos painéis solares.

86

5.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUA DE CHUVA

No dimensionamento das instalações de água fria da casa auto-sustentável

foi considerado para efeito de cálculo 5 habitantes com consumo percapita de 120

L/hab.dia. A tabela 5.1 discrimina a quantidade de habitantes por dependência.

TABELA 5.1: Descrição da Edificação

FONTE: Criação do Autor – 2008

Segundo Vickers (2001), o consumo do vaso sanitário é considerado como

em torno de 20% do consumo diário, logo, tem-se o seguinte:

1) Consumo diário = ./6005120 diaLx =

2) Consumo do vaso sanitário 20% do consumo= ./120%20600 diaLx =

A tabela 5.2 apresenta uma estimativa do consumo diário, mensal, anual e

em seis meses. Este período de seis meses (dezembro a maio) é o mais

chuvoso durante o ano, conforme dados climatológicos apresentados na

tabela 4.1 e, portanto o mais passível de aproveitamento.

Ambiente Quantidade Quarto 2 Sala 1

Banheiro 1 Área de lavagem 1

87

88

TABELA 5.2: Descrição de Consumo

TABELA DE CONSUMO CONSUMO 20% C.D C. DIÁRIO C. MENSAL C. ANUAL 6 MESES VASO SANITÁRIO 120 3600 43.200 21.600

Para o calculo do volume de água coletada pelo telhado foi considerado

uma área de 67 m² de projeção, um precipitação de 0,347m. Dados esses obtido pela

média das precipitações de janeiro a junho de 1989 a 1999 da Tabela 3.14 Também

foi considerado um coeficiente de runoff de 0,8.

Média mensal anual = 347,33mm.

8,067347,0 xxQ =

./³61,18 anomQ =

Uma caixa de vaso sanitário tem um volume comercial de 6 litros, logo:

diahabLdiahabx ./30/56 =

Considerando, ao mês:

mêshabLx ./9003030 =

E no período de 6 meses:

./³400.56900 anomx =

Na verificação do volume de água coletado pelo telhado e o consumo do

vaso sanitário, temos o seguinte:

89

anomanom /³4,5/³61,18 f

Que demonstraram que o consumo de água coletado da chuva é suficiente

para o abastecimento da descarga do vaso sanitário.

5.3 DIMENSIONAMENTO DE BOMBA INJETORA

Para o projeto em estudo foi dimensionado uma bomba injetora. O modelo

esquemático abaixo mostra um projeto utilizando bomba injetora e os parâmetros a

serem considerados para o cálculo da altura manométrica, que para esse caso

específico considera-se a altura manométrica de recalque apenas. O número e tipo de

conexões são variáveis, na prática, para cada situação específica.

Calculo da vazão:

hmh

xQ /3,021205 3==

smxshmQB /1033,83600/)/(3,0 353 −==

Diâmetro de Recalque

"2/137,62421033,83.1 45

==

= −

mmD

xxxD

R

R

"4/320 == mmDs

mhf

XXhf

R

R

5115,0)013,0(

)1033,8(0008695,0 75,4

75,15

=

=−

mH MAN 1,21145115,060,6 =++=

90

Potência de Bomba

CVdeou

CVPot

HQPot MAN

4/3

75,0053.75

1,21.10.33,8.1000

.75

..1000

5

==

=

−

η

De acordo com os valores de altura manométrica, vazão e potência o

modelo de bomba sugerido para as especificações indicadas é a Bomba

(SCHENEIDER MBI- 1I 1-25)

A bomba foi especificada para o projeto com base na tabela encontrada no

em anexo 2, levando em consideração o calculo da vazão (Q), e a profundidade (m).

5.4 CALCULO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA BOMBEAMENTO DE ÁGUA DE POÇO

Para o dimensionamento da bomba e das placas solares foi levada em

consideração a vazão (Q) e a profundidade do poço (m). Dados esses calculado

anteriormente no dimensionamento da bomba injetora.

Especificação da Bomba

Corrente máxima de 4,1 A

Alimentação 24 Vdc

Dados obtido no anexo 02, tabela especificada pelo fabricante.

91

Calculo de potência é obtida pela formula:

Vol (v) é usado para medir tensões.

Ampère (A) é usado para medir corrente.

Watt (w) é usado para medir a potência é o resultado da multiplicação da

tensão pela corrente.

VxAW =

241,4 xW =

WhW 4,98=

Painel solar usado no sistema será o modelo SQ80 ou SQ160.

Levantamento de custo de implantação do sistema Convencional x

Fotovoltaico.

A tabela 5.3 mostra os valores de custo do sistema de bombas

convencional, desde a construção do poço artesiano, mão de obra e material.

92

TABELA 5.3: Descrição do Custo do sistema convencional.

