gestão de águas: redução de consumo e reuso para o prédio sede do lna - laboratório nacional...
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Universidade Federal de Itajubá Instituto de Recursos Naturais
ENGENHARIA HÍDRICA
Gestão de águas: redução de consumo e reuso para o prédio sede do LNA - Laboratório Nacional
de Astrofísica
Livia Fraga Oliveira
Itajubá - MG 2015
Gestão de águas: redução de consumo e reuso para o
para o prédio sede do LNA - Laboratório Nacional de
Astrofísica
Livia Fraga Oliveira
Monografia submetida à banca examinadora do Trabalho Final de Graduação apresentado à Universidade Federal de Itajubá, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro(a) Hídrico.
Orientadora: Profª. Ana Paula Silva Figueiredo
Itajubá - MG
2015
DEDICATÓRIA
Dedico meu trabalho às minhas famílias. À família que me possibilitou estar aqui: à
minha mãe por cada palavra de carinho, ao meu pai por cada abraço apertado das
despedidas e à minha irmã por cada momento de conversa em dias difíceis. E à minha
família que está prestes a se formar: à alguém que se mostra tão presente mesmo
com a distância. Todos vocês me permitiram estar aqui e chegar aonde cheguei!
Obrigada pelo incentivo, pela paciência, por não medirem esforços para que eu
chegasse até o fim desta etapa e principalmente pelo amor que cada um tem por mim.
Valeu a pena esperar, valeu a pena a distância, valeu a pena nossas renúncias, valeu
a pena todos os sofrimentos. Esta conquista não é só minha, é nossa!
AGRADECIMENTOS
A Deus, por cada pessoa que Ele coloca em meu caminho.
A todos os professores que passaram pela minha vida, não seria possível chegar onde
cheguei se não fosse cada um de vocês.
Aos professores do meu curso, tão importantes no meu crescimento profissional e
pessoal.
Ao Laboratório Nacional de Astrofísica, pelo convite para o desenvolvimento deste
trabalho, confiança e auxílio em todas as pesquisas de campo necessárias.
Aos meus amigos João e Janaína, por cada incentivo nos momentos difíceis, por cada
momento de descontração.
Aos meus amigos Letícia, Gustavo, Alexandre, Joice e Felipe, por fazerem minha
estadia em Itajubá mais alegre.
“Flores brancas vão abrir, sorrisos de jequitibá.
Sementes de asas claras vão voar.
Outras histórias vão começar...”
(Hélio Ziskind)
RESUMO
Este trabalho apresenta um estudo de gestão da água para a sede do Laboratório Nacional de Astrofísica – LNA, a fim de atender a Portaria Nº 23, de fevereiro de 2015 do Ministro de Estado do Planejamento, Orçamento e Gestão que estabelece à órgãos e entidades da administração Pública Federal, que dispõe sobre boas práticas de gestão e uso tanto de energia quanto de água, como a implantação de inspeções periódicas em equipamentos hidráulicos, substituição de equipamentos para redução de consumo e adoção de sistemas de reuso. Para isso são estudadas as demandas locais, pontos de consumos e usos, as ofertas de água, a viabilidade de implantação de um sistema aproveitamento de água da chuva e quais medidas devem ser implementadas. Através de visitas ao local foram identificados os pontos de consumo e os principais usos aos quais se destinam. Para a determinação do volume de água utilizado em usos não-potáveis foi aplicado um questionário online com os funcionários e uma entrevista com os responsáveis por serviços gerais e manutenção. Buscou-se a redução de custos com a proposta de substituição de vasos sanitários e da implantação de um sistema de aproveitamento de água da chuva. Com a substituição dos sanitários pode-se reduzir em 8% o valor total a ser pago a concessionária de abastecimento. Para o atendimento da demanda de usos não potáveis, de acordo com o Método da Simulação (ABNT, 2007), é necessário um reservatório de acumulação de 46 m³., e com a implantação do sistema de aproveitamento de água da chuva pode-se obter uma economia de 27% no valor total a ser pago a empresa de abastecimento público, já que o valor a ser pago pelo tratamento de esgoto deve ser taxado de acordo com o consumo total – usos potáveis e não potáveis. Calculou-se o tempo de retorno estimado ao investimento total de troca de componentes hidráulicos e instalação do sistema de aproveitamento de água da chuva, tanto pelo método TIR quanto por VPL e Payback o valor encontrando é de 20 anos. Conclui-se que, a maior dificuldade para a implantação do sistema se dá pelo fato da quantidade de usuários ser elevada frente a área disponível de captação. Um projeto de aproveitamento de água da chuva nestas condições só será considerado viável se há a falta do recurso, caso contrário não será implantado. Palavras-Chave: Oferta de água, demanda de água, aproveitamento de água da
chuva.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Sistema de gestão de um programa de conservação de água em edifícios
já existentes .............................................................................................................. 17
Figura 3.1 Determinação da área do telhado ............................................................ 32
Figura 4.1 Sede do Laboratório Nacional de Astrofísica ........................................... 43
Figura 4.2 Torneira Automática (T1) ......................................................................... 46
Figura 4.3 Torneira Convencional (T2) ...................................................................... 46
Figura 4.4 Torneira Convencional (T3) ...................................................................... 46
Figura 4.5 Torneira Convencional (T4) ...................................................................... 46
Figura 4.6 Válvula sanitária, HYDRA (S1) ................................................................. 47
Figura 4.7 Caixa suspensa, (3) ................................................................................. 47
Figura 4.8 Caixa acoplada, Deca (S2) ...................................................................... 47
Figura 4.9 Filtro, Libell (F1) ....................................................................................... 49
Figura 4.10 Lavadora, Mueller (MQ1) ....................................................................... 49
Figura 4.11 Gráfico do Quadro de Funcionários ....................................................... 51
Figura 4.12 Gráfico do tempo de permanência no LNA ............................................ 51
Figura 4.13 Gráfico do grau de importância dado ao tema água pelos funcionários do
LNA ........................................................................................................................... 52
Figura 4.14 Gráfico do grau de importância que os funcionários consideram que o LNA
dá ao tema água ....................................................................................................... 52
Figura 4.15 Gráfico do grau de importância que os funcionários consideram que o LNA
dá ao tema reuso de água ........................................................................................ 53
Figura 4.16 Gráfico do grau de mudanças que os funcionários consideram que tiveram
com relação ao uso de água ..................................................................................... 54
Figura 4.17 Gráfico do grau de mudança de comportamento que os funcionários
consideram que podem ter com relação ao seu uso de água no LNA ...................... 55
Figura 4.18 Gráfico de quais mudanças os funcionários do LNA consideram que
poderiam adotar para reduzir seu consumo de água no LNA ................................... 55
Figura 4.19 Gráfico das sugestões, dos funcionários, que o LNA poderia adotar para
reduzir o consumo de água ....................................................................................... 56
Figura 4.20 Gráfico das sugestões, segundo os funcionários, de ações que poderiam
ser adotadas pelo LNA para a utilização do reuso de água ...................................... 57
Figura 4.21 Gráfico do empenho dos funcionários em reduzir o consumo de água.. 58
Figura 4.22 Gráfico de quais medidas poderiam ser adotadas, na opinião dos
funcionários, para combater o desperdício de água em seu período de trabalho ..... 58
Figura 4.23 Localização dos Postos Pluviométricos ................................................. 64
Figura 4.24 Gráfico da Análise de Regressão Linear com os dados Brutos entre os
postos de São João de Itajubá e São Lourenço. ....................................................... 66
Figura 4.25 Gráfico da Análise de Regressão Linear com eliminação de outliers entre
os postos de São João de Itajubá e São Lourenço ................................................... 66
Figura 4.26 Gráfico das Médias Mensais de Pluviosidade para o posto de São João
de Itajubá................................................................................................................... 67
Figura 4.27 Gráfico da Série Histórica de Pluviosidade para o posto de São João de
Itajubá ....................................................................................................................... 68
Figura 4.28 Planta da área dos telhados dos prédios principais da sede do LNA..... 69
Figura 4.29 Gráfico da comparação entre a precipitação capitada e as demandas de
consumos de usos não potáveis ............................................................................... 70
Figura 4.30 Pré-filtro separador de folhas ................................................................. 83
Figura 4.31 Filtro por vortex ...................................................................................... 83
Figura 4.32 Dosador automático de cloro ................................................................. 84
Figura 4.33 Tubulações em PVC - 10mm de diâmetro ............................................. 85
Figura 4.34 Esboço da disposição dos edifícios no LNA ........................................... 91
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 Parâmetros característicos de água de reuso Classe 1 .......................... 21
Tabela 2.2 Parâmetros característicos de água de reuso Classe 2 .......................... 21
Tabela 2.3 Parâmetros característicos de água de reuso Classe 3 .......................... 22
Tabela 2.4 Parâmetros característicos de água de reuso Classe 4 .......................... 23
Tabela 2.5 Estimativa de volume de água perdidos em vazamentos ........................ 26
Tabela 3.1 Exemplo de Tabela para caracterização de pontos de consumo ............ 29
Tabela 3.2 Estimativas de consumo de água em usos não potáveis ........................ 30
Tabela 3.3 Exemplo de tabela para determinação do volume do reservatório de
acumulação através do Método de Rippl .................................................................. 34
Tabela 3.4 Exemplo de tabela para determinação do volume do reservatório de
acumulação através do Método da Simulação .......................................................... 35
Tabela 3.5 Exemplo de tabela para determinação do volume do reservatório de
acumulação através do Método Prático Australiano ................................................. 37
Tabela 3.6 Tabela de perda de carga em tubulações de PVC para perdas distribuidas
.................................................................................................................................. 40
Tabela 3.7 Comprimento equivalente em metros de Tubulação de PVC para perdas
localizadas................................................................................................................. 41
Tabela 4.1 Resumo de torneiras quanto a usos e locais ........................................... 45
Tabela 4.2 Classificação, localização e usos de torneiras no LNA ........................... 46
Tabela 4.3 Resumo de descargas sanitárias quanto a localização ........................... 47
Tabela 4.4 Classificação e localização de válvulas sanitárias no LNA ...................... 48
Tabela 4.5 Resumo de mictórios quanto a localização ............................................. 48
Tabela 4.6 Localização de mictórios no LNA ............................................................ 48
Tabela 4.7 Localização de chuveiros no LNA ........................................................... 49
Tabela 4.8 Classificação, localização e usos outros dispositivos consumidores de
água no LNA ............................................................................................................. 50
Tabela 4.9 Quadro de atividades no LNA consideradas de usos não potáveis ........ 59
Tabela 4.10 Consumo atual estimado de água para serviços de limpeza ................ 60
Tabela 4.11 Consumo atual estimado de água para o uso de sanitários .................. 60
Tabela 4.12 Consumo estimado de água para serviços de limpeza após a troca de
equipamentos ............................................................................................................ 61
Tabela 4.13 Consumo estimado de água para o uso de sanitários após a troca de
equipamentos ............................................................................................................ 61
Tabela 4.14 Gastos mensais e consumo de água - COPASA .................................. 63
Tabela 4.15 Postos de Consulta para a determinação da pluviosidade para o LNA . 64
Tabela 4.16 Correlação entre os dados dos postos consultados e o posto de São João
de Itajubá................................................................................................................... 65
Tabela 4.17 Médias Mensais da precipitação captada, do consumo total do LNA, dos
usos não potáveis atuais e dos usus não potáveis considereando a substituição de
equipamentos sanitários ........................................................................................... 71
Tabela 4.18 Método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C1 ................................................................................................... 72
Tabela 4.19 Método da simulação para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C1 ................................................................................................... 73
Tabela 4.20 Método Prático Australiano para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C1 ................................................................................................... 75
Tabela 4.21 Comparação dos resultados obtidos por diferentes métodos para o
cálculo do volume do reservatório de armazenamento ............................................. 76
Tabela 4.22 Método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C2 ................................................................................................... 76
Tabela 4.23 Método da simulação para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C2 ................................................................................................... 77
Tabela 4.24 Método Prático Australiano para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C2 ................................................................................................... 79
Tabela 4.25 Método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C3 ................................................................................................... 80
Tabela 4.26 Método da simulação para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C3 ................................................................................................... 80
Tabela 4.27 Método Prático Australiano para o dimensionamento do reservatório de
armazenamento C3 ................................................................................................... 82
Tabela 4.28 Calculo de perdas de carga localizadas ................................................ 86
Tabela 4.29 Tabela de Seleção bombas BC - 92 S 1A e 1B ..................................... 87
Tabela 4.30 Descrição de equipamentos e materiais e estimativas de custo ........... 90
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANA Agência Nacional de Águas COPASA Companhia de Saneamento de Minas Gerais IC Indicador de Consumo LNA Laboratório Nacional de Astrofísica mg/L Miligrama por litro PCA Programa de Conservação de Água TIR Taxa Interna de Retorno TMA Taxa Mínima de Atratividade uH Unidade de Hazen uT Unidade de Turbidez VPL Valor Presente Líquido
SUMÁRIO
1 Introdução .......................................................................................................... 14
1.1 Objetivos ............................................................................................................ 15
1.1.1 Objetivos específicos ................................................................................... 15
1.2 Justificativa ......................................................................................................... 15
2 Referêncial teórico: Gestão da água: Redução de Consumo e Reuso de Água
15
2.1 Detalhamento e Gestão da Oferta de água........................................................ 16
2.1.1 Exigências mínimas de características de água não potável para utilização
em atividades comuns em edifícios ........................................................................... 18
2.1.2 Padrões de Qualidade da água para reuso .................................................. 20
2.2 Análise da Demanda e Tipos de Consumo ........................................................ 23
2.2.1 Auditoria e diagnóstico do consumo de água em edifícios já existentes ...... 23
2.3 Gestão da água ofertada de acordo com as demandas..................................... 26
2.3.1 Estimativa e avaliação do impacto de redução do consumo de água .......... 28
3 Metodologia ........................................................................................................ 29
3.1 Diagnóstico da Demanda de Água ..................................................................... 29
3.1.1 Pontos de Consumo ..................................................................................... 29
3.1.2 Usos da Água ............................................................................................... 30
3.1.3 Estimativa de Consumo ............................................................................... 30
3.2 Diagnóstico da Oferta Hídrica do LNA ............................................................... 30
3.2.1 Água da Concessionária .............................................................................. 30
3.2.2 Água de Chuva ............................................................................................ 31
3.3 Gestão da Demanda .......................................................................................... 40
3.3.1 Avaliação Quali-Quantitativa ........................................................................ 40
4 Estudo de Caso: Sede do Laboratório Nacional de Astrofísica .......................... 42
4.1 Caracterização do local de estudo ..................................................................... 42
4.2 Diagnóstico da Demanda de Água ..................................................................... 45
4.2.1 Pontos de Consumo e principais usos ......................................................... 45
4.2.2 Estimativa de Consumo ............................................................................... 50
4.3 Diagnóstico da Oferta Hídrica do LNA ............................................................... 62
4.3.1 COPASA ...................................................................................................... 62
4.3.2 Água Subterrânea ........................................................................................ 62
4.3.3 Água de Chuva ............................................................................................ 63
4.4 Gestão da Demanda .......................................................................................... 87
4.4.1 Avaliação Quali-Quantitativa ........................................................................ 87
4.5 Conclusões e Recomendações .......................................................................... 92
5 Referências ........................................................................................................ 94
Apêndice A – Questionário ........................................................................................ 97
14
1 INTRODUÇÃO
A escassez de água deve ser observada sob dois aspectos: disponibilidade e uso
pretendido (SANTOS e MANCUSO, 2003). Muitas vezes sua má gestão e
desperdícios levam a situações de escassez, além de situações em que há o recurso
porém sua qualidade não atende às necessidades do usuário.
