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ETEC GETULIO VARGAS

Curso Técnico em Eletrotécnica

CAPTAÇÃO DE ÁGUA PLUVIAL

Fernando Vitorio Baptista

São Paulo

2016

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Fernando Vitorio Baptista

CAPTAÇÃO DE ÁGUA PLUVIAL

São Paulo

2016

Trabalho de conclusão de curso

apresentado na ETEC Getúlio

Vargas para a obtenção de título

de Técnico em Eletrotécnica

Orientador : Prof. Sergio Ferraz

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Sumário

Resumo......................................................................................................................04

Introdução...................................................................................................................05

Objetivo geral.............................................................................................................07

Objetivos específicos..................................................................................................07

Volume de chuva........................................................................................................08

Indices pluviométricos de São Paulo..........................................................................09

Calculo do reservatório para captação.......................................................................10

Dimencionamento e proteção das calhas..................................................................11

Descarte das primeiras águas....................................................................................12

Entrada do reservatório, saída para bomba e extravazador......................................13

PH da água da chuva.................................................................................................14

PH da água ideal para o consumo humano...............................................................15

Filtragem e cloração...................................................................................................16

Controle de nível e acionadores.................................................................................17

Custo de implantação e economia do consumo.........................................................18

Conclusão...................................................................................................................19

Referências. Bibliográficas.........................................................................................20

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Resumo

Este trabalho apresenta um sistema de captação de água pluvial todo automatizado,

com uma construção simplificada e instalação descomplicada, possibilitando o

aproveitamento deste recurso natural para redução dos custos com o consumo e

sem a necessidade de grandes intervenções estruturais ou físicas, ou seja, um

sistema que utiliza a água da chuva para todos os pontos de consumo da maneira

em que estão instalados, sem ter que dividi-los em instalação para água potável e

não potável.

Sustentabilidade

Simplicidade

Economia

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IntroduçãoCom o crescimento dos centros urbanos os recursos hídricos potáveis vêm se

tornando cada vez mais escassos, ocasionado principalmente pelo contínuo

desmatamento, impermeabilização do solo e a falta de tratamento de esgoto, que

acaba sendo despejado diretamente nos rios transformando-os em fontes de água

de inviável tratamento.

Existem iniciativas que apresentam soluções que colaboram para minimizar esta

debilidade hídrica, como o aumento de áreas permeáveis, a conscientização para a

redução do consumo através de campanhas informativas, sistemas de captação de

águas pluviais entre outras.

O uso de água pluvial além de poupar o escasso recurso hídrico, gera economia no

custo do fornecimento pela rede pública e colabora represando este volume de água

que seria drenado para as galerias colaborando assim a evitar erosões e enchentes.

Um ótimo tipo de capitação de água pluvial é a denominada cobertura verde, que

consiste em criar um jardim no topo da edificação com um sistema para drenagem e

dutos que conduzem a água para um reservatório. Este tipo de capitação é muito

interessante, pois traz ao ambiente abaixo do jardim uma condição térmica bem

agradável, fornece a água de forma gradual mesmo após uma tempestade e a água

capitada passa por uma previa filtragem quando vence a terra e o sistema para

drenagem. O problema é que a edificação precisa ser concebida com fundações e

estrutura prevendo a sobrecarga do jardim, sistema de drenagem e reservatório e o

jardim precisa de manutenção contínua mesmo tendo difícil acesso,.

Outro tipo de captação de água pluvial reserva a água para ser utilizada

separadamente em pontos onde não é necessário o uso de água potável. Então,

mesmo sendo um sistema simples de capitação, a instalação para o consumo

requer uma grande reforma do sistema hidráulico da edificação para separar os

pontos de água potável dos pontos de água não potável.

Por mais que as pessoas tenham uma consciência ecológica e desejo em mudar os

hábitos de uso dos recursos naturais, a ideia de uma grande obra envolvendo a

quebra de paredes e todos os desconfortos que uma reforma às afasta do projeto de

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uso da água de chuva, mesmo sabendo que isto lhe traga benefícios financeiros

futuros.