CUSTO DE MATERIAL E MÃO DE OBRA DE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA CONVENCIONAL

ITENS DESCRIÇÃO Unid. Quantidade Valor

Unitário Valor Total 1 MÃO DE OBRA ELÉTRECISTA VB 1 150 2 MÃO DE OBRA ENCANADOR VB 1 250

TOTAL 400 MAO DE OBRA PARA EXECUÇÃO DO POÇO

1 MÃO DE OBRA DO FURO PILOTO mts 30,00 R$ 45,00 R$ 1.350,00 2 ALARGAMENTO DO FURO 6" PARA 12".14 mts 30,00 R$ 20,00 R$ 600,00 3 FILTRO GEOTÉCNICO DE 75 mm mts 30 R$ 50,00 R$ 1.500,00

3 BOMBA INJETORA SCHNEIDER MB-1I1-25 UN. 1 R$

330,00 R$ 330,00 TOTAL R$ 3.780,00

MATERIAL HIDRAÚLICO 1 CURVA DE 90º DE 20 mm UN. 1 R$ 3,30 R$ 3,30 TUBO PVC DE 20 mm UN. 8 R$ 22,00 R$ 176,00

2 VALVULA DE RETENÇÃO LEVE VERTICAL 13 mm UN. 1 R$ 35,00 R$ 35,00

3 TUBO PVC DE 13 mm UN. 8 R$ 25,00 R$ 200,00 4 REGISTRO DE GAVETA 13 mm UN. 2 R$ 30,00 R$ 60,00

5 CAIXA D'ÁGUA DE 1000L UN. 1 R$

211,90 R$ 211,90 6 VALVULA DE PÉ E CRIVO 20 mm UN. 1 R$ 26,00 R$ 26,00 7 TÊ DE 13 mm UN. 4 R$ 1,30 R$ 5,20

TOTAL R$ 717,40 TOTAL GERAL R$ 4.897,40 FONTE: Autor

O levantamento de custos do sistema fotovoltaico são apresentados na

tabela 5.4 na qual estão inseridos somente os custos de materiais de instalação. Não

estão relacionados os custos de mão-de-obra e outros serviços.

93

TABELA 5.4: Descrição do Custo do sistema fotovoltaico.

FONTE: Autor

5.5 CONSUMO DE ENERGIA DO SISTEMA CONVENCIONAL X FOTOVOLTAICO

Bomba injetora

O consumo de energia gasto para o funcionamento da bomba durante duas

horas dia:

Potência da Bomba= 3/4 Cv = 0,567 kw.

Energia:

Energia = Potência x Tempo

CUSTO DE MATERIAL E MÃO DE OBRA DE IMPLANTAÇÃO DO BOMBEAMENTO COM SISTEMA FOTOVOLTAICO

ITENS DESCRIÇÃO Unid. Quantidade Valor

Unitário Valor Total 1 MÃO DE OBRA ELÉTRECISTA VB 1 400 2 MÃO DE OBRA ENCANADOR VB 1 250

TOTAL 650 MAO DE OBRA PARA EXECUÇÃO DO POÇO

1 MÃO DE OBRA DO FURO PILOTO mts 30,00 R$ 45,00 R$ 1.350,00 2 ALARGAMENTO DO FURO 6" PARA 12".14 mts 30,00 R$ 20,00 R$ 600,00 3 FILTRO GEOTÉCNICO DE 75 mm mts 30 R$ 50,00 R$ 1.500,00

TOTAL R$ 3.450,00 MATERIAL HIDRAÚLICO

1 CURVA DE 90º DE 20 mm UN. 1 R$ 3,30 R$ 3,30 2 TUBO PVC DE 20 mm UN. 8 R$ 22,00 R$ 176,00

3 VALVULA DE RETENÇÃO LEVE VERTICAL 13 mm UN. 1 R$ 35,00 R$ 35,00

4 TUBO PVC DE 13 mm UN. 8 R$ 25,00 R$ 200,00 5 REGISTRO DE GAVETA 13 mm UN. 2 R$ 30,00 R$ 60,00 6 CAIXA D'ÁGUA DE 1000L UN. 1 R$ 211,90 R$ 211,90 7 VALVULA DE PÉ E CRIVO 20 mm UN. 1 R$ 26,00 R$ 26,00 8 TÊ DE 13 mm UN. 4 R$ 1,30 R$ 5,20

TOTAL R$ 712,20 SISTEMA FOTOVOLTAICO

1 PLACAS SOLARES KS 85 UN. 2 R$ 1.350,00 R$ 2.700,00 2 BOMBAS SHURFLO 9325 24V UN. 1 R$ 2.600,00 R$ 2.600,00 TOTAL R$ 5.300,00

TOTAL GERAL R$ 10.112,20

94

Energia= KwhhKwx 134,12567,0 = (consumo da bomba dia)

Consumo Anual:

Ca = )(91,413)(365134,1 anoKwhdiasx =

Preço gasto com concessionária:

Preço = 59,285$69,091,413 Rx = Reais ano

Consumo de energia gasto com sistema fotovoltaico, caso fosse pago para

concessionária:

W = corrente x tensão

241,4 xW =

WhW 4,98=

Tensão em Kwh:

KwhhKwhX 1968,020984,01000

4,98== (consumo da bomba dia)

Consumo Anual:

KwhdiasKwhXCa 06,70)(3651968,0 ==

Preço gasto caso fosse pagar para concessionária:

95

anoaisRKwhXeço _Re34,48$69,006,70Pr ==

5.6 COMPARAÇÃO DE CUSTO

Comparando os custos iniciais podemos ver a diferença de preço existente

entre os dois sistemas, em percentagem chegando a 52,15%, onde mostra o gráfico

5.1.