Sendo assim, não se pode mais atribuir a escassez de água às regiões áridas ou
semiáridas, pois regiões abundantes em recursos hídricos muitas vezes não
conseguem atender as demandas extremamente altas acarretando, portanto, conflitos
de usos e restrições de consumo (ANA, 2005).
Uma solução interessante é a diversificação da oferta de água de uma edificação,
substituindo parte da água potável por uma fonte de qualidade inferior destinada a
usos menos nobres, utilizando sistemas de reuso de água da chuva e buscando a
redução do consumo com a substituição dos dispositivos por modelos mais
econômicos além da redução de perdas (OLIVEIRA, 2005).
Não são somente os regimes de chuva que estão mudando mas sim a capacidade
de conservação e absorção de água nas bacias que vem sendo reduzidas, gerando,
portanto, cheias de maior intensidade e secas mais severas, provocando várias
adversidades, sendo importante o diagnóstico local para que só então sejam tomadas
as decisões adequadas a situação, de uso e disponibilidade do recurso hídrico.
A utilização de sistemas de coleta de águas pluviais, por exemplo, permite a
redução do volume de água que chega aos sistemas pluviais de coleta urbana
amortecendo, por tanto, os picos de enchentes e as inundações (ANA, 2005).
Porém, para que o investimento tenha o retorno esperado é importante que seu
estudo seja detalhado, que se faça pesquisas quanto aos usos pretendidos, a
quantidade de água que será fornecida ao sistema, e os custos de sua implantação e
operação.
Sendo assim, tal trabalho irá abordar a gestão de águas: redução de consumo e
reuso para o prédio sede do LNA - Laboratório Nacional de Astrofísica, diagnosticando
sua demanda, analisando a oferta de água e indicando a melhor maneira de gerir tais
recursos.
15
1.1 OBJETIVOS
Este projeto tem por objetivo estudar o padrão de consumo de água existente no
Laboratório Nacional de Astrofísica – LNA, em sua sede em Itajubá – MG e verificar
as possíveis alternativas para sua redução, tanto através do uso de equipamentos e
dispositivos hidráulicos economizadores já existentes no mercado, como a
implantação do reuso de água da chuva para fins não potáveis, e indicando as
soluções economicamente viáveis encontradas.
1.1.1 Objetivos específicos
Diagnóstico da demanda, identificando pontos e estimando seus consumos
Diagnóstico da oferta hídrica, quais fontes estão disponíveis e quantidades
Gestão da demanda, quais fontes se destinam a quais tipos de usos
1.2 JUSTIFICATIVA
Este trabalho justifica-se em dois aspectos primordiais:
Diversificar as fontes de abastecimento para que se reduza o custo com tal
serviço, e que permita em períodos de escassez ter reservas para
suprimento próprio.
Possibilitar ao LNA atender à Portaria do Ministério de Estado do
Planejamento, Orçamento e Gestão Nº 23 de 12 de fevereiro de 2015, em
que se estabelecem boas práticas de gestão, uso de energia elétrica e água
em órgãos públicos.
2 REFERÊNCIAL TEÓRICO: GESTÃO DA ÁGUA: REDUÇÃO DE CONSUMO E REUSO DE ÁGUA
Segundo a ANA (2005) para se otimizar o uso e promover a conservação da água
pode-se implementar projetos que:
Reduzam a quantidade de água extraída de fontes de suprimento;
Reduzam o consumo de água;
Reduzam o desperdício de água;
Aumentem a eficiência do uso de água, ou
Aumentem a reciclagem e o reuso de água.
16
Para que tais intervenções sejam efetivas e garantam a qualidade necessária a
cada uso pretendido é imprescindível que se estude o sistema, suas atividades
consumidoras e propiciando o mínimo de desperdício gerando então, um uso racional,
fazendo com que usos menos nobres recebam água com qualidade inferior (ANA,
2005).
O ideal é que tais medidas de um Programa de Conservação de Água (PCA) sejam
aplicadas durante a construção de um edifício. No caso de edifícios já existentes
algumas limitações podem inviabilizar certas intervenções, como a implantação de um
novo sistema de água que pode ser inviabilizado pela ausência de espaço na
edificação. A metodologia para a implementação de um PCA em um edifício já
existente é estruturada em três etapas melhor detalhadas na Figura 2.1, que mostra,
em um fluxograma quais são as etapas para a implantação de um Programa de
Conservação de água, assim como as etapas para o sistema de gestão.
Auditoria e diagnóstico do consumo de água;
Definição e execução do plano de intervenção; e
Implantação de um sistema de gestão de água.
Caso não existam medições setorizadas de consumo deve-se planejar como serão
definidos tais consumos (ANA, 2005).
2.1 DETALHAMENTO E GESTÃO DA OFERTA DE ÁGUA
O detalhamento de oferta de água é realizado a fim de identificar e quantificar todas
as fontes de água disponíveis no local de estudo, tanto as já utilizadas como as
potenciais, para que, posteriormente, seja possível direcioná-las de acordo com as
necessidades dos usuários do sistema, a fim de reduzir o consumo e os custos de
abastecimento.
A principal fonte em áreas urbanas é a concessionária, que tem o dever de distribuir
água em qualidade potável e com pressão adequada à população. Seu sistema de
medição de cobrança tem boa confiabilidade e pode ser utilizado para quantificar o
uso da água para fins de estudo.
Com o aumento da escassez do recurso hídrico tornou-se ainda mais importante a
discussão do seu consumo racional, seus usos e desperdícios. Mesmo que sejam
aplicadas intervenções de correção de vazamentos, redução de perdas,
17
conscientização da população envolvida no consumo e a instalação de dispositivos
hidráulicos mais econômicos, ainda assim, destina-se a água potável para usos não
potáveis.
Figura 2.1 Sistema de gestão de um programa de conservação de água em edifícios já existentes
Fonte: Agência Nacional de Águas (2005)
Frente a tal situação, insere-se os conceitos de Conservação de Água e
Diversificação da Oferta de Água. O primeiro objetiva reduzir o consumo por
diminuição de perdas e se possível implantação de sistemas de reuso, enquanto o
segundo sugere a utilização de águas de fontes alternativas com qualidade compatível
a seu uso, não destinando, por exemplo, água potável a usos menos nobres.
18
São consideradas fontes alternativas todas aquelas de captação do próprio usuário,
sendo ele mesmo o responsável por sua quantidade e qualidade. Geralmente o uso
de água de fontes alternativas não sofrem cobrança, porém podem haver casos em
que sua utilização requeira autorização e posteriormente podem se tornar sujeitas a
cobranças pelo uso.
De acordo com a ANA (2005), a má gestão ou o uso inadequado de fontes
alternativas de água podem colocar em risco tanto o consumidor quanto as atividades
as quais esta é empregada. Torna-se, portanto, indispensável que ao se escolher uma
ou mais fontes alternativas de abastecimento sejam considerados os custos de
manutenção do sistema tanto em qualidade quanto em quantidade além do custo de
sua própria implantação, para garantir a segurança de uso.
É importante ressaltar que para fontes alternativas de abastecimento de água o
sistema hidráulico deve ser identificado e também independente daquele fornecido
pela concessionária de abastecimento público, e torneiras de água não potável devem
ter acesso restrito (ANA, 2005).
Sendo assim, serão apresentados nos itens 2.1.1 e 2.1.2 as exigências de
determinados usos e os padrões de qualidade exigidas pelos mesmo.
2.1.1 Exigências mínimas de características de água não potável para utilização
em atividades comuns em edifícios
Em função de diversas atividades passíveis de serem realizadas em edifícios são
apresentadas as exigências mínimas de características da água não potável
recomendas pela ANA (2005):
a. Irrigação, rega de jardim e lavagem de piso
Para tais atividades a água:
Não deve apresentar mau cheiro
Não deve conter componentes que agridam as plantas ou que
estimulem o crescimento de pragas
Não deve ser abrasiva
Não deve manchar superfícies
Não deve propiciar infecções ou contaminações provenientes de
vírus ou bactérias prejudiciais à saúde humana
19
b. Descarga de bacias sanitárias
Para tal atividade a água:
Não deve apresentar mau cheiro
Não deve ser abrasiva
Não deve manchar superfícies
Não deve deteriorar metais sanitários
Não deve propiciar infecções ou contaminações provenientes de
vírus ou bactérias prejudiciais à saúde humana
c. Refrigeração e sistema de ar condicionado
Para tais atividades a água:
Não deve apresentar mau cheiro
Não deve ser abrasiva
Não deve manchar superfícies
Não deve deteriorar máquinas
Não deve não deve formar incrustações
d. Lavagem de veículos
Para tal atividade a água:
Não deve apresentar mau cheiro
Não deve ser abrasiva
Não deve manchar superfícies
Não deve conter sais ou substâncias remanescentes após secagem
Não deve propiciar infecções ou contaminações provenientes de
vírus ou bactérias prejudiciais à saúde humana
e. Lavagem de roupas
Para tal atividade a água:
Deve ser incolor
Deve ser livre de algas
Deve ser livre de partículas sólidas
Deve ser livre de metais
20
Não deve apresentar mau cheiro
Não deve ser turva
Não deve deteriorar materiais sanitários e equipamentos
Não deve propiciar infecções ou contaminações provenientes de
vírus ou bactérias prejudiciais à saúde humana
f. Uso ornamental
Para tal atividade a água:
Deve ser incolor
Não deve apresentar mau cheiro
Não deve ser turva
Não deve deteriorar materiais sanitários e equipamentos
Não deve propiciar infecções ou contaminações provenientes de
vírus ou bactérias prejudiciais à saúde humana
g. Uso em construção civil – Preparação de argamassa, concreto,
controle de poeira e compactação do solo
Para tais atividades
Não deve apresentar mau cheiro
Não deve alterar as características de resistência dos materiais.
2.1.2 Padrões de Qualidade da água para reuso
A parir das necessidades de usos citadas no item anterior a ANA (2005) definiu
quatro classes de água para reuso, em função de parâmetros físicos químicos e
biológicos, a saber:
a. Água de reuso Classe 1:
Atende as necessidades de usos em descarga de bacia sanitária,
lavagem de roupas, pisos e veículos, e fins ornamentais.
Em todas estas atividades ocorre a exposição dos usuários à água
reciclada, e por esta razão os parâmetros desta classe são os mais restritivos
21
entre as demais. São apresentados na Tabela 2.1 os parâmetros referente
a Classe 1 de água de reuso.
Tabela 2.1 Parâmetros característicos de água de reuso Classe 1
Parâmetros Concentrações
Coliformes fecais¹ Não detectáveis
pH Entre 6,0 e 9,0
Cor [UH] ≤ 10 UH
Turbidez [UT] ≤ 2 UT
Odor e aparência Não desagradáveis
Óleos e graxas [mg/L] ≤ 1 mg/L
DBO² [mg/L] ≤ 10 mg/L
Compostos orgânicos voláteis³ Ausentes
Nitrato [mg/L] < 10 mg/L
Nitrogênio amoniacal [mg/L] ≤ 20 mg/L
Nitrito [mg/L] ≤ 1 mg/L
Fósforo total4 [mg/L] ≤ 0,1 mg/L
Sólido suspenso total (SST) [mg/L] ≤ 5 mg/L
Sólido dissolvido total5 (SDT) [mg/L] ≤ 500 mg/L
1- Parâmetro prioritário aos usos considerados 2- O controle da carga orgânica restringe a proliferação de microrganismos e cheiro desagradável proveniente de processos de decomposição. 3- O controle de compostos orgânicos voláteis visa evitar odores desagradáveis. 4- O controle tanto do nitrogênio quanto do fósforo auxilia na redução de proliferação de algas e filmes
biológicos.
5- São valores recomendados à lavagem de roupas e veículos.
Fonte: (ANA, 2005)
b. Água de reuso Classe 2:
A água de reuso de Classe 2 destina-se principalmente aos usos
relacionados à construção civil como preparação de argamassa, concreto,
controle de poeira e compactação do solo.
Para tais usos devem ser seguidos os seguintes paramentos
apresentados na Tabela 2.2.
Tabela 2.2 Parâmetros característicos de água de reuso Classe 2
Parâmetros Concentrações
Coliformes fecais ≤ 1000 / mL
pH Entre 6,0 e 9,0
Odor e aparência Não desagradáveis
Óleos e graxas [mg/L] ≤ 1,0 mg/L
DBO [mg/L] ≤ 30 mg/L
Compostos orgânicos voláteis Ausentes
Sólido suspenso total (SST) [mg/L] ≤ 30 mg/L
Fonte: (ANA, 2005)
22
c. Água de reuso Classe 3:
A água de reuso de Classe 3 pode ser utilizada para a irrigação de áreas
verdes e jardins, onde a maior preocupação está relacionada a
concentrações de contaminantes químicos e biológicos, salinidade,
toxicidade de determinados íons, taxa de infiltração no solo entre outras. A
Tabela 2.3 apresenta as concentrações máximas permitida a águas de reuso
classificadas como Classe 3.
Tabela 2.3 Parâmetros característicos de água de reuso Classe 3
Parâmetros Concentrações
Coliformes fecais ≤ 200 / 100 mL
pH Entre 6,0 e 9,0
Salinidade 0,7 < EC [dS/m] < 3,0
450 < SDT [mg/L] < 1500
Toxicidade por íons específicos
Para irrigação superficial
Sódio [SAR] Entre 3 e 9
Cloretos [mg/L] < 350 mg/L
Cloro residual [mg/L] Máxima de 1 mg/L
Para Irrigação com aspersores
Sódio [SAR] > ou = 3,0
Cloretos [mg/L] < 100 mg/L
Cloro residual < 1,0 mg/L
Boro [mg/L] Irrigação de culturas alimentícias 0,7 mg/L
Rega de jardins e similares 3,0 mg/ L
Nitrogênio total [mg/L] 5 - 30 mg/L
DBO [mg/L] < 20 mg/L
Sólido suspenso total (SST) [mg/L] < 20 mg/L
Turbidez [UT] < 5 UT
Cor aparente [UH] < 30 UH
Modificado de: (ANA, 2005)
d. Água de reuso Classe 4:
A água de reuso Classe 4 é utilizada em torres de resfriamento e as
variáveis recomendadas para seu uso são apresentadas na Tabela 2.4.
23
Tabela 2.4 Parâmetros característicos de água de reuso Classe 4
Parâmetros Sem recirculação Com recirculação
Sílica [mg/L] 50 mg/L 50 mg/L
Alumínio [mg/L] Sem Recomendação 0,1 mg/L
Ferro [mg/L] Sem Recomendação 0,5 mg/L
Manganês [mg/L] Sem Recomendação 0,5 mg/L
Amônia [mg/L] Sem Recomendação 1,0 mg/L
Sólidos Dissolvidos Totais [mg/L] 1000 mg/L 500 mg/L
Cloretos [mg/L] 600 mg/L 500 mg/L
Dureza [mg/L] 850 mg/L 650 mg/L
Alcalinidade [mg/L] 500 mg/L 350 mg/L
Solidos em Suspensão Totais [mg/L] 5000 mg/L 100 mg/L
pH 5,0 – 8,3 6,8 – 7,2
Coliformes totais [NMP/100mL] Sem Recomendação 2,2 NMP/100mL
Bicarbonato [mg/L] 600 mg/L 24 mg/L
Sulfato [mg/L] 680 mg/L 200 mg/L
Fósforo [mg/L] Sem Recomendação 1,0 mg/L
Cálcio [mg/L] 200 mg/L 50 mg/L
Magnésio [mg/L] Sem Recomendação 30 mg/L
O2 dissolvido [mg/L] Presente Sem Recomendação
DQO [mg/L] 75 mg/L 75 mg/L
Modificado de: (ANA, 2005)
2.2 ANÁLISE DA DEMANDA E TIPOS DE CONSUMO
Segundo a ANA (2005), em edificações já existentes, em geral, é difícil a inserção
de medições de setorização de consumo já que comumente sistemas prediais de
distribuição de água são realizados em colunas de distribuição, fornecendo água a
pontos de consumo de ambientes similares sobrepostos, e com tubulações embutidas
nas paredes. Sendo assim, são necessárias as estimativas de quantidade destinada
de água a cada uso a partir de um consumo total.