Mas um sistema de capitação pluvial torna-se bem mais receptivo quando leva a

água do condutor da calha para um reservatório, torna a água da chuva potável e

possui sensores que comandem automaticamente as funções para alimentação da

caixa d’água ‘existente’ sem a necessidade de reforma hidráulica.

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Objetivos

Objetivo Geral

Incentivar ao uso da capitação do recurso hídrico que é oferecido gratuitamente e

desperdiça-se por falta de uma consciência de uso racional, dependendo-se apenas

das poucas reservas hídricas que ainda restam.

Se nas metrópoles forem implantadas milhares de micro reservas não seria

necessário obras faraônicas para tentar represar mais águas ou transporta-las de

locais mais distantes além da redução das obras para contenção de enchentes.

Desviando os recursos financeiros empregados nestas obras para tratamento de

esgoto por exemplo.

Objetivo especifico

Entender como se calcula os volumes hidrológicos das precipitações e o volume que

se é possível capitar em uma cobertura, a fim de se definir a dimensão do

reservatório ideal.

Mostrar os processos de proteção contra poluentes presentes nas coberturas e

descarte das primeiras águas.

Visualizar todos os itens que compõem o projeto e o esquema de montagem e

instalação.

Explicar a eficiência do sistema de capitação apresentando o custo do projeto e a

economia gerada pela utilização da água pluvial.

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Volume de chuva

Para dimensionar a quantidade de água que será possível captar em uma área

impermeável precisa-se saber primeiro o quanto de chuva precipita na região em

questão.

O pluviômetro é um aparelho desenvolvido para medir, em milímetros, a altura da

lâmina de água gerada pela chuva que caiu em uma determinada região.

Dizer que em uma região choveu 100 mm significa dizer que naquela área a lâmina

de água formada pela chuva representa uma altura de 100 milímetros.

Então, o volume da chuva por metro quadrado será dado por:

V = (área da base) x altura

V = 1 x 0,1 = 0,1 m³

Esse volume pode ser determinado em litros, lembrando que 1m³ = 1000 litros.

Assim, uma chuva de 100 mm equivale a um volume, em litros por metro quadrado, de:

V = 0,1 x 1000 = 100 l/m²

Isso implica dizer que, para cada metro quadrado da região, houve uma precipitação de 100 litros.

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Índices pluviométricos de São Paulo

O Ministério da Agricultura através do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)

realiza coleta dados pluviométricos em estações meteorológicas distribuídas em

todo pais. Com as informações dos últimos cinco anos (Jan/2010 – Dez/2014) da

estação de São Paulo, foi desenvolvida pelo autor deste uma média pluviométrica

diferenciada, utilizando apenas valores significativos, sendo desprezando todos os

dias em que não choveu ou que o volume de chuva do dia esteve abaixo de 3mm.

Com as informações coletadas dos 418 dias em que houve precipitações com mais

de 3mm neste período, chegou-se ao valor médio de 19 mm de chuva na região, ou

seja de todas as vezes que ocorreu precipitações significativas neste período em

São Paulo o volume médio acumulado no dia foi de 19 litros por metro quadrado.

Para saber o quanto de água se acumularia no ano se o reservatório de captação

limita-se a represar 20 litros de água por metro quadrado de cobertura, utilizando as

informações do INMET, admitindo apenas valores significativos e o valor máximo de

20mm de chuva, então mesmo que o volume da chuva do dia chega-se à 55mm foi

calculado como se tivesse precipitado apenas 20 mm.

Somando-se os volumes das precipitações, desprezando o que seria extravasado

pelo sistema, chegou-se a média anual de 1108 mm. Ou seja, um sistema com

reservatório capaz de acumular 20 l/m² aproveitaria anualmente 1108 litros por

metro quadrado de cobertura.

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Cálculo do reservatório para captação

A dimensão do reservatório para captação esta diretamente associada ao volume

pluviométrico da região onde será instalado o sistema e a dimensão da área

disponível para captação deste local.

Para calcular o volume de chuva da região são necessários dados pluviométricos

como, por exemplo, os dados captados em estações do Instituto Nacional de

Meteorologia (INMET) espalhados por todo o território brasileiro e que são

disponibilizados através do site http://inmet.gov.br

Em estudo divulgado anteriormente do índice pluviométrico da região de São Paulo

apresentou a média pluviométrica de 19 mm que corresponde a uma captação de 19

litros de água da chuva por metro quadrado.