GRÁFICO 5.1: Comparação do custo de instalação de bombas convencional x fotovoltaico para um

ano. O gráfico 5.1 mostra que o custo inicial do sistema de bomas no modelo

convencional é mais viável economicamente comparado ao do modelo fotovoltaico.

Para o custo de energia, o gráfico 5.2 mostra a diferença de preço entre os

sistemas, onde foi verificado em percentagem uma diferença de 490%, portanto a

bomba fotovoltaica se torna mais viável economicamente.

R$ 4.897,40

R$ 10.112,20

R$ 0,00R$ 2.000,00R$ 4.000,00R$ 6.000,00R$ 8.000,00

R$ 10.000,00R$ 12.000,00

1

Comparação de Valores em R$

ConvencionalFotovoltaico

96

GRÁFICO 5.2: Comparação do custo de energia de bombas convencional x fotovoltaico em um ano.

5.7 Comparação de custo de implantação do sistema convencional e fotovoltaico x tempo. O custo que vão ser analisados abaixo leva em consideração a vida útil dos

painéis solares especificado pelo fabricante que é de 20 anos. Também será

comparado o valor gasto com o uso de bombas com sistema convencional com o uso

de energia fornecido por concessionária.

Custo do sistema convencional:

Valor de implantação (Vi): R$ 4.897,40 Reais, valor fornecido pela tabela 5.3

Consumo de energia (Ce): R$ 285,59 Reais ano.

Custo de energia para 20 anos.

)(80.711,5$2059,285 reaisRxCe ==

Custo total:

CeViCt +=

20.609,10$80.711,540,897,4 RCt =+=

O preço de energia utilizado para o calculo foi do período 06/12/2008, não foi levado

em consideração os reajustes de imposto.

R$ 285,59

R$ 48,37

R$ 0,00R$ 50,00

R$ 100,00R$ 150,00R$ 200,00R$ 250,00R$ 300,00

1

Comparação de Custo de Energia em R$

Bomba InjetoraBomba Fotovoltaica

97

Custo com sistema fotovoltaico:

Valor de implantação (Vi): R$ 10,112,20 Reais, valor fornecido pela tabela 5.4

Consumo de energia (Ce): R$ 48,34 Reais ano.

Custo de energia para 20 anos.

)(00,960$2048 reaisRxCe ==

Custo total:

CeViCt +=

20,012,11$00,90020.112,10 RCt =+=

Na comparação feita com o custo de implantação do sistema convencional, com a

energia elétrica que seria gasta ao longo de 20 anos, mostrou que o sistema

fotovoltaico terá um custo mais alto em torno de R$ 403,00 (quatrocentos e três reais)

mais caro. Ressalta-se que o valor calculado para mão-de-obra e manutenção não foi

previsto as alterações com valores de imposto ao longo desse período.

98

______________________________________________CONCLUSÃO

6. CONCLUSÃO

As conclusões deste trabalho a partir dos objetivos inicialmente

propostos são as seguintes:

§ Os dados climatológicos como os de chuva, umidade do ar e

insolação de Belém obtidos junto a Embrapa/Pa forneceram um

panorama das alturas pluviométricas, e permitem a concepção do

projeto, particularmente, no dimensionamento do sistema para

utilização na descarga do vaso sanitário e na avaliação da radiação

solar;

§ A planta baixa foi modificada para atender os objetivos deste

trabalho quanto à coleta de água de chuva e localização dos

painéis solares, reservatórios e poços e pode ser considerada

satisfatória quanto a sua eficiência;

§ O dimensionamento do sistema de coleta e armazenamento de

água de chuva seguiu o proposto por Tordo (2004) e é considerado

também satisfatório principalmente com o sistema de descarte que

despreza os primeiros minutos de chuva;

§ O projeto apresenta dois sistemas de bombeamento, um pelo

método convencional (bomba injetora) e outro que usa o

aproveitamento da energia do sol como fonte de energia (bomba

submersa) e foram dimensionados para que houvesse critério de

escolha entre um sistema e outro. O sistema fotovoltaico mostrou-

se oneroso no inicio da implantação do projeto, mas, vantajoso ao

longo do tempo;

§ O reservatório de coleta de água de chuva foi projetado para prevê

também a falta de chuva, sendo suprido em épocas de escassez

pela água do reservatório externo (água de poço);

99

§ A dificuldade maior encontrada no projeto é a de determinar a

vazão do poço que abastecerá o reservatório externo, mas, que

pode ser encontrada através de testes de capacidade do poço.

Uma análise da qualidade da água do poço é necessária, visto que

as áreas urbanas tem os lençóis d´água contaminados, o mesmo

deve ser verificado em áreas rurais, caso o projeto seja implantado

nessas áreas.

100

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Paulo, 1999.

http://www.fau.ufrj.br

http://www.uniagua.org.br/

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ANEXOS

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ANEXO 1

ANEXO 2

Casa Eco Eficiente

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