2.2.1 Auditoria e diagnóstico do consumo de água em edifícios já existentes
Analisar o consumo permite conhecer como se dá a utilização de água no sistema
em questão, e suas características físicas e funcionais no edifício. A ANA (2005)
recomenda que se faça um levantamento do Indicador de Consumo (IC), que avalia a
relação de água consumida em volume pelo número de agentes consumidores em um
mesmo intervalo de tempo [litros/pessoa.dia], consideradas, por exemplo, questões
como o tempo de permanência dos consumidores no local, suas faixas etárias, se há
diferenças sazonais de consumo.
O levantamento geral do sistema se dá através das seguintes atividades (ANA,
2005):
24
a. Levantamento do sistema hidráulico predial e detecção de vazamentos
Tais levantamentos devem considerar os seguintes itens listados:
Obter a idade da edificação
Levantar o histórico de manutenção
Observar os tipos de abastecimento e os medidores existentes
Quantificar os reservatórios e suas capacidades
Observar a condição da(s) torneira(s) de boia, local de desague de
extravasores e tubulações de limpeza de reservatórios
Monitorar a pressão em pontos críticos
Cadastrar os pontos de utilização do sistema, suas características e
condições de operação.
b. Levantamento dos sistemas hidráulicos especiais
Neste item devem ser considerados, se existentes nos edifícios de estudo, sistemas
de ar condicionado, ar comprimido, vácuo, vapor com caldeira, destilação, entre
outros.
c. Levantamentos da qualidade da água
Para o levantamento da qualidade da água deve-se:
Obter as análises físico-química e bacteriofágica da água
descrevendo a metodologia utilizada; além de
Identificar os pontos do sistema hidráulico suscetíveis à
contaminação.
d. Levantamento dos procedimentos dos usuários
A partir deste levantamento é possível “dividir” o consumo e classificar seus tipos
de uso principalmente quando não é possível realizar medições setorizadas de
consumo
Devem ser observados os principais ambientes de consumo de água, como
cozinhas, lavanderias, sanitários, jardim e área externa, laboratórios, oficinas e
25
demais ambientes que julgar importante de acordo com o tipo de edifício estudado.
Podendo, também, ser realizados questionários e/ou entrevistas com os funcionários.
e. Elaboração de um Relatório de Diagnóstico
Este relatório sintetiza as informações obtidas durante a auditoria de consumo a
partir da qual será possível gerar um plano de intervenção reduzindo o consumo de
acordo com o edifício e suas características de sistema e consumo. Os itens sugeridos
para o relatório são:
Consumo diário de água no período histórico
Número de agentes consumidores
Valor do indicador de consumo de água no período histórico
Desperdício diário estimado
Índice de desperdício estimado
Perda por vazamento visível
Índice de perda por vazamento visível
Índice de vazamento visível
Perda por vazamento invisível
Índice de perda por vazamento invisível
Índice de vazamento invisível
Perda diária total levantada no sistema
Consumo diário de água em sistemas hidráulicos especiais
Procedimentos inadequados de usuários relacionados ao consumo
de água.
Quando se analisam os índices de perdas deve se ressaltar que não
necessariamente grandes índices de vazamento caracterizam grandes volumes de
água perdidos, por isso, é importante que se estime o índice de perdas1 por
vazamentos facilitando assim a observação dos resultados (ANA, 2005).
A Tabela 2.5 apresenta valores estimados para volumes de água perdidos em
vazamentos.
1 Os índices de perdas é a razão entre as perdas médias diária e o consumo médio diário.
26
Tabela 2.5 Estimativa de volume de água perdidos em vazamentos
Aparelho / Equipamento sanitário Perda Estimada
Torneiras (de lavatório, de pia, de uso geral)
Gotejamento lento 6 a 10 litros/dia
Gotejamento médio 10 a 20 litros/dia
Gotejamento rápido 20 a 32 litros/dia
Gotejamento muito rápido > 32 litros/dia
Filete Ø 2 mm > 114 litros/dia
Filete Ø 4 mm > 333 litros/dia
Vazamento no flexível 0,86 litros/dia
Mictório
Filetes visíveis 144 litros/dia
Vazamento no flexível 0,86 litros/dia
Vazamento no registro 0,86 litros/dia
Bacia sanitária com válvula de descarga
Filetes visíveis 144 litros/dia
Vazamento no tubo de alimentação da louça
144 litros/dia
Válvula disparada quando acionada
40,8 litros (p/ período de 30s e vazão de 1,6 l/s)
Chuveiro
Vaza no registro 0,86 litros/dia
Vaza no tubo de alimentação junto da parede
0,86 litros/dia
Fonte: (ANA, 2005)
2.3 GESTÃO DA ÁGUA OFERTADA DE ACORDO COM AS DEMANDAS
Em geral o plano de intervenção inicia-se na correção de vazamentos, que é muitas
vezes o ponto mais crítico do sistema. A avaliação das ações implantadas pode
ocorrer depois de cada intervenção ou ao final da execução de todo o plano de
intervenção.
O consumo total de água corresponde a soma da água efetivamente utilizada com
a que é desperdiçada, sendo que, o desperdício abrange tanto a perda de água
(vazamentos, mau desempenho do sistema) como seu uso excessivo (descaso, má
qualificação ou negligência do usuário, mau desempenho do sistema).
Segundo a ANA (2005), para a redução do desperdício devem ser considerados:
a. Correção dos Vazamentos
Sendo uma das principais ações para a redução do consumo de água a correção
de vazamentos deve ser, se não a primeira, uma das primeiras intervenções a
serem realizadas, já que este controle de desperdício tende a deixar o sistema mais
próximo de suas condições plenas de desempenho.
27
b. Redução das Perdas
A redução das perdas se dá por um conjunto de ações como manutenção,
eficiêntização do sistema, capacitação do usuário (no caso de operação de
maquinário que utiliza água) e reaproveitamento de água ou utilização de fontes
alternativas.
c. Realização de campanhas de sensibilização e educativas
A campanha de sensibilização, destinada a todos os usuários, pode abordar
tópicos como: o objetivo da conservação da água, as vantagens econômicas e
ambientais da redução do consumo, a redução de gastos com as contas de água
e a possibilidade de atendimento a um maior número de usuários.
Já as campanhas educativas destinam-se à usuários específicos que tem papéis
importantes no consumo de água do sistema estudado como funcionários de
cozinha, limpeza, manutenção, laboratórios, entre outros aos quais podem ser
desenvolvidos cursos de pesquisa por vazamentos, higienização de utensílios de
cozinha e preparação de alimentos, procedimento de limpeza em geral, limpeza de
reservatórios e irrigação de jardins.
d. Instalação de tecnologias economizadoras nos pontos de consumo de
água
A instalação de tecnologias economizadoras visa a redução do consumo de água
independente do usuário ou do seu engajamento em campanhas de redução de
consumo. É interessante que só seja implementada após constatar-se que o
sistema se encontra estável, sem perdas por vazamentos, evitando resultados
enganosos e garantindo o pleno desempenho destes equipamentos.
A vantagem econômica da adequação do sistema depende de condições locais,
sendo recomendado uma avaliação econômica das atividades a serem executadas
para tais implementações como custos de mão-de-obra e necessidade de obras
civis além dos custos dos equipamentos hidráulicos propriamente ditos.
As especificações técnicas devem considerar a pressão hidráulica do sistema, o
conforto do usuário, a facilidade de instalação e manutenção além da avaliação
técnico-econômica e possíveis vandalismos.
28
e. Instalação e utilização de fontes alternativas de fornecimento de água
Quando se decide que o fornecimento de água de um edifício será diversificado
com a introdução de fontes alternativas de água, é necessário que sejam atendidos
os padrões de qualidade de água para cada tipo de uso pretendido, sendo
recomendados modelos de tratamento de água afim de atender critérios de segurança
para seu uso.
Devido ao fato da grande responsabilidade que se tem em fornecer tratamento de
água para fins potáveis e seu nível de tratamento exigir uma eficiência elevada, seu
custo é elevado, podendo inclusive inviabilizar economicamente o projeto. A ANA
(2005) recomenda que, em regiões urbanas, tais fontes sejam destinadas a usos não
potáveis, minimizando riscos e reduzindo os custos de tratamento, ressaltando,
mesmo assim, a importância do monitoramento de sua qualidade pelo sistema de
gestão.
Pode ser estudada a utilização da seguintes fontes alternativas de água (ANA,
2005):
Água Cinza: Efluente doméstico proveniente de chuveiros, banheiras,
lavatórios e máquinas de lavar;
Água Pluvial;
Água de Drenagem de Terrenos;
Água de Reúso da Concessionária: originada do tratamento de esgoto
público;
Capitação Direta
Águas Subterrâneas
2.3.1 Estimativa e avaliação do impacto de redução do consumo de água
A estimativa do impacto, atribui às diferentes sugestões de configurações de
sistemas razões entre comportamento do consumo antes de qualquer alteração e das
hipóteses de novas configurações do sistema.
A avaliação de impacto da implantação do sistema na redução de consumo analisa
os dados obtidos antes das intervenções comparando-os após suas implementações.
29
É importante que as informações adquiridas sejam passadas aos usuários por meio
de campanhas de conscientização incentivando-os a economizar água.
Para completar a estimativa pode-se calcular o período médio de retorno dos
investimentos conhecido como pay-back e para auxiliar na tomada de decisão é
interessante que também sejam estimados o Valor Presente Líquido e Taxa Interna
de Retorno.
3 METODOLOGIA
A Metodologia apresenta os cálculos necessários à obtenção dos dados referentes
a definição da demanda de usos não potáveis e para a implantação de um sistema de
aproveitamento da água da chuva. O protocolo de diagnóstico da demanda aqui
descrito é sugerido pela ANA (2005).
3.1 DIAGNÓSTICO DA DEMANDA DE ÁGUA
Para o Diagnóstico da Demanda de água através de vistorias no local de estudos
são identificados todos os pontos de consumo e seus usos prioritários devido à
localização.
3.1.1 Pontos de Consumo
Os pontos de consumo são identificados no local de estudo, de acordo com a
técnica de pesquisa de observação sistemática, em que o pesquisador busca
responder a propósitos preestabelecidos (MARCONI e LAKATOS, 2013), sendo
catalogados de acordo com tipo, quantidade, uso e localização como exemplificado
na Tabela 3.1.
Tabela 3.1 Exemplo de Tabela para caracterização de pontos de consumo
Modelo Tipo Quantidade Uso Localização
T1
T2
T3
E pela análise documental de arquivos particulares das plantas do LNA (MARCONI
e LAKATOS, 2013).
30
3.1.2 Usos da Água
Os usos da água são obtidos a partir da observação não participante dos
consumidores e aplicação de questionário e entrevista não estruturada focalizada
(MARCONI e LAKATOS, 2013), já que durante as visitas em campo não é possível
presenciar todas as atividades de cada funcionário especialmente aquelas que são
realizadas com menor frequência como faxinas gerais.
3.1.3 Estimativa de Consumo
A estimativa de consumos por usos, é realizada a partir de quantidades sugeridas
pelos consumidores a partir de suas respostas ao questionário e entrevista aplicados
e estas são estimadas a partir de valores, em volume, sugeridos pela literatura.
Tabela 3.2 Estimativas de consumo de água em usos não potáveis
Uso Valor Unidade
Vazão de torneira 0,15 L/s
Torneira de cozinha 4 min/pessoa/dia
Lavagem de pratos 8 L/hab
Vazão de chuveiro 0,15 L/s
duração de banho 15 min
Válvula hidra 16 L/descarga
Sanitário com caixa acoplada 9 L/descarga
Consumo de mangueira de jardim 499 3/4"/15min pressão 28mca
Adaptado de: Tomaz (2003)
3.2 DIAGNÓSTICO DA OFERTA HÍDRICA DO LNA
O Diagnóstico da oferta hídrica é realizado pela análise das ofertas atuais e futuras
para o abastecimento da região de estudo, quantificando e qualificando a água.
3.2.1 Água da Concessionária
Foram analisadas as contas pagas à concessionária de abastecimento, realizada
por pesquisa documental de arquivos particulares (MARCONI e LAKATOS, 2013), em
que além dos valores, estes dados demonstram o volume total consumido pela sede
do LNA, já que atualmente, esta é sua única forma de abastecimento de água.
31
3.2.2 Água de Chuva
De acordo com as sugestões da ANA (2005), para a implantação de um sistema de
coleta de água pluvial, são realizadas as seguintes etapas:
1. Determinação da precipitação média local
2. Determinação da área de coleta
3. Determinação do coeficiente do escoamento superficial
4. Projeto do reservatório de descarte
5. Projeto do reservatório de armazenamento
6. Identificação dos usos da água (demanda e qualidade)
7. Estabelecimento do sistema de tratamento necessário
8. Projeto dos sistemas complementares
Sendo que, para cada determinação temos as seguintes metodologias aplicáveis:
1. Determinação da precipitação média local [mm/mês]
A determinação da precipitação média mensal local pode ser obtida através da
média simples de séries longas de dados pluviométricos regionais fornecidos tanto
pela ANA como pelo INMET – Instituto Nacional de Meteorologia.
Porém, comumente tais séries possuem falhas que podem ser por diversas razões
como a ausência do operador da estação de coleta ou problemas com os
equipamentos de coleta de dados. Nestes casos há descontinuidade das informações
impossibilitando a análise estatística dos dados já que informações como de secas ou
de chuvas intensas podem ser perdidas, sendo, portanto, indispensável o
preenchimento das falhas existentes (DE OLIVEIRA, FIOREZE, et al., 2010).
Um método simples que apresenta bons resultados de correlação é o Método de
Regressão Linear Simples apresentado por Tucci (2002). Tal método consiste em
relacionar a precipitação de dois postos através de uma equação linear como a
apresentada na Equação 1.
𝑃𝐵 = 𝑎 + 𝑏𝑃𝐴
32
Onde,
PB = Precipitação do posto B, que apresenta falhas [mm] PA = Precipitação do posto A [mm] a e b = Coeficientes de relação entre os postos
A equação por sua vez é obtida graficamente a partir da linha de tendência entre a
nuvem de pontos dos dados dos postos correlacionados.
2. Determinação da área de coleta
A determinação da área de coleta utilizada considera a área plana dos telhados
principais da sede do LNA, devido à sua configuração, observadas durante a análise
documental das plantas do LNA, sendo dada por (Equação 2), de acordo com a Figura
3.1
𝐴 = 𝑎. 𝑏
Figura 3.1 Determinação da área do telhado
3. Determinação do coeficiente do escoamento superficial
Segundo Tomaz (2003), o coeficiente de escoamento superficial, também
conhecido como runoff, representa a razão entre a água que escoa superficialmente
pelo total da água precipitada simbolizando perdas por evaporação, falta de limpeza
do telhado, entre outras. O autor considera que o melhor valor a ser adotado como
coeficiente de escoamento superficial é C = 0,80, sendo este, portanto adotado para
a sede do LNA.
a
b
(1)
(2)
33
4. Projeto do reservatório de descarte
Segundo a ABNT (2007), o volume do reservatório de descarte deve corresponder
a 2mm da precipitação inicial de acordo com a área da captação a ser utilizada
(Equação 3).