Simulando uma instalação do sistema de aproveitamento de água pluvial em São

Paulo com uma área de captação de 50m² o volume satisfatório do reservatório

seria:

V = área (m²) x captação (l/m²)

V = 50 x 19 = 950 litros

Então podemos considerar que em uma pequena edificação com uma cobertura de

50m² um reservatório de 1000 litros, que é o de volume comercialmente mais

próximo do resultado apresentado, é suficiente para represar a água das chuvas de

média intensidade da região.

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Dimensionamento e proteção das calhas

O primeiro paço para se desenvolver um projeto de uso de águas pluviais é verificar

o correto dimensionamento, fixação e vedação do conjunto de calhas e condutores

da cobertura que servirá de base para captação da água de chuva.

Outra atitude simples e fundamental para o bom funcionamento do sistema é a

instalação de telas de proteção nas calhas e grelha hemisférica nas saídas para os

dutos evitando entupimentos e os riscos de contaminação por folhas e ou frutos em

decomposição, aves e outros animais que possam a ter acesso à cobertura.

Calha com tela de proteção instalada Grelha hemisférica flexível

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Descarte das primeiras águasNos dias em que não chove acumula-se detritos, poeira e poluentes nos telhados e

no ar e quando chove estes poluentes são levados pelas primeiras águas que

‘lavam’ o ar e os telhados.

Para que esta ‘sujeira’ não vá toda para o reservatório de água pluvial é fundamental

instalar um sistema de descarte das primeiras águas da chuva.

Este sistema é instalado desviando o fluxo do coletor da calha através de conecções

de PVC criando um tubo de diâmetro de superior ao do coletor com uma tampão na

parte inferior, uma saída com mangueira bem fina para esgotamento e uma esfera

interna de material com baixa densidade.

A montagem deste sistema é bem simples e para a confecção será necessário os

seguintes itens: Tee em PVC no diâmetro do coletor, redução em PVC com 150mm

pelo diâmetro do coletor, esfera maciça em EPS (Isopor) com 125mm de diâmetro,

tubo em PVC com 150mm de diâmetro com o comprimento proporcional ao

reservatório*, tampão (CAP) em PVC de 150mm, flange em PVC de ½” e adaptador

para mangueira de ¼”.

* Comprimento do tubo: poderemos calcular 12 centimetros de tubo 150mm para cada m² de captação, pois conforme a NBR 15527 devem ser descartados os primeiros 2mm de chuva.

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Entrada do reservatório, saída para bomba e extravasador

Não será novidade dizer que a entrada do reservatório será feita por cima, que a

saída para a bomba será instalada um pouco acima do fundo (para que os depósitos

de detritos do fundo não entrarem na bomba), mas instalar um extravasador (ladrão)

no fundo do reservatório com certeza causará grande curiosidade.

O reservatório receberá água sem tratamento, somente serão removidos os detritos

que não passarem pelas telas das calhas e dutos de saída e os que ficarem no

descarte das primeiras águas, mas mesmo assim acabará acumulando no fundo do

reservatório os detritos que descerem da área de captação após encher o sistema

de descarte.

Para minimizar o acumulo no fundo do reservatório em dias em que o reservatório

não for suficiente para conter a água da chuva, esta água será extravasada pelo

duto que está instalado no fundo do reservatório e a água carregará consigo boa

parte destes detritos, ou seja, em dias de tempestade será realizada uma ‘limpeza

natural’ no reservatório.

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PH da água da chuva

As letras pH são as iniciais de percentual Hidrogeniônico. A concentração de íons

Hidrogenicos determinam o caráter ácido, neutro ou básico (alcalino), a escala de

pH varia entre 1 e 14 de forma que valores menores que 7 representam caráter

ácido, valores maiores que 7 representam caráter básico e igual à 7 representa

caráter neutro.