𝑉 = 𝑃/1000 ∗ 𝐴 ∗ 𝐶 ∗ 𝜇
Onde,
V = Volume a ser descartado [m³] P = Precipitação [mm] A = Área de coleta de água da chuva [m²] C = Coeficiente de escoamento superficial μ = Eficiência de captação
5. Projeto do reservatório de armazenamento
Como o reservatório de armazenamento corresponde ao maior custo da obra de
aproveitamento de água da chuva, é importante que seu dimensionamento seja
satisfatório, para isso, é interessante que se compare diversos métodos de cálculo.
A ABNT (2007) indica seis métodos dos quais pode ser determinado o volume de
projeto do reservatório de acordo com a demanda e o volume a ser coletado aos quais
serão comparados para a sede do LNA.
M1. Método de Rippl
Para o Método de Rippl podem ser usados tanto séries diárias como mensais
para a determinação do reservatório com a utilização através das Equação (4):
𝑆(𝑡) = 𝐷(𝑡) − 𝑄(𝑡)
Em que o volume é dado pela Equação (5):
𝑄 = 𝐶 ∗ 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑐ℎ𝑢𝑣𝑎(𝑡) ∗ á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎çã𝑜
Devendo obedecer a Equação (6):
𝑉 = ∑𝐷(𝑡) < ∑𝑄(𝑡)
Onde,
S(t) = Volume de água no reservatório no tempo t [m³]
(4)
))
(5)
))
(6)
))
(3)
34
Q(t) = Volume de chuva captado no tempo t [m³] D(t) = Demanda de consumo no tempo t [m³] V = Volume do Reservatório [m³] C = Coeficiente do escoamento superficial
A análise do tamanho do reservatório se dá a partir do acúmulo de volumes
necessários para atender a demanda no período de estiagem, sendo
selecionado o maior volume encontrado na tabela de análise (Tabela 3.3).
Tabela 3.3 Exemplo de tabela para determinação do volume do reservatório de acumulação através do Método de Rippl
Meses Chuva média
mensal [m]
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captação
[m²]
Volume de Chuva
mensal [m³]
Diferença entre os
volumes de demanda e chuva [m³]
Diferença acumulada dos valores
positivos [m³]
M2. Método da Simulação
O Método da Simulação é iterativo, onde considera-se um valor arbitrário de
reservatório e observa-se seu comportamento, se há extravasamento
(overflow) ou se haverá a necessidade de suprimento de outra fonte de
abastecimento (Equação 7).
𝑆(𝑡) = 𝑄(𝑡) + 𝑆(𝑡−1) − 𝐷(𝑡)
Em que o volume é dado pela Equação 8.
𝑄(𝑡) = 𝐶 ∗ 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑐ℎ𝑢𝑣𝑎(𝑡) ∗ á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎çã𝑜
Sendo que deve atender a Equação 9
0 ≤ 𝑆𝑡 ≤ 𝑉
Onde,
S(t) = Volume de água no reservatório no tempo t [m³] S(t-1) = Volume de água no reservatório no tempo t – 1 [m³] Q(t) = Volume de chuva captado no tempo t [m³] D(t) = Demanda de consumo no tempo t [m³] V = Volume do Reservatório fixado [m³]
(7)
))
(8)
))
(9)
))
35
C = Coeficiente do escoamento superficial
Para o início dos cálculos admite-se que o reservatório se encontra vazio e
que os dados históricos de precipitação são representativos para condições
futuras, e altera-se o volume do reservatório fixado até que se atendam as
condições de projeto especificadas (Tabela 3.4).
Tabela 3.4 Exemplo de tabela para determinação do volume do reservatório de acumulação através do Método da Simulação
Meses
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captação
[m²]
Volume de
Chuva mensal
[m³]
Volume do reservatório fixado [m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t-1
[m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t
[m³]
overflow [m³]
suprimento de água externo
[m³]
M3. Método Azevedo Neto ou Método Prático Brasileiro
O volume de chuva é dado a partir da aplicação da equação empírica
desenvolvida por Azevedo Neto (Equação 10).
𝑉 = 0,042 ∗ 𝑃/1000 ∗ 𝐴 ∗ 𝑇
Onde,
P = Valor numérico da precipitação média anual [mm] T = Valor numérico dos meses de chuva de pouca chuva ou seca – que não atendem à demanda A = Valor numérico da área de coleta [m²] V = Valor numérico do volume de água coletada para o aproveitamento [m³]
M4. Método Prático Alemão
O Método Prático Alemão considera como o volume do reservatório aquele
que tiver menor valor entre 6% do volume anual de consumo e 6% do volume
anual de precipitação coletável (Equação 11)
𝑉𝐴𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 = 𝑚í𝑚𝑖𝑛𝑜 𝑑𝑒 (𝑉, 𝐷) ∗ 0,06
(10)
))
(11)
))
36
Onde,
VAdotado = Valor do volume de água do reservatório [m³] V = Volume anual captado de chuva [m³] D = Volume de demanda anual [m³]
M5. Método Prático Inglês
O Método Prático Inglês determina o volume do reservatório a partir da
Equação (12).
𝑉 = 0,05 ∗ 𝑃/1000 ∗ 𝐴
Onde,
V = Valor do volume de água do reservatório [m³] P = Precipitação média anual [mm] A = Área de Coleta em projeção [m²]
M6. Método Prático Australiano
O Volume do reservatório, a partir do Método Prático Australiano, é dado
por método iterativo a partir da Equação (13):
𝑉𝑡 = 𝑉𝑡−1 + 𝑄𝑡 − 𝐷𝑡
Sendo o volume captado de chuva dado pela Equação (14):
𝑄𝑡 = 𝐴 ∗ 𝐶 ∗ (𝑃 − 𝐼)
E considerando a Equação 15 para caracterizar o volume do tanque no
início do mês
(𝑉𝑡−1 + 𝑄𝑡 − 𝐷) < 0 𝑒 𝑉𝑡−1 = 0
Para a análise de falhas utiliza-se a Equação (16):
𝑃𝑟 =𝑁𝑟
𝑁
Determinando a confiança pela Equação (17):
𝐶𝑜𝑛𝑓𝑖𝑎𝑛ç𝑎 = (1 − 𝑃𝑟) ∗ 100
Onde,
V(t) = Volume de água no reservatório no tempo t, fim do mês [m³]
(12)
(13)
))
(14)
))
(15)
))
(17)
))
(16)
))
37
V(t-1) = Volume de água no reservatório no tempo t – 1, início do mês [m³] Q(t) = Volume de chuva captado no tempo t [m³] D(t) = Demanda de consumo no tempo t [m³] C = Coeficiente do escoamento superficial P = Precipitação média mensal [mm] I = Interceptação de água, perdas [mm] Pr = Falhas Nr = número de meses que o reservatório não atende à demanda N = número de meses considerados
A análise a partir do Método Prático Australiano, observa a condição de
atendimento da demanda considerando ideal situações em que a
Confiabilidade esteja entre 90 e 99%. Através de uma tabela de análise
(Tabela 3.5).
Tabela 3.5 Exemplo de tabela para determinação do volume do reservatório de acumulação através do Método Prático Australiano
Meses
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captação
[m²]
Volume de
Chuva mensal
[m³]
Volume do reservatório fixado [m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t-1
[m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t
[m³]
overflow [m³]
suprimento de água externo
[m³]
Para estes métodos são calculados os tamanhos dos reservatórios para três
senários:
C1: considera o atendimento de toda a demanda após a eficientização do sistema
C2: considerando o atendimento da demanda atual
C3: considera atender 2/3 da demanda atual
6. Estabelecimento do sistema de tratamento necessário
Para facilidade de manutenção e operação de dispositivos de tratamento de
água pelos usuários do sistema de fonte alternativa de água, são necessários
equipamentos específicos para este fim e que estejam disponíveis no mercado. O
correto dimensionamento do sistema também contribui para uma manutenção
38
adequada, uma vez que sistemas maiores exigem mais trabalho para serem
mantidos.
Serão selecionados para a situação da sede do LNA equipamentos de pré-filtro,
filtro e clorador.
7. Projeto dos sistemas complementares
Sistema de Condução da água da chuva até o reservatório
É dimensionado o sistema de condução da água da chuva até o reservatório sendo
considerada, de acordo com cada caso em específico, a configuração do local de
estudo.
Sistema de Distribuição da Água Armazenada
O Sistema básico deve conter os seguintes componentes: Bomba, tubulações e
caixa d’água.
O volume da caixa d’água deve levar em consideração o que é consumido
diariamente no sistema de estudo.
O Comprimento de tubulações e a necessidade dos diversos tipos de acessórios,
como cotovelos, registros e tês, estão, também, relacionadas as características
intrínsecas de cada local de implantação do sistema.
O sistema de bombeamento é o real responsável pelo transporte da água do
reservatório de acumulação às caixas d’água. Para a definição da bomba é necessário
o conhecimento da vazão dos diâmetros da tubulação e a determinação da altura
manométrica total.
A vazão é estimada a partir do tempo de enchimento das caixas d’água para que
se atenda as demandas diárias. Quanto ao diâmetro deve-se procurar uma tubulação
que não gere perdas de cargas excessivas, para a vazão pretendida, devido a um
diâmetro muito pequeno, em que seria necessária uma bomba mais potente e nem
altos custos com o material para tubulações de diâmetros maiores, para a redução da
potência da bomba. Por tanto deve-se buscar um diâmetro de tubulação entre estes
39
dois casos em que haja um equilíbrio entre os custos de inicial de instalação e
operação.
Definidos a vazão e o diâmetro, calcula-se a altura manométrica total através do
método de comprimentos equivalentes em que (Equação 18):
𝐻 = 𝐻𝑔 + ∆ℎ𝑝
Onde,
H = Altura manométrica total [m]
Hg = Altura geométrica – diferença de altura entre os dois reservatórios [m]
Δhp = Altura equivalente de perda de carga [m]
A altura equivalente de perda de carga é atribuída as perdas geradas por
tubulações e acessórios, sendo estas em função da vazão, do diâmetro e do material.
Afim de facilitar o estudo pode se utilizar tabelas que atribuem coeficientes de perdas
de carga de acordo com a vazão e o diâmetro selecionado por material. O total de
perda de carga é dado por (Equação 19):
∆ℎ𝑝 = ℎ𝐷 + ℎ𝐿
Onde,
Δhp = Altura equivalente de perda de carga [m]
hD = Perdas distribuídas [m]
hL = Perdas localizadas [m]
Desta forma, para tubulações em PVC a Tabela 3.6 determina a perda de carga
distribuída e a Tabela 3.7 as perdas de carga localizadas.
Os fabricantes de bombas fornecem tabelas ou curvas para que seja feita a
seleção, deve-se procurar na tabela da bomba avaliada os valores de vazão e altura
manométrica calculados para o sistema.
(18)
(19)
40
Tabela 3.6 Tabela de perda de carga em tubulações de PVC para perdas distribuidas
Bitola (Pol) 25 32 40 50 60 75 85 110 140 160
Vazão (m³/h)
Diâmetro interno (mm)
3/4" 1" 1.1/4" 1.1/2 2" 2.1/2" 3" 4" 5" 6"
Vazão (m³/h) 21,4 27,8 35,2 44 53 66,6 75,6 97,8 124,4 142,2
1 4,4 1,3 0,4 0,1 1
1,2 6 1,7 0,6 0,2 1,2
1,4 7,9 2,3 0,7 0,3 0,1 1,4
1,6 10 2,9 0,9 0,3 0,1 1,6
1,8 12 3,5 1,1 0,4 0,2 1,8
2 15 4,2 1,4 0,5 0,2 2
2,5 22 6,3 2 0,7 0,3 0,1 2,5
3 30 8,6 2,8 1 0,4 0,1 3
3,5 39 11 3,7 1,3 0,5 0,2 0,1 3,5
4 50 14 4,7 1,6 0,7 0,2 0,1 4
4,5 18 5,7 2 0,8 0,3 0,2 4,5
5 21 6,9 2,4 1 0,3 0,2 5
6 29 9,5 3,3 1,4 0,5 0,3 6
7 38 12 4,3 1,8 0,6 0,3 0,1 7
8 48 16 5,4 2,2 0,8 0,4 0,1 8
9 19 6,7 2,8 0,9 0,5 0,1 9
10 23 8 3,3 1,1 0,6 0,2 10
12 32 11 4,6 1,5 0,8 0,2 12
14 42 14 6 2 1,1 0,3 0,1 14
16 18 7,5 2,5 1,4 0,4 0,1 16
18 22 9,3 3,1 1,7 0,5 0,2 18
20 27 11 3,8 2,1 0,6 0,2 0,1 20
* Perda de carca em metros/100m para tubulações de PVC
Modificado de: (RENATO MASSANO: SOLUÇÕES EM HIDRÁULICA)
3.3 GESTÃO DA DEMANDA
A Gestão da Demanda reúne todos os dados obtidos propondo as alterações a
serem feitas no sistema a fim de reduzir o consumo e os custos envolvidos.
3.3.1 Avaliação Quali-Quantitativa
A avaliação quali-quantitativa do consumo de água visa verificar quais serão as
possíveis alterações e impactos que as modificações sugeridas para o sistema terão
na área de estudo.
41
Tabela 3.7 Comprimento equivalente em metros de Tubulação de PVC para perdas localizadas
Colável(Diam. mm)
25 32 40 50 60 75 85 110 140 160
Roscável (Bitola) 3/4" 1" 1.1/4" 1.1/2" 2" 2.1/2" 3" 4" 5" 6"
Joelho 90º 1,2 1,5 2 3,2 3,4 3,7 3,9 4,3 4,9 5,4
Joelho 45º 0,5 0,7 1 1 1,3 1,7 1,8 1,9 2,4 2,6
Curva 90º 0,5 0,6 0,7 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,9 2,1
Curva 45º 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2
Tê 90º pass. direta
0,8 0,9 1,5 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 3,3 3,8
Tê 90º saída lateral
2,4 3,1 4,6 7,3 7,6 7,8 8 8,3 10 11
Reg. gaveta aberto
0,2 0,3 0,4 0,7 0,8 0,9 0,9 1 1,1 1,2
Válv. globo aberta 11 15 22 36 38 38 40 42 51 57
Saída de canal 0,9 1,3 1,4 3,2 3,3 3,5 3,7 3,9 4,9 5,5
Entrada normal 0,4 0,5 0,6 1 1,5 1,6 2 2,2 2,5 2,8
Entrada de borda 1 1,2 1,8 2,3 2,8 3,3 3,7 4 5 5,6
Válv. pé e crivo 9,5 13 16 18 24 25 27 29 37 43
Válv. ret. horiz. 2,7 3,8 4,9 6,8 7,1 8,2 9,3 10 13 14
Válv ret. vertical 4,1 5,8 7,4 9,1 11 13 14 16 19 21
Modificado de: (RENATO MASSANO: SOLUÇÕES EM HIDRÁULICA)
Sendo assim, um parâmetro indispensável a ser obtido é o Indicador de Consumo
(IC) antes e após as intervenções pretendidas, e sendo assim Impacto de Redução
de Consumo é dado pela Equação 20 (ANA, 2005):
IR =ICAP − ICDP
ICAP∗ 100
Onde,
IR = Impacto de Redução do consumo de água por agente consumidor
ICAP = Indicador de Consumo Antes as Intervenções
ICDP = Indicador de Consumo Depois as Intervenções
É importante também, a realização da avaliação econômica do projeto com
indicadores como o Valor Presente Líquido, a Taxa Interna de Retorno e o Payback
para que tais valores auxiliem, nas tomadas de decisão (ANA, 2005).
(20)
42
O Valor Presente Líquido é o valor na data atual de um fluxo de caixa descontado
a uma dada taxa estipulada. É utilizado para se comparar valores monetários que
estão em datas futuras. Seu cálculo é dado pela Equação 21.
𝑉𝑃𝐿 = 𝐹𝐶1 + 𝐹𝐶2
(1 + 𝑖)2+
𝐹𝐶3
(1 + 𝑖)3+ ⋯ +
𝐹𝐶𝑛
(1 + 𝑖)𝑛
Onde,
VPL = Valor Presente Líquido FC = Fluxo de caixa de cada período I = taxa de desconto
A Taxa Interna de Retorno (TIR) é aquela que tornará o valor presente líquido igual
a zero, para um dado fluxo de caixa. Representa o retorno esperado de um
investimento em um dado tempo. Ele é utilizado para se comparar diferentes
propostas de investimentos, buscando aquele que oferece o maior retorno (maior
TIR). Seu cálculo analítico é dado por (Equação 22):
𝑉𝑃𝐿 = 0 = 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + ∑𝐹𝑡
(1 + 𝑇𝐼𝑅)𝑡
𝑁
𝑡=1
Onde,
VPL= Valor Presente Líquido = 0 t = período em análise TIR = Taxa interna de Retorno
O Payback indica o tempo necessário para igualar o lucro acumulado ao
investimento inicial, a uma dada taxa de desconto. Em outras palavras é o tempo em
que o VPL é igual a zero, para a taxa estipulada.
4 ESTUDO DE CASO: SEDE DO LABORATÓRIO NACIONAL DE ASTROFÍSICA
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DE ESTUDO
A Sede do Laboratório Nacional de Astrofísica situa-se na rua Estados Unidos,
número 154 no Bairro das Nações no município de Itajubá cujo Estado é Minas Gerais
(21)
(22)
43
(Figura 4.1), sendo uma organização do tipo soft, onde sua principal produção é
intelectual.
Figura 4.1 Sede do Laboratório Nacional de Astrofísica
Fonte: Laboratório Nacional de Astrofísica
Esta região vem sofrendo, dificuldades com o abastecimento de água, como todo
o Sudeste. A redução de consumo e diversificação da matriz de abastecimento são
alternativas importantes para minimizar situações futuras de maior escassez.
O Laboratório Nacional de Astrofísica possui a missão de planejar, desenvolver,
promover, operar e coordenar os meios e a infra-estrutura para fomentar, de forma
cooperada, a astronomia observacional brasileira. Ele se coloca como uma instituição
exemplo para sua comunidade buscando expandir em tecnologias sustentáveis a fim
de incentivar os demais membros da sociedade também o façam (LNA, 2015).
Para a identificação dos locais, foi chamado de Prédio 1 o prédio de entrada da
sede do LNA, Prédio 2 o prédio que possui os laboratórios e o Quiosque. Algumas
observações a serem pontuadas de cada prédio segundo as plantas de projeto
fornecidas para consulta no local:
Prédio 1
O prédio 1 possui:
No piso inferior
1 Biblioteca
9 Escritórios
44
1 Copa
2 Banheiros – 1 feminino e 1 masculino
No piso superior
1 Sala de Observação Remota
1 Central de Comunicação e Dados Institucionais
1 Sala de Impressoras
10 Escritórios
1 Copa
2 Banheiros 1 feminino e 1 masculino
Prédio 2
O prédio 2 possui:
No sub-solo
1 Oficina Mecânica
1 Laboratório de Ótica
1 Escritório
1 Sala de Metrologia
1 Depósito
1 Almoxarifado
4 Banheiros – 1 feminino, 1 masculino, 1 na oficina e 1 no
almoxarifado
No térreo
2 Salas de Projeto
1 Sala de Eletrônica
1 Copa
1 Auditório
2 Banheiros - 1 feminino e 1 masculino
No primeiro pavimento
1 Sala de Diretoria
1Secretaria
45
1 Sala de Vice Diretoria
7 Escritórios
1 Sala de Reuniões
2 Banheiros - 1 feminino e 1 masculino
Quiosque
O quiosque está equipado com uma estrutura de copa.
4.2 DIAGNÓSTICO DA DEMANDA DE ÁGUA
O Diagnóstico da Demanda analisou quais os consumos existentes na sede do
LNA, seus usos e estimativas de consumos por unidades em cada edifício.
4.2.1 Pontos de Consumo e principais usos
Foram verificados os pontos de consumo presentes no LNA bem como os principais
usos os quais se destinam nos prédios principais, na área externa e no quiosque
Torneiras
Foram identificados quatro tipos de torneiras (Figura 4.2, Figura 4.3, Figura 4.4 e
Figura 4.5), além de outras do tipo convencional, em que não possível identificar o
modelo.
A Tabela 4.1 apresenta um resumo de quantidade de dispositivos por prédios e
usos. Enquanto, a Tabela 4.2 fornece todos os pontos de torneiras identificados nos
dois prédios principais e no quiosque, num total de 34 pontos, classificando-as quanto
a marca, o tipo, a quantidade, o uso e a localização.
Tabela 4.1 Resumo de torneiras quanto a usos e locais
Lavagem de Mãos
Lavagem de copos,
talheres e pratos
Laboratório Rega de Jardim e Lavagem de áreas
externas Tanque SOMA
Prédio 1 9 2 0 1 0 12
Prédio 2 12 2 4 1 0 19
Quiosque 0 2 0 0 1 3
SOMA 21 6 4 2 1 34
46
Figura 4.2 Torneira Automática (T1)
Figura 4.3 Torneira Convencional (T2)
Figura 4.4 Torneira Convencional (T3)
Figura 4.5 Torneira Convencional (T4)
Tabela 4.2 Classificação, localização e usos de torneiras no LNA
Tipo Qtde. Uso Localização Prédio Andar
T1 Automática 2 Lavagem de mãos Banheiro Feminino 1 Inferior
T1 Automática 2 Lavagem de mãos Banheiro Masculino 1 Inferior
T2 convencional 1 Utensílios copa 1 Inferior
T1 Automática 2 Lavagem de mãos Banheiro Feminino 1 Superior
T1 Automática 2 Lavagem de mãos Banheiro Masculino 1 Superior
T2 convencional 1 Utensílios copa 1 Superior
T1 Automática 1 Lavagem de mãos Banheiro vigia 1 Superior
T5 Convencional 1 Geral externa 1 Térreo
T3 Convencional 1 Lavagem de mãos Banheiro Feminino 2 Subsolo
T1 Automática 1 Lavagem de mãos Banheiro Masculino 2 Subsolo
T1 Automática 1 Lavagem de mãos B. Oficina Mecânica 2 Subsolo
T1 Automática 1 Lavagem de mãos B. Almoxarifado 2 Subsolo
T4 Convencional 1 Utensílios Copa 2 Subsolo
T5 Convencional 2 Oficina Mecânica 2 Subsolo
T5 Convencional 2 Lab. de Ótica 2 Subsolo
T3 Convencional 2 Lavagem de mãos Banheiro Feminino 2 Térreo
T1 Automática 2 Lavagem de mãos Banheiro Masculino 2 Térreo
T4 Convencional 1 Utensílios Copa 2 Térreo
T1 Automática 2 Lavagem de mãos Banheiro Feminino 2 1º Pav.
T1 Automática 2 Lavagem de mãos Banheiro Masculino 2 1º Pav.
T5 Convencional 1 Geral externa 2 Térreo
T5 Convencional 1 Utensílios externa Quiosque
T5 Convencional 1 Utensílios interna Quiosque
T5 Convencional 1 Tanque externa Quiosque
47
Três torneiras presentes em banheiros não possuem fechamento automático,
sendo possível a substituição para a redução de consumo de usos potáveis, assim
como, as 4 torneiras localizadas em laboratório e as 6 localizadas nas copas poderiam
ter redutores de vazão mais efetivos.
Descargas Sanitárias
Foram listados três tipos de descargas sanitárias apresentadas nas Figura 4.6,
Figura 4.7 e Figura 4.8. A Tabela 4.3 apresenta um resumo da localização de todos
os sanitários enquanto a Tabela 4.4 descreve detalhadamente os locais.
Tabela 4.3 Resumo de descargas sanitárias quanto a localização
Válvula Caixa
acoplada Caixa
suspensa SOMA
Prédio 1 12 0 1 13
Prédio 2 0 14 0 14
Quiosque 0 0 0 0
SOMA 12 14 1 27
Figura 4.6 Válvula sanitária, HYDRA (S1)
Figura 4.7 Caixa suspensa, (3)
Figura 4.8 Caixa acoplada, Deca (S2)
48
Tabela 4.4 Classificação e localização de válvulas sanitárias no LNA
Modelo Marca Tipo Qtde Localização Prédio Andar
S1 HIDRA Válvula 3 Banheiro Feminino 1 Inferior
S1 HIDRA Válvula 3 Banheiro Masculino 1 Inferior
S1 HIDRA Válvula 3 Banheiro Feminino 1 superior
S1 HIDRA Válvula 3 Banheiro Masculino 1 superior
S3 Caixa suspensa 1 Banheiro vigia 1 superior
S2 DECA Caixa Acoplada 1 Banheiro Feminino 2 Subsolo
S2 DECA Caixa Acoplada 1 Banheiro Masculino 2 Subsolo
S2 DECA Caixa Acoplada 1 B. Oficina Mecânica 2 Subsolo
S2 DECA Caixa Acoplada 1 B. Almoxarifado 2 Subsolo
S2 DECA Caixa Acoplada 3 Banheiro Feminino 2 Térreo
S2 DECA Caixa Acoplada 2 Banheiro Masculino 2 Térreo
S2 DECA Caixa Acoplada 3 Banheiro Feminino 2 1º Pav.
S2 DECA Caixa Acoplada 2 Banheiro Masculino 2 2º Pav.
Mictórios
A Tabela 4.5 apresenta um resumo da localização e quantidade dos mictórios,
enquanto a Tabela 4.6 descreve suas localizações e tipos de acionamento, onde
contatou-se que todos são manuais. Todos os mictórios listados eram de parede e por
acionamento manual de torneira.
Tabela 4.5 Resumo de mictórios quanto a localização
Número SOMA
Prédio 1 4 4
Prédio 2 5 5
Quiosque 0 0
SOMA 9 9
Tabela 4.6 Localização de mictórios no LNA
Modelo Tipo Quantidade Localização Prédio Andar
S1 Manual 2 Banheiro Masculino 1 Inferior
S1 Manual 2 Banheiro Masculino 1 superior
S2 Manual 1 Banheiro Masculino 2 Subsolo
M1 Manual 2 Banheiro Masculino 2 Terreo
M1 Manual 2 Banheiro Masculino 2 1º Pav.
49
Chuveiros
Alguns dos banheiros do LNA possuem chuveiros, porém, em sua grande maioria
encontram-se desativados à exceção de um, suas localizações podem ser observadas
na Tabela 4.7 Localização de chuveiros no LNA
Tabela 4.7 Localização de chuveiros no LNA
Modelo Situação Tipo Qtde Localização Prédio Andar
C1 inutilizados elétrico 3 Banheiro Feminino 1 Inferior
C1 inutilizados elétrico 3 Banheiro Masculino 1 Inferior
C1 inutilizados elétrico 3 Banheiro Feminino 1 Superior
C1 inutilizados elétrico 3 Banheiro Masculino 1 Superior
C1 ativo elétrico 1 B. Almoxarifado 2 Subsolo
Outros dispositivos
São apresentados mais dois dispositivos consumidores de água encontrados no
LNA, os filtros e a lavadora, assim como anteriormente estes são apresentados nas
Figura 4.9 e Figura 4.10 e suas localizações descritas na Tabela 4.8.
Figura 4.9 Filtro, Libell (F1)
Figura 4.10 Lavadora, Mueller (MQ1)
50
Tabela 4.8 Classificação, localização e usos outros dispositivos consumidores de água no LNA
Dispositivo Modelo Marca Quantidade Localização Prédio Andar
Filtro F1 Libell 1 Copa 1 inferior
Filtro F1 Libell 1 Copa 1 superior
Filtro F1 Libell 1 Corredor 2 subsolo
Filtro F1 Libell 1 Copa 2 térreo
Filtro F1 Libell 1 Corredor 2 1º Pav.
Filtro F1 Libell 1 Copa quiosque
Lavadora MQ 1 Mueller 1 Banheiro Feminino 2 Térreo
Durante a observação do sistema e coleta de dados não foi observado nenhum
vazamento aparente.
4.2.2 Estimativa de Consumo
Além da observação dos dispositivos presentes no LNA, foram também realizados
questionários para determinar o perfil dos usuários, sua opinião sobre questões
ambientais e determinar o consumo de água em usos não potáveis (Apêndice A) para
uma possível adoção de um sistema de aproveitamento de água da chuva
possibilitando a diversificação do abastecimento de água no local de estudo.
Primeiramente, antes da análise das respostas dadas pelos usuários, é necessário
que se faça um esclarecimento, 72% dos funcionários responderam ao questionário,
apesar disso, a determinação de usos não potáveis, a qual se desejava obter
informações, foi pouco influenciado, pois, além deste questionário, havia sido
realizada uma entrevista com os funcionários responsáveis por serviços gerais e
limpeza.
A partir desta premissa, todas as porcentagens apresentadas nos gráficos
referentes as respostas estarão de acordo ao total de funcionários que responderam
o questionário, no caso 31 funcionários, e somente o cálculo de consumo de uso não
potável para sanitários será extrapolado para o valor total de funcionários da sede do
LNA (50 funcionários) para determinação do volume consumido por este uso.
51
a. Determinação do perfil dos usuários
A primeira questão realizada a fim de se conhecer o perfil dos usuários foi qual
função desempenhavam no LNA (Figura 4.11). Observa-se que na sede do LNA a
maior parte dos funcionários exercem funções administrativas. Com relação ao tempo
de permanência no local, observa-se na Figura 4.12, que 90% permanecem no local
8h por dia. Quanto ao sexo dos funcionários, que responderam ao questionário, 74%
são Homens
Para a análise de demanda de usos não potáveis as respostas mais importantes
dadas são o tempo de permanência no local e o sexo, já que os banheiros masculinos
do LNA possuem mictórios (TOMAZ, 2003).
a. Opinião dos Usuários sobre questões ambientais
Com relação ao grau de importância que os funcionários dão ao tema água, em
uma escala de 1 a 10, 20 deles disseram que dão muita importância (Figura 4.13).
Figura 4.11 Gráfico do Quadro de Funcionários
Figura 4.12 Gráfico do tempo de permanência no LNA
52
Figura 4.13 Gráfico do grau de importância dado ao tema água pelos funcionários do LNA
Quando perguntados sobre qual importância consideravam que o LNA dava ao
mesmo tema, em uma escala de 1 a 10, 10 consideram 7 e 11 consideram 8, sendo
a menor nota dada 5 por 3 dos funcionários (Figura 4.14).
Figura 4.14 Gráfico do grau de importância que os funcionários consideram que o LNA dá ao tema água
53
Quando questionados sobre a importância que o LNA dava ao tema reuso de água
13 dos funcionários consideram que o LNA dá muita importância, ou seja, 10 em uma
escala de 1 a 10 (Figura 4.15).
Figura 4.15 Gráfico do grau de importância que os funcionários consideram que o LNA dá ao tema reuso de água
Devido aos problemas que recentemente a região sudeste do pais tem enfrentado
com relação a escassez de recursos hídricos e as incertezas do abastecimento de
água, foi perguntado aos funcionários qual o grau de mudança em seus hábitos que
tiveram em relação ao uso de água. Em uma escala de 1 a 10, 11 responderam 8 e 2
responderam 2 ou 1 (Figura 4.16).