A água da chuva é naturalmente ácida, pois a atmosfera além de ser composta por

gases existe uma quantidade razoável de água. O contato de CO2 e água produz

pequenas quantidades de ácido carbônico com isto teremos o que pH da água da

chuva em torno de 5,6. A chuva ácida possui um pH de 5.0 ou menos. A maior parte

da deposição ácida varia de pH 4.3 a 5.0

Na atmosfera o nitrogênio gasoso (N2) e o oxigênio molecular (O2) podem reagir

formando o monóxido de nitrogênio (NO). No entanto, esta reação não é

espontânea, necessitando de muita energia para ocorrer. Por exemplo, durante a

queima de combustível no motor do carro ou em fornos industriais a temperatura é

muito elevada, fornecendo a energia necessária para que ocorra a formação do

monóxido de nitrogênio de forma eficiente.

O monóxido de nitrogênio pode ser oxidado na atmosfera (que contém O2) e formar

o dióxido de nitrogênio (NO2) que tem cor marrom. Muitas vezes, o fato do céu ter

um tom marrom em cidades com tantos veículos como São Paulo, se deve à

formação do NO2 na atmosfera, somado com a grande emissão de material

particulado (incluindo a fuligem) que também escurece a atmosfera. O dióxido de

nitrogênio pode sofrer novas reações e formar o ácido nítrico (HNO3), que contribui

para aumentar a acidez da água de chuva.

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O PH da água ideal para o consumo humano

São divulgadas informação sugerindo valores supostamente “ideais” para o pH da

água destinada ao consumo humano e sem nenhum fundamento técnico chegam a

recomendar o pH alcalino como uma fonte terapêutica e de promoção da saúde.

Quem determina todos os padrões de potabilidade no Brasil é a Portaria 2914 do

Ministério da Saúde. Essa portaria recomenda que o valor do pH da água destinada

ao consumo humano e fornecida pela rede pública de abastecimento esteja na faixa

entre 6.0 a 9.5. Entretanto, existem inúmeras águas engarrafadas e comercializadas

cujo pH é inferior a 6.0, muitas águas minerais gaseificadas têm pH menor que 5 e

essas condições não deixam nenhuma água “melhor” ou “pior” para a saúde.

A razão do controle de pH da água produzida em ETA´s (Estações para Tratamento

de Água) destinadas ao abastecimento público é muito mais de caráter técnico

relacionado à produção, tratamento e transporte do que associada à saúde pública.

O pH menor que 7.0 poderá ter algum efeito mais acelerado sobre as tubulações

metálicas especialmente de ferro ou cobre.

Não há interferência sobre a fisiologia de um indivíduo saudável em ingerir água

com pH igual a 5.0, qualquer suco de fruta cítrica (limão, laranja, etc) ou

refrigerantes que tem pH menor que 3.0.

O ambiente estomacal de uma pessoa normal tem pH na faixa de 2.5 a 3.0,

produzido por um forte ácido que é o ácido clorídrico. O pH do sangue humano varia

entre 7.35 e 7.45, uma faixa extremamente fina (apenas 0.1) que garante que nosso

metabolismo opere normalmente. O corpo humano tem mecanismos refinadíssimos

para conseguir manter o pH do nosso sangue dentro dessa faixa, pois fora dela

nossa saúde entraria em sério comprometimento.

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Filtragem e cloração

No que se refere ao processo de filtração da água o objetivo é a remoção de

material particulado e cloro residual livre (quando possui elemento de carvão

ativado). O material particulado só poderá ser removido caso suas dimensões sejam

superiores às dimensões da porosidade do elemento filtrante. O filtro de carvão

ativado é capaz de eliminar o cloro residual livre, adicionado na água para

desinfecção, reduzir a cor (desde que não produzida por metais) e odores. Porem

se instalar filtros com carvão ativado no processo em que a água será destinada

posteriormente à reservatórios deverá instalar após o filtro uma dosadora de cloro,

pois o filtro irá remover o cloro da água e está ficará “desprotegida” em relação aos

microrganismos (bactérias e fungos) que poderão instalar-se no reservatório.

No mercado existem estações de tratamento para água compacta (ETA)

desenvolvidas para tratamento de pequenos volumes de água com um sistema

completo de filtragem e válvula para retro lavagem que mantem a qualidade e

durabilidade da filtragem por maior tempo. Porem o custo desta instalação é bem

alto e varia em torno de R$ 4.000,00 à R$ 6.500,00.