54
Figura 4.16 Gráfico do grau de mudanças que os funcionários consideram que tiveram com relação ao uso de água
Os funcionários foram questionados se consideravam possível mudar seu
comportamento de uso de água no LNA, 25 deles responderam 6 ou mais, ou seja
consideram possível esta mudança (Figura 4.17).
Após responderem se consideravam possível a mudança de hábitos os
funcionários foram questionados sobre quais ações poderiam realizar para que isso
fosse possível, as respostas eram livres e foram agrupadas de maneira conveniente
para a observação. Observa-se que 3 não sabem o que poderiam mudar, 10 deixaram
a questão em branco e 12 consideram que já consomem o mínimo possível (Figura
4.18).
55
Figura 4.17 Gráfico do grau de mudança de comportamento que os funcionários consideram que podem ter com relação ao seu uso de água no LNA
Figura 4.18 Gráfico de quais mudanças os funcionários do LNA consideram que poderiam adotar para reduzir seu consumo de água no LNA
56
A seguir foram solicitadas sugestões de quais ações o LNA poderia realizar para
que houvesse a redução do consumo de água. Foi permitida mais de uma resposta
por funcionário. 12 não sabiam ou não opinaram e as medidas que foram mais citadas
são utilizar a água da chuva e realizar programas de conscientização (5 cada) (Figura
4.19).
Figura 4.19 Gráfico das sugestões, dos funcionários, que o LNA poderia adotar para reduzir o consumo de água
Foram também solicitadas sugestões para a adoção de reuso de água no LNA,
sendo estas apresentadas na Figura 4.20. Sendo mais citado o reuso de água da
chuva por 13 dos funcionários.
57
Figura 4.20 Gráfico das sugestões, segundo os funcionários, de ações que poderiam ser adotadas pelo LNA para a utilização do reuso de água
Quanto ao empenho na redução de consumo 26 dos funcionários se consideram
empenhados (Figura 4.21)
E foi solicitado aos funcionários sugestões de como poderiam combater os
desperdícios de água no LNA e 3 dos funcionários consideram que seria mudando
hábitos pessoais de higiene (Figura 4.22).
58
Figura 4.21 Gráfico do empenho dos funcionários em reduzir o consumo de água
Figura 4.22 Gráfico de quais medidas poderiam ser adotadas, na opinião dos funcionários, para combater o desperdício de água em seu período de trabalho
59
b. Consumo atual de água em usos não potáveis
Para estimar o consumo em usos não potáveis foram coletados dados de usos de
sanitários e frequências de limpezas e regas de jardim no LNA.
A entrevista realizada com os funcionários responsáveis por serviços gerais e
manutenção no LNA geraram uma tabela de atividades que utilizam da água e são
consideradas de usos não potáveis (Tabela 4.9).
Tabela 4.9 Quadro de atividades no LNA consideradas de usos não potáveis
Atividade Seg Ter Qua Qui Sex
Limpeza de banheiro Faxina - Lavagem - - - -
manutenção do banheiro - X x x X
Limpeza da entrada Faxina - Lavagem - - - -
passagem de pano x X x x x
Jardim x X x x x
Além das estimativas apresentadas por Tomas (2003), foi considerado que:
Quando utilizada a lavadora, para a limpeza de panos, consome-se o
especificado pelo fabricante – 57,2 L por ciclo.
Durante a limpeza e a manutenção dos banheiros é dada a descarga uma
vês por sanitário
Para o cálculo do consumo mensal são considerados 21 dias úteis.
Para cada homem que utiliza o banheiro 4 ou mais vezes, durante um dia de
trabalho, em pelo menos uma delas ele utiliza o vaso sanitário ao invés do
mictório
Metade dos funcionários (25) utilizam sanitários com válvula hidra e os
demais sanitários com caixa acoplada ou suspensa escolhidos
aleatoriamente
Assim, a Tabela 4.10 expressa os consumos totais com limpeza e a Tabela 4.11
para o uso de sanitários no LNA. Temos, portanto, atualmente no LNA um consumo
total, em usos não potáveis, de 50,8 m³ de água por mês.
60
Tabela 4.10 Consumo atual estimado de água para serviços de limpeza
Tipo de consumo não potável Consumo Quantidades Frequência Consumo
[L]
Limpeza de banheiro 35 L por banheiro 12 banheiros 1 x semana 84
manutenção do banheiro 5 L por banheiro 12 banheiros 4 x semana 48
1 descarga por sanitário 16 L 12 - válvula 1 x dia 192
1 descarga por sanitário 9 L 15 - caixa 1 x dia 135
Limpeza da entrada 30 L - 1 x semana 6
Limpeza geral com pano e balde 30 L - 30
Rega de jardim 499 L por 15min - 499
Lavadora - limpeza de panos 57,2 L por ciclo - 1 x dia 57
Faxina mensal 7 L/min 1 hora 1 x mês 420
TOTAL ESTIMADO MENSAL 22.495,2
Tabela 4.11 Consumo atual estimado de água para o uso de sanitários
Número de usuários
Utilização por dia
Vaso Sanitário caixa acoplada
Vaso Sanitário válvula hidra
Mictório Consumo
[L]
6 3* 0 0 3 45
8 2* 0 0 2 40
1 6* 0 2 4 42
2 8 0 8 0 256
2 3 0 3 0 96
1 5 0 5 0 80
2 1 0 1 0 32
2 1* 0 0 1 5
1 5* 0 1 4 26
3 4* 0 1 3 70,5
1 4 0 4 0 64
1 2 0 2 0 32
1 6* 2 0 4 28
2 4 4 0 0 72
17 3 3 0 0 459
Total estimado diário 1347,5
Total Estimado Mensal 28.297,5 * Usuário do sexo masculino
c. Consumo de água em usos não potáveis após a possível substituição
de equipamentos hidráulicos
Para a implantação de um sistema de aproveitamento de água da chuva
recomenda-se que todo o sistema hidráulico já seja o mais eficiente para que se
reduza o tamanho necessário do reservatório de acumulação, já que, este gera os
maiores custos da implantação do sistema de aproveitamento.
61
Para isso sugere-se a troca dos vasos sanitários com acionamento de descarga
por válvula por vasos sanitários com caixa acoplada. Nas Tabela 4.12 e Tabela 4.13
é possível verificar as alterações tanto no consumo com limpeza quanto como o uso.
Tabela 4.12 Consumo estimado de água para serviços de limpeza após a troca de equipamentos
Tipo de consumo não potável Consumo Quantidades Frequência Consumo [L]
Limpeza de banheiro 35 L por banheiro 12 banheiros 1 x semana 84
manutenção do banheiro 5 L por banheiro 12 banheiros 4 x semana 48
1 descarga por sanitário 9 L 15 - caixa 1 x dia 243
Limpeza da entrada 30 L - 1 x semana 6
Limpeza geral com pano e balde 30 L - 30
Rega de jardim 499 L por 15min - 499
Lavadora - limpeza de panos 57,2 L por ciclo - 1 x dia 29
Estimado diário 939
Faxina mensal 7 L/min 1 hora 1 x mês 420
TOTAL ESTIMADO MENSAL 20.131
Tabela 4.13 Consumo estimado de água para o uso de sanitários após a troca de equipamentos
Número de usuários
Utilização por dia
Vaso Sanitário caixa acoplada
Mictório Consumo diário [L]
6 3* 0 3 45
8 2* 0 2 40
2 6* 2 4 56
2 8 8 0 144
19 3 3 0 513
1 5 5 0 45
2 1 1 0 18
2 1* 0 1 5
1 5* 1 4 19
3 4* 1 3 49,5
3 4 4 0 108
1 2 2 0 18
Total estimado diário 1060,5
Total Estimado Mensal 22.270,5 * Usuário do sexo masculino
A estimativa de consumo total dos usos não potáveis após a substituição dos
sanitários com válvula hidra é de 42,4 m³ de água. Portanto, está substituição traria
uma redução de 16% no consumo atual mensal.
62
4.3 DIAGNÓSTICO DA OFERTA HÍDRICA DO LNA
São avaliadas nesta seção a oferta de água para o LNA, ou seja, sua
disponibilidade, avaliando tanto a condição atual quanto os horizontes possíveis de
exploração e complementação ao já disponível.
Observa-se que atualmente toda a água utilizada no LNA provém da Companhia
de Saneamento de Minas Gerais (COPASA). Neste estudo foi analisada a
possibilidade da diversificação da oferta tanto para economia financeira quanto
redução da dependência do abastecimento público convencional para a utilização em
usos não potáveis, gerando assim, benefícios tanto para a sede o LNA quanto para a
comunidade em geral já que tal medida reduz a utilização de água potável para usos
menos nobres poupando o sistema de abastecimento público e a sustentabilidade
ambiental.
4.3.1 COPASA
Foi disponibilizado para este trabalho os consumos mensais do LNA no período
compreendido entre março de 2013 e agosto de 2015 assim como as tarifas vigentes
e seus custos para comparações e previsões de economias tanto financeiras quanto
em consumo caso haja a implementação das propostas sugeridas neste trabalho.
A Tabela 4.14 mostra os dados de consumo em litros e o valor pago.
4.3.2 Água Subterrânea
De acordo com Douglas Vinícius Vaz Martins, membro efetivo da comissão Gestora
do Plano de Logística Sustentável do LNA, que auxilia o desenvolvimento deste
trabalho, a Sede do LNA, atualmente, não é abastecida por água subterrânea. Não
sendo foco de estudo sua implantação neste trabalho.
63
Tabela 4.14 Gastos mensais e consumo de água - COPASA
Mês/Ano de referência
Consumo faturado [L]
Custo pelo Abastecimento de. Água [R$]
Custo pelo tratamento de Esgoto [R$]
Valor bruto pago [R$]
mar/13 105.000 669,86 602,88 1272,74
abr/13 99.000 628,38 565,56 1193,94
mai/13 114.000 732,1 658,89 1390,99
jun/13 104.000 674,06 606,7 1280,76
jul/13 111.000 725,49 652,96 1378,45
ago/13 100.000 648,3 583,5 1231,8
set/13 95.000 613,31 552,01 1165,32
out/13 104.000 676,37 608,76 1285,13
nov/13 103.000 669,35 602,44 1271,79
dez/13 112.000 732,51 659,28 1391,79
jan/14 107.000 697,42 627,7 1325,12
fev/15 124.000 816,73 735,06 1551,79
mar/14 119.000 781,64 703,48 1485,12
abr/14 104.000 676,37 608,76 1285,13
mai/14 127.000 1591,78 1591,78
jun/14 117.000 805,15 724,65 1529,8
jul/14 116.000 807,55 726,83 1534,38
ago/14 110.000 762,85 686,6 1449,45
set/14 118.000 822,45 740,24 1562,69
out/14 126.000 882,06 793,06 1675,12
nov/14 132.000 926,77 834,11 1760,88
dez/14 86.000 584,33 525,93 1110,26
jan/15 73.000 487,75 439 926,75
fev/15 78.000 524,9 472,43 997,33
mar/15 88.000 599,19 539,3 1138,49
abr/15 87.000 591,76 532,61 1124,37
mai/15 86.000 584,33 525,93 1110,26
jun/15 80.000 600,6 540,59 1141,19
jul/15 96.000 757,64 681,96 1439,6
ago/15 94.000 740,55 666,58 1407,13
*Dados fornecidos pelo Laboratório Nacional de Astrofísica
4.3.3 Água de Chuva
Atualmente o Laboratório Nacional de Astrofísica não possui nenhum tipo de
captação de água da chuva. Como forma de diversificar a matriz de abastecimento do
LNA o presente trabalho se propõe a estuda-la.
64
a. Determinação da precipitação média local [mm/mês]
Para o estudo da pluviosidade local foram selecionados sete postos de consulta,
com dados pluviométricos entre os anos de 1984 e 2014, com distância máxima de
108 km lineares do Laboratório Nacional de Astrofísica.
Os postos selecionados são apresentados na Tabela 4.15 com suas informações
de registro e sua distância ao LNA (obtida através do software Google Earth) (Figura
4.23).
Tabela 4.15 Postos de Consulta para a determinação da pluviosidade para o LNA
Código Nome Responsável Coordenadas Distância ao
LNA [km]
02245083 São João de Itajubá ANA 22°22'32.25"S 45°26'48.98"O 7,66
OMM 83714 Campos do Jordão INMET 22°45'0.00"S 45°35'60.00"O 37
OMM 83032 Lambari INMET 21°56'24.00"S 45°18'36.00"O 57,5
OMM 83683 Machado INMET 21°40'48.03"S 45°56'23.92"O 95,3
OMM 83681 Poços de Caldas INMET 21°54'35.99"S 46°22'47.99"O 108
OMM 83738 Resende INMET 22°27'0.00"S 44°26'24.00"O 108
OMM 83736 São Lourenço INMET 22° 6'0.22"S 45° 0'36.03"O 61,7
Figura 4.23 Localização dos Postos Pluviométricos
Fonte: GoogleEarth
Devido à proximidade do posto São João de Itajubá ao LNA, admite-se que a
pluviosidade existente neste ponto é igual à que ocorre no LNA. Porém sua série
possui falhas. Sendo assim, busca-se preencher as falhas existentes em tal posto
65
através da correlação com um dos demais postos consultados sendo selecionado
aquele que possuir maior coeficiente de determinação2 (Tabela 4.16).
Tabela 4.16 Correlação entre os dados dos postos consultados e o posto de São João de Itajubá
Código Nome Coeficiente de
Determinação [R²] Distância ao LNA
[km]
OMM 83714 Campos do Jordão 0,61 37
OMM 83032 Lambari 0,6934 57,5
OMM 83683 Machado 0,688 95,3
OMM 83681 Poços de Caldas 0,6592 108
OMM 83738 Resende 0,4491 108
OMM 83736 São Lourenço 0,61 61,7
Apesar do posto de Lambari apresentar uma melhor ajuste inicial, este possuía
períodos simultâneos de dados faltantes com o posto de São João de Itajubá, sendo
assim, foram analisados os demais postos, mesmo vários possuindo os dados nos
períodos necessários ao estudo observava-se que o posto de São Lourenço possuía
outliers nítidos e com a eliminação de poucos dados foi possível passar de um ajuste
de r² = 0,61 (Figura 4.24) para r² = 0,80 (Figura 4.25).
A análise de regressão linear gera uma equação (Equação 23) que permite o
preenchimento dos dados faltantes, o que torna possível a análise de suas Médias
Mensais de Pluviosidade (Figura 4.26) apresentando o intervalo de confiança de
acordo com os dados, bem como da série histórica de pluviosidade (Figura 4.27) para
a região do LNA.
𝑌 = 0,7416𝑥 + 22,742
2 O Coeficiente de Determinação (r²) é utilizado para verificar a adequação de um modelo de regressão, quanto mais próximo a 1 maior a adequação (MONTGOMERY e RUNGER, 2003).
(23)
66
Figura 4.24 Gráfico da Análise de Regressão Linear com os dados Brutos entre os postos de São João de Itajubá e São Lourenço.
Figura 4.25 Gráfico da Análise de Regressão Linear com eliminação de outliers entre os postos de São João de Itajubá e São Lourenço
67
A análise das médias mensais de pluviosidade demostra uma configuração
característica para a região da Serra da Mantiqueira classificada como Cwb - Clima
subtropical de altitude, tendo um inverno seco e verão ameno, com chuvas intensas
no verão e estiagem durante o inverno (EMBRAPA, 2011). Considera-se como
período chuvoso os meses compreendidos entre outubro e março, e os de estiagem
entre abril e setembro.
Figura 4.26 Gráfico das Médias Mensais de Pluviosidade para o posto de São João de Itajubá
A análise da Série Histórica nos permite observar, através da linha de tendência
que, mesmo que pequena, há uma diminuição da pluviosidade.
68
68
Figura 4.27 Gráfico da Série Histórica de Pluviosidade para o posto de São João de Itajubá
69
b. Determinação da área de coleta
Foi determinada como área de coleta de água da chuva, a partir das plantas
fornecidas pelo Laboratório Nacional de Astrofísica, a soma das áreas planas do
prédio principal da sede e do prédio de laboratórios (Figura 4.28) totalizando uma área
de coleta de A = 1231 m².
Figura 4.28 Planta da área dos telhados dos prédios principais da sede do LNA
c. Determinação do coeficiente do escoamento superficial
Como sugerido por Tomaz (2003), de acordo com o material do telhado (cerâmica)
é adotado um coeficiente de escoamento superficial de C = 0,80.
d. Projeto do reservatório de descarte
Assim como recomenda a NBR 15527 (ABNT, 2007), o reservatório de descarte é
projetado de pela utilização da Equação 3 utilizando como valores de entrada:
V = Volume a ser descartado [m³] P = Precipitação = 2 mm (valor sugerido pela NBR 15527) A = Área de coleta de água da chuva = 1231,4 m² C = Coeficiente de escoamento superficial = 0,80 μ = Eficiência de captação = 0,90 - Considerada 90%
70
𝑉𝑑 = 2/1000 ∗ 1231 ∗ 0,80 ∗ 0,90
E, portanto, o reservatório de descarte deve ter um volume de Vd = 1,77 m³
e. Projeto do reservatório de armazenamento
A Figura 4.29 reúne as médias mensais de capitação (de acordo com a
pluviosidade média mensal dos últimos 30 anos), consumo total do LNA, consumo por
usos não potáveis atualmente e consumo de usos não potáveis após a substituição
de equipamentos hidráulicos. Observa-se que para atender a demanda, indicado no
gráfico pelas curvas de Médias de Usos Não Potáveis, no período de escassez (região
do gráfico em que a precipitação capitada não atende a média de demanda) deve-se
acumular a água do período chuvoso (região do gráfico em que a precipitação
capitada é superior à média de demanda), sendo seus valores numéricos expressos
na Tabela 4.17.
Figura 4.29 Gráfico da comparação entre a precipitação capitada e as demandas de consumos de usos não potáveis
71
Tabela 4.17 Médias Mensais da precipitação captada, do consumo total do LNA, dos usos não potáveis atuais e dos usus não potáveis considereando a substituição de equipamentos sanitários
Pluviosidade
[mm]
Precipitação Captada
[L]
Consumo total mensal
[L]
Média Usos não Potáveis atuais
[L]
Média de Usos não Potáveis após as
substituições propostas [L]
jan 254,9 226.017 90.000 50.800 45.000
fev 168,8 149.677 101.000 50.800 45.000
mar 165,9 147.104 104.000 50.800 45.000
abr 71,8 63.670 96.667 50.800 45.000
mai 63,4 56.205 109.000 50.800 45.000
jun 35,7 31.684 100.333 50.800 45.000
jul 34,1 30.211 107.667 50.800 45.000
ago 30,9 27.438 101.333 50.800 45.000
set 79,5 70.459 106.500 50.800 45.000
out 119,7 106.133 115.000 50.800 45.000
nov 157,7 139.834 117.500 50.800 45.000
dez 229,5 203.500 99.000 50.800 45.000
Média Anual 1412,05 1251,93 540.000
Então, para se determinar o melhor volume para o reservatório de armazenamento
são calculados todos os métodos apresentados pela NBR 15527 (2007), para os três
cenários:
C1: considera o atendimento de toda a demanda após a eficientização do sistema
C2: considerando o atendimento da demanda atual
C3: considera atender 2/3 da demanda atual
Sendo que para os cálculos de sistemas complementares, custos e econômicos
serão utilizados os dados do cenário 1, que atende à demanda total de usos não
potáveis após a substituição dos sanitários.
C1 - Cenário 1:
O valor da demanda estimada após a substituição dos sanitários foi de 42,4 m³,
porém para estes cálculos foi utilizado um valor aproximadamente 5% maior, de 45
m³ para compensar eventuais variações na rotina de uso dos funcionários, obtida
através dos questionários e a série histórica de precipitação (mínimo de 30 anos) que
de acordo com McMahon (1993) apud Tomas (2003) este uso incorpora períodos
críticos de seca assim como eventos de enchentes.
72
M1. Método de Rippl
De acordo com as Equações 4, 5 e 6, apresentadas na Metodologia. Constrói-se a
Tabela 4.18:
A análise referente ao volume de armazenamento a ser adotado consiste em avaliar
das diferenças acumuladas positivas qual o maior valor pois, este garantirá o
atendimento total da demanda durante a estiagem.
Tabela 4.18 Método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C1
Meses Chuva média
mensal [m]
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captação
[m²]
Volume de Chuva
mensal [m³]
Diferença entre os
volumes de demanda e chuva [m³]
Diferença acumulada dos valores
positivos [m³]
Jan 0,255 45 1231,40 226,02 -181,02
Fev 0,169 45 1231,40 149,68 -104,68
Mar 0,166 45 1231,40 147,10 -102,10
Abr 0,072 45 1231,40 63,67 -18,67
Mai 0,063 45 1231,40 56,21 -11,21
Jun 0,036 45 1231,40 31,68 13,32 13,32
Jul 0,034 45 1231,40 30,21 14,79 28,10
Ago 0,031 45 1231,40 27,44 17,56 45,67
Set 0,079 45 1231,40 70,46 -25,46 20,21
Out 0,120 45 1231,40 106,13 -61,13 -40,93
Nov 0,158 45 1231,40 139,83 -94,83
Dez 0,230 45 1231,40 203,50 -158,50
Neste caso, para uma demanda mensal de D = 45 m³, sendo completamente
atendida no período de estiagem o volume do reservatório de acumulação é de Va =
45,67 m³.
M2. Método da Simulação
Também respeitando a metodologia de cálculos apresentada (Equações 7, 8 e 9)
constrói-se uma tabela iterativa
Com a utilização deste método é possível dimensionar tanto um reservatório que
atenda toda a demanda quanto um menor, sabendo em quais período não será
73
possível atende-la completamente e qual será o volume necessário de outra(s)
fonte(s) para suprir tal déficit.
Admitindo que toda a demanda de usos não potáveis será atendida altera-se a
coluna “Volume do reservatório fixado” até que não seja mais necessário o suprimento
externo de água, para estas condições o volume do reservatório de acumulação é de
Va = 46 m³.
Tabela 4.19 Método da simulação para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C1
Meses
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captção
[m²]
Volume de
Chuva mensal
[m³]
Volume do reservatório fixado [m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t-1
[m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t
[m³]
overflow [m³]
suprimento de água externo
[m³]
Jan 45 1231,4 226,02 46 0 46 135,02 0
Fev 45 1231,4 149,68 46 46,00 46,00 104,68 0
Mar 45 1231,4 147,10 46 46,00 46,00 102,10 0
Abr 45 1231,4 63,67 46 46,00 46,00 18,67 0
Mai 45 1231,4 56,21 46 46,00 46,00 11,21 0
Jun 45 1231,4 31,68 46 46,00 32,68 0,00 0
Jul 45 1231,4 30,21 46 32,68 17,90 0,00 0
Ago 45 1231,4 27,44 46 17,90 0,33 0,00 0
Set 45 1231,4 70,46 46 0,33 25,79 0,00 0
Out 45 1231,4 106,13 46 25,79 46,00 40,93 0
Nov 45 1231,4 139,83 46 46,00 46,00 94,83 0
Dez 45 1231,4 203,50 46 46,00 46,00 158,50 0
M3. Método Azevedo Neto ou Método Prático Brasileiro
Para calcular o volume do reservatório a partir do Método Azevedo Neto são utilizados
os seguintes valores para os parâmetros da Equação 10:
P = Valor numérico da precipitação média anual = 1412,05 mm (Tabela 4.17) T = Valor numérico dos meses de chuva de pouca chuva ou seca – que não atendem à demanda = 3 A = Valor numérico da área de coleta = 1231,4 V = Valor numérico do volume de água coletada para o aproveitamento
𝑉𝑎 = 0,042 ∗ 1412,05/1000 ∗ 1231,4 ∗ 3
Obtendo como resultado um volume de reservatório de acumulação de Va = 219,09
m³.
74
M4. Método Prático Alemão
Para a resolução da Equação 11 são utilizados os seguintes valores para os
parâmetros solicitados:
VAdotado = Valor do volume de água do reservatório V = Volume anual captado de chuva = 1251,93 [L] (Tabela 4.17) D = Volume de demanda anual = 540.000 [L] (Tabela 4.17)
Multiplicando ambos por 0,06, e convertendo os valores de [L] para [m³] tem-se os
resultados:
𝑉𝑉 = 75,12 m³
𝑉𝐷 = 32,40 m³
Seguindo a metodologia o menor valor representa o volume do reservatório de
acumulação, portanto, Va = 32,40 m³.
M5. Método Prático Inglês
Para se obter o valor de reservatório de armazenamento sugerido pelo Método
Prático Inglês Equação 12 são utilizados os seguintes parâmetros:
V = Valor do volume de água do reservatório P = Precipitação média anual = 1412,05 [mm] (Tabela 4.17) A = Área de Coleta em projeção = 1231,4 [m²]
𝑉 = 0,05 ∗ 1412,05/1000 ∗ 1231,4
Cujo resultado para o volume necessário de armazenamento é Va = 86,94 m³.
M6. Método Prático Australiano
Quando se analisa as Equações 13 e 14 e a condição a ser atendida na Equação
15, verifica-se que a confecção da tabela de solução deste método é igual ao Método
da Simulação, diferenciando somente o método de cálculo do volume de chuva
mensal, que ao invés de considerar um grau de eficiência para o sistema considera
que as perdas, quando não conhecidas, podem ser estimadas por 2mm. Sendo
também acrescida de duas análises para verificar as falhas de atendimento e o nível
de confiança do sistema (Tabela 4.20).
75
Para atender a demanda com confiabilidade superior a 90%, como sugerido pelo
método, aceitou-se que em um mês a demanda não fosse atendida e necessitasse de
1 m³ de água a mais. Ficando assim, o reservatório de acumulação com Va = 40 m³ a
confiabilidade de 91,67%.
Tabela 4.20 Método Prático Australiano para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C1
Meses
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captação
[m²]
Volume de
Chuva mensal
[m³]
Volume do reservatório fixado [m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t-1
[m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t
[m³]
overflow [m³]
suprimento de água externo
[m³]
Jan 45 1231,4 249,16 40 0 40 164,16 0
Fev 45 1231,4 164,34 40 40,00 40,00 119,34 0
Mar 45 1231,4 161,48 40 40,00 40,00 116,48 0
Abr 45 1231,4 68,77 40 40,00 40,00 23,77 0
Mai 45 1231,4 60,48 40 40,00 40,00 15,48 0
Jun 45 1231,4 33,23 40 40,00 28,23 0,00 0
Jul 45 1231,4 31,60 40 28,23 14,83 0,00 0
Ago 45 1231,4 28,52 40 14,83 -1,65 0,00 1,65118545
Set 45 1231,4 76,32 40 0 31,32 0,00 0
Out 45 1231,4 115,96 40 31,32 40,00 62,27 0
Nov 45 1231,4 153,40 40 40,00 40,00 108,40 0
Dez 45 1231,4 224,14 40 40,00 40,00 179,14 0
ANÁLISE GERAL DOS MÉTODOS E DEFINIÇÃO DO VOLUME DO
RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO PARA O CENÁRIO 1
Para facilitar a observação dos resultados temos a Tabela 4.21. Assim, podemos
notar que, para a situação analisada, os métodos Azevedo Neto e Prático Inglês (M3
e M5) superdimensionam o reservatório, enquanto o método Prático Alemão o
subdimensiona.
O Método Prático Australiano estima um volume de 40 m³, e tanto o Método de
Rippl quanto o Método da Simulação apresentam resultados próximos 45,67 e 46,0
m³ respectivamente.
Devido ao fato do Método da Simulação fazer considerações mais detalhadas para
a determinação do volume ao qual o reservatório de armazenamento deve atender
76
para suprir a demanda inclusive na estiagem o valor de Va = 46 m³ será adotado para
os dimensionamentos posteriores.
Tabela 4.21 Comparação dos resultados obtidos por diferentes métodos para o cálculo do volume do reservatório de armazenamento
Método Volume [m³]
M1 Método de Rippl 45,67
M2 Método da Simulação 46,00
M3 Método Azevedo Neto 219,09
M4 Método Prático Alemão 32,40
M5 Método Prático Inglês 86,94
M6 Método Prático Australiano 40
C2 - Cenário 2:
O valor da demanda estimada atual foi de 50,8 m³, e do mesmo modo que no
cenário 1 nestes cálculos é utilizado um valor aproximadamente 5% maior, de 53,3 m³
para compensar eventuais variações na rotina de uso dos funcionários. Seguindo os
mesmos passos de desenvolvimento dos métodos temos:
M1. Método de Rippl
Tabela 4.22 Método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C2
Meses Chuva média
mensal [m]
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captação
[m²]
Volume de Chuva
mensal [m³]
Diferença entre os
volumes de demanda e chuva [m³]
Diferença acumulada dos valores
positivos [m³]
Jan 0,255 53,3 1231,40 226,02 -172,72
Fev 0,169 53,3 1231,40 149,68 -96,38
Mar 0,166 53,3 1231,40 147,10 -93,80
Abr 0,072 53,3 1231,40 63,67 -10,37
Mai 0,063 53,3 1231,40 56,21 -2,91
Jun 0,036 53,3 1231,40 31,68 21,62 21,62
Jul 0,034 53,3 1231,40 30,21 23,09 44,70
Ago 0,031 53,3 1231,40 27,44 25,86 70,57
Set 0,079 53,3 1231,40 70,46 -17,16 53,41
Out 0,120 53,3 1231,40 106,13 -52,83 0,57
Nov 0,158 53,3 1231,40 139,83 -86,53 -85,96
Dez 0,230 53,3 1231,40 203,50 -150,20
77
Neste caso, para uma demanda mensal de D = 53,3 m³, sendo completamente
atendida no período de estiagem o volume do reservatório de acumulação é de Va =
70,57 m³.
M2. Método da Simulação
O valor fixo do reservatório que atende à demanda é de Va = 71,0 m³.
Tabela 4.23 Método da simulação para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C2
Meses
Demanda Constante mensal
[m³]
Área de Captção [m²]
Volume de
Chuva mensal
[m³]
Volume do reservatóri
o fixado [m³]
Volume do reservatório fixado no tempo t-1
[m³]
Volume do reservatório fixado no
tempo t [m³]
overflow [m³]
suprimento de água externo
[m³]
Jan 53,3 1231,4 226,02 71 0 71 101,72 0
Fev 53,3 1231,4 149,68 71 71,00 71,00 96,38 0
Mar 53,3 1231,4 147,10 71 71,00 71,00 93,80 0
Abr 53,3 1231,4 63,67 71 71,00 71,00 10,37 0
Mai 53,3 1231,4 56,21 71 71,00 71,00 2,91 0
Jun 53,3 1231,4 31,68 71 71,00 49,38 0,00 0
Jul 53,3 1231,4 30,21 71 49,38 26,30 0,00 0
Ago 53,3 1231,4 27,44 71 26,30 0,43 0,00 0
Set 53,3 1231,4 70,46 71 0,43 17,59 0,00 0
Out 53,3 1231,4 106,13 71 17,59 70,43 0,00 0
Nov 53,3 1231,4 139,83 71 70,43 71,00 85,96 0
Dez 53,3 1231,4 203,50 71 71,00 71,00 150,20 0
M3. Método Azevedo Neto ou Método Prático Brasileiro
São utilizados os seguintes valores para os parâmetros:
P = Valor numérico da precipitação média anual = 1412,05 mm (Tabela 4.17) T = Valor numérico dos meses de chuva de pouca chuva ou seca – que não atendem à demanda = 4 A = Valor numérico da área de coleta = 1231,4 V = Valor numérico do volume de água coletada para o aproveitamento
𝑉𝑎 = 0,042 ∗ 1412,05/1000 ∗ 1231,4 ∗ 4
Obtendo como resultado um volume de reservatório de acumulação de Va = 292,12
m³.