Outra opção bem mais viável de filtragem são os elementos filtrantes plissados que

possuem grau de retenção em várias porosidades, são laváveis e podem ser

instalados em série montando uma sequencia de filtragem. Um conjunto de três

elementos filtrantes composto de filtro plissado de 30 micras, filtro plissado com 01

micra e filtro de carvão ativado custa em torno de R$ 600,00.

FILTROS PLISSADOS E

CARVÃO ATIVADO

ESTAÇÃO DE TRATAMENTO PARA ÁGUA

BOMBA DOSADORA

VALVULA SOLENOIDE

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Controle de nível e acionamentos

No reservatório de captação de água pluvial será instalado uma boia elétrica ligada no modo normalmente aberto que indicará a presença de volume mínimo de água para ser utilizada. Enquanto esta boia estiver acionada (circuito fechado) será enviada uma tensão acionando a contatora que energizará uma válvula solenoide instalada na tubulação de entrada da caixa d’água impedindo a passagem de água oriunda da empresa de saneamento do município, assim enquanto tiver água no reservatório de captação a caixa d’água não será abastecida com água tarifada.

Esta mesma boia do reservatório de captação será ligada em série com outra boia instalada na caixa d’água no modo normalmente fechado indicando a necessidade de ser abastecida, então quando tiver água no reservatório e estiver faltando na caixa d’água será enviada uma tensão acionando a contatora da bomba d’água e da bomba dosadora até que seja completado o nível da caixa d’água.

Também podemos implantar um sistema simples de verificação do volume de água represando no reservatório de água pluvial. Montando um painel de led’s, energizados por uma fonte de 12V, ligados à eletrodos de vários tamanhos, imersos no reservatório e confeccionados em fio sólido com a ponta descascada para que passe corrente elétrica quando em contato com a água que servirá de meio condutivo.

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Custo de implantação e economia do consumo

O custo de implantação do sistema é proporcional à área de captação pois o volume do reservatório e do sistema de descarte das primeiras águas dependem do quanto de chuva será acumulado.

Para se ter uma ideia de valor para implantação podemos simular um projeto com uma área de 100m² de captação.

Para isto precisaremos contar com um reservatório de 2000l, tela de nylon para calhas, tubulações, conecções, bomba d’água ½ CV, conjunto de filtros, bomba dosadora de cloro, válvula solenoide e componentes elétricos.

Este material gerará um custo aproximado de R$ 2.800,00

Com uma instalação em São Paulo de 100m² acumulará aproximadamente 110m³ de água no ano.

Se considerarmos que o consumo mensal de água seja acima de 20m³ o custo por m³ de água cobrado pela Sabesp é de R$ 17,50.

Concluímos que a economia com a instalação poderá chegar à R$ 1.925,00 por ano.

Isto significa que no prazo de dois anos o investimento será retribuído com a economia gerada.

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Conclusão

A implementação de um sistema de captação de água pluvial para uso em todos os pontos pode ser viável e compensador do ponto de vista ecológico e também financeiro.

Porem esta instalação deve obedecer alguns critérios técnicos e de análise regional para se desenvolver um sistema dimensionado de acordo com as precipitações da região em que será instalada.

Além disto, correções simples são fundamentais para represar água de melhor qualidade como a proteção por telas e descarte das primeiras águas.

A proposta se diferencia com a ideia do extravasador no fundo do reservatório gerando uma “auto limpeza” quando ocorrem as tempestades e a instalação da válvula solenoide fazendo a contenção da água da rede pública na entrada da caixa d’água sempre que acumular água pluvial. Tornando o sistema automatizado e funcionando independentemente de acionamento manual após as precipitações.

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Referencias bibliográficas

www.autoval.com.br/valvulas-solenoide

www.thermoval.com.br

www.cloromatic.com.br

www.naturaltec.com.br

www.bombasleste.com.br

www.coel.com.br

www.icos.com.br

www.brasilescola.com/calculo-volume-chuvas.htm

www.clubedaquímica.com

www.usp.br/qambiental

www. cohesp .com.br

www.inmet.gov.br

www.google.com/imagens

www.ideu.com.br

www.rdaequipamentos.com.br