78
M4. Método Prático Alemão
São utilizados os seguintes valores para os parâmetros solicitados:
VAdotado = Valor do volume de água do reservatório V = Volume anual captado de chuva = 1251,93 [L] (Tabela 4.17) D = Volume de demanda anual = 639.600 [L] (Tabela 4.17)
Multiplicando ambos por 0,06, e convertendo os valores de [L] para [m³] tem-se os
resultados:
𝑉𝑉 = 75,12 m³
𝑉𝐷 = 38,38 m³
Seguindo a metodologia o menor valor representa o volume do reservatório de
acumulação, portanto, Va = 38,38 m³.
M5. Método Prático Inglês
São utilizados os seguintes parâmetros, como nenhum destes dependem da
demanda, o valor encontrado é o mesmo que para o cenário 1:
V = Valor do volume de água do reservatório P = Precipitação média anual = 1412,05 [mm] (Tabela 4.17) A = Área de Coleta em projeção = 1231,4 [m²]
𝑉 = 0,05 ∗ 1412,05/1000 ∗ 1231,4
Onde, o volume necessário de armazenamento é Va = 86,94 m³.
M6. Método Prático Australiano
Assim como no canário 1 as perdas estimadas por 2mm de chuva.
Para atender a demanda com confiabilidade superior a 90%, como sugerido pelo
método, aceitou-se que em um mês a demanda não fosse atendida e necessitasse de
16,5 m³ de água a mais. Ficando assim, o reservatório de acumulação com Va = 50
m³ a confiabilidade de 91,67%.
79
Tabela 4.24 Método Prático Australiano para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C2
Meses
Demanda Constante mensal
[m³]
Área de Captaçã
o [m²]
Volume de
Chuva mensal
[m³]
Volume do reservatóri
o fixado [m³]
Volume do reservatório fixado no tempo t-1
[m³]
Volume do reservatório fixado no
tempo t [m³]
overflow [m³]
suprimento de água
externo [m³]
Jan 53,3 1231,4 249,16 50 0 50 145,86 0
Fev 53,3 1231,4 164,34 50 50,00 50,00 111,04 0
Mar 53,3 1231,4 161,48 50 50,00 50,00 108,18 0
Abr 53,3 1231,4 68,77 50 50,00 50,00 15,47 0
Mai 53,3 1231,4 60,48 50 50,00 50,00 7,18 0
Jun 53,3 1231,4 33,23 50 50,00 29,93 0,00 0
Jul 53,3 1231,4 31,60 50 29,93 8,23 0,00 0
Ago 53,3 1231,4 28,52 50 8,23 -16,55 0,00 16,5
Set 53,3 1231,4 76,32 50 0 23,02 0,00 0
Out 53,3 1231,4 115,96 50 23,02 50,00 35,67 0
Nov 53,3 1231,4 153,40 50 50,00 50,00 100,10 0
Dez 53,3 1231,4 224,14 50 50,00 50,00 170,84 0
ANÁLISE GERAL DOS MÉTODOS E DEFINIÇÃO DO VOLUME DO
RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO PARA O CENÁRIO 2
Utilizando o mesmo critério do cenário 1 para a seleção do método de cálculo,
temos que o resultado do reservatório de acumulação para atender a demanda de
53,3 m³, obtido pelo método da simulação, é de Va =71,0 m³, ou seja, 54% maior que
o calculado para o cenário 1.
C3 - Cenário 3:
Se fosse atendida 2/3 demanda estimada atual, acrescida em 5% (53,3 m³), ou
seja, 35,5 m³.
M1. Método de Rippl
Neste caso, para uma demanda mensal de D = 35,5 m³, sendo esta, toda atendida
no período de estiagem o volume do reservatório de acumulação é de Va = 17,27 m³.
80
Tabela 4.25 Método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C3
Meses Chuva média
mensal [m]
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captação
[m²]
Volume de Chuva
mensal [m³]
Diferença entre os
volumes de demanda e chuva [m³]
Diferença acumulada dos valores
positivos [m³]
Jan 0,255 35,5 1231,40 226,02 -190,48
Fev 0,169 35,5 1231,40 149,68 -114,14
Mar 0,166 35,5 1231,40 147,10 -111,57
Abr 0,072 35,5 1231,40 63,67 -28,14
Mai 0,063 35,5 1231,40 56,21 -20,67
Jun 0,036 35,5 1231,40 31,68 3,85 3,85
Jul 0,034 35,5 1231,40 30,21 5,32 9,17
Ago 0,031 35,5 1231,40 27,44 8,09 17,27
Set 0,079 35,5 1231,40 70,46 -34,93 -17,66
Out 0,120 35,5 1231,40 106,13 -70,60
Nov 0,158 35,5 1231,40 139,83 -104,30
Dez 0,230 35,5 1231,40 203,50 -167,97
M2. Método da Simulação
O valor fixo do reservatório que atende à demanda estipulada é de Va = 18,0 m³.
Tabela 4.26 Método da simulação para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C3
Meses
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captção
[m²]
Volume de
Chuva mensal
[m³]
Volume do reservatório fixado [m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t-1
[m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t
[m³]
overflow [m³]
suprimento de água externo
[m³]
Jan 35,5 1231,4 226,02 18 0 18 172,48 0
Fev 35,5 1231,4 149,68 18 18,00 18,00 114,14 0
Mar 35,5 1231,4 147,10 18 18,00 18,00 111,57 0
Abr 35,5 1231,4 63,67 18 18,00 18,00 28,14 0
Mai 35,5 1231,4 56,21 18 18,00 18,00 20,67 0
Jun 35,5 1231,4 31,68 18 18,00 14,15 0,00 0
Jul 35,5 1231,4 30,21 18 14,15 8,83 0,00 0
Ago 35,5 1231,4 27,44 18 8,83 0,73 0,00 0
Set 35,5 1231,4 70,46 18 0,73 18,00 17,66 0
Out 35,5 1231,4 106,13 18 18,00 18,00 70,60 0
Nov 35,5 1231,4 139,83 18 18,00 18,00 104,30 0
Dez 35,5 1231,4 203,50 18 18,00 18,00 167,97 0
81
M3. Método Azevedo Neto ou Método Prático Brasileiro
São utilizados os seguintes valores para os parâmetros:
P = Valor numérico da precipitação média anual = 1412,05 mm (Tabela 4.17) T = Valor numérico dos meses de chuva de pouca chuva ou seca – que não atendem à demanda = 3 A = Valor numérico da área de coleta = 1231,4 V = Valor numérico do volume de água coletada para o aproveitamento
𝑉𝑎 = 0,042 ∗ 1412,05/1000 ∗ 1231,4 ∗ 3
Obtendo como resultado um volume de reservatório de acumulação de Va = 219,09
m³.
M4. Método Prático Alemão
São utilizados os seguintes valores para os parâmetros solicitados:
VAdotado = Valor do volume de água do reservatório V = Volume anual captado de chuva = 1251,93 [L] (Tabela 4.17) D = Volume de demanda anual = 426.400 [L] (Tabela 4.17)
Multiplicando ambos por 0,06, e convertendo os valores de [L] para [m³] tem-se os
resultados:
𝑉𝑉 = 75,12 m³
𝑉𝐷 = 25,58 m³
Seguindo a metodologia o menor valor representa o volume do reservatório de
acumulação, portanto, Va = 25,58 m³.
M5. Método Prático Inglês
Assim como nos cenários 1 e 2, como nenhum destes dependem da demanda, o
valor encontrado é:
V = Valor do volume de água do reservatório P = Precipitação média anual = 1412,05 [mm] (Tabela 4.17) A = Área de Coleta em projeção = 1231,4 [m²]
𝑉 = 0,05 ∗ 1412,05/1000 ∗ 1231,4
Onde, o volume necessário de armazenamento é Va = 86,94 m³.
82
M6. Método Prático Australiano
Assim como nos canários anteriores as perdas são estimadas por 2mm de chuva.
Para atender a demanda com confiabilidade superior a 90%, como sugerido pelo
método, aceitou-se que em um mês a demanda não fosse atendida e necessitasse de
1,25 m³ de água a mais. Ficando assim, o reservatório de acumulação com Va = 12
m³ a confiabilidade de 91,67%.
Tabela 4.27 Método Prático Australiano para o dimensionamento do reservatório de armazenamento C3
Meses
Demanda Constante
mensal [m³]
Área de Captação
[m²]
Volume de
Chuva mensal
[m³]
Volume do reservatório fixado [m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t-1
[m³]
Volume do reservatório
fixado no tempo t
[m³]
overflow [m³]
suprimento de água externo
[m³]
Jan 35,5 1231,4 249,16 12 0 12 201,63 0
Fev 35,5 1231,4 164,34 12 12,00 12,00 128,80 0
Mar 35,5 1231,4 161,48 12 12,00 12,00 125,94 0
Abr 35,5 1231,4 68,77 12 12,00 12,00 33,24 0
Mai 35,5 1231,4 60,48 12 12,00 12,00 24,95 0
Jun 35,5 1231,4 33,23 12 12,00 9,70 0,00 0
Jul 35,5 1231,4 31,60 12 9,70 5,77 0,00 0
Ago 35,5 1231,4 28,52 12 5,77 -1,25 0,00 1,25
Set 35,5 1231,4 76,32 12 0 12,00 28,78 0
Out 35,5 1231,4 115,96 12 12,00 12,00 80,42 0
Nov 35,5 1231,4 153,40 12 12,00 12,00 117,87 0
Dez 35,5 1231,4 224,14 12 12,00 12,00 188,61 0
ANÁLISE GERAL DOS MÉTODOS E DEFINIÇÃO DO VOLUME DO
RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO PARA O CENÁRIO 3
Utilizando o mesmo critério do cenário 1 para a seleção do método de cálculo,
temos que o resultado do reservatório de acumulação para atender uma demanda de
35,5 m³, obtido pelo método da simulação, é de Va =18,0 m³, e por tanto, 39% menor
que o calculado para o cenário 1.
83
f. Estabelecimento do sistema de tratamento necessário
Considerando as manutenções periódicas as quais os equipamentos de tratamento
necessitam passar e que o usuário ao qual se destina o sistema necessita que o
mesmo seja de operação e manutenção simplificada, é indicado o uso de
equipamentos disponíveis no mercado para o devido fim. Estes equipamentos
possuem além da manutenção simples, assistência técnica disponível, e, quando
necessária, é de fácil substituição.
Para a retirada de folhas propõem-se a instalação pré-filtros nos condutos verticais
(Figura 4.30).
Figura 4.30 Pré-filtro separador de folhas
Fonte: 3P Technik Filtersysteme GMBH (2012)
A filtragem sugerida é através de um filtro por vortex com diâmetro de 0,727 m,
malha filtrante de 0,38mm e com tampa de aço para suportar até 12 toneladas.
Figura 4.31 Filtro por vortex
Fonte: AquaStok (2013)
84
A cloração, a ser feita por um dosador automático de cloro após o bombeamento
para o edifício, na chegada a caixa d’água, evitando assim, o tratamento de volumes
de água que podem não ficar retidos no reservatório quando este ultrapassar sua
capacidade de armazenamento (Figura 4.32).
Figura 4.32 Dosador automático de cloro
Fonte: Especializo Qualidade da Água (2015)
Para tal dosagem estimasse que será necessário o reabastecimento dos
reservatórios de cloro, com capacidade de 40 pastilhas, semestralmente
(ESPECIALIZO QUALIDADE DA ÁGUA, 2015).
g. Projeto dos sistemas complementares
Sistema de Condução da água da chuva até o reservatório
Sugere-se a coleta da água no perímetro dos prédios, em tubulações fechadas
interligadas aos condutos verticais, num total de 200m de tubulação com 10mm de
diâmetro (Figura 4.33).
85
Figura 4.33 Tubulações em PVC - 10mm de diâmetro
Sistema de Distribuição da Água Armazenada
Para o uso diário de 1060,5 m³ de água, estimado de usos não potáveis após a
substituição dos vasos sanitários, é indicado que se instale duas caixas d’água de
1000 L, uma em cada prédio (SABESP, 2014).
O comprimento das tubulações e a necessidade de acessórios foi estimada através
da análise das plantas impressas dos prédios do LNA, durante uma das visitas
realizadas no local.
Avalia-se para o transporte da água do reservatório de acumulação até as caixas
d’água sejam necessários
85m de tubos de PVC de 1 ¼ ‘’
3 registros do tipo gaveta 1 ¼ ‘’
9 joelhos 90°1 ¼ ‘’
2 joelhos 45°1 ¼ ‘’
1 Tê 1 ¼ ‘’
4 Flange para caixa d’água 1 ¼”
2 torneiras para boia 1 ¼”
86
A seleção da bomba avalia o ponto crítico de distribuição, no caso, o reservatório
que está mais distante, já que ambos se encontram em uma mesma cota. Por tanto,
para o cálculo manométrico são utilizados os seguintes dados:
Vazão: 7 m³/h
Altura geométrica: 10,58 m
Diâmetro da tubulação: 1 ¼”
Comprimento da tubulação: 75 m
Coeficiente de perda de carga distribuída: 12m / 100 m
Perda equivalente distribuída: 9m
Coeficientes de perda de carga localizada (Tabela 4.28).
Tabela 4.28 Calculo de perdas de carga localizadas
Elemento Qtde Ø 1 ¼” Perda equivalente [m]
Válvula gaveta aberta 2 0,4 0,8
Joelho 90° 5 2 10
Joelho 45° 2 1 2
Saída "T" lateral 1 4,6 4,6
Total de perdas equivalentes localizadas 17,4
Sendo, o total de perda de carga é (de acordo com a substituição na Equação 20):
∆ℎ𝑝 = 9 + 17,4 = 26,4
E, por tanto, a Altura Manométrica Total é dada por:
𝐻 = 10,58 + 26,4
𝐻 = 36,98 𝑚
Resultando em H = 36,98 m.
Para a seleção da bomba devemos procurar o modelo que ofereça valores de
vazão e altura manométrica próximo aos calculados. Para auxiliar nesta tarefa os
fabricantes de bombas disponibilizam tabelas e/ou curvas de onde pode-se verificar
se esta atendo ou não o sistema em questão. Deve-se procurar na tabela uma altura
igual ou maior à calculada para o sistema e verificar qual a vazão a bomba forneceria
87
nesta condição. Foi selecionada a bomba BC 92 S 1B para análise (Tabela 4.29). Para
a situação do LNA onde a altura manométrica é de 36,6 m procura-se na tabela o valor
mais próximo arredondando para cima. O valor encontrado é 38 m, em seguida
verifica-se qual a vazão a bomba daria nesta vazão, no caso deste modelo, 11,9 m³/h,
sendo superior a vazão de 7 m³/h necessária, por tanto atende a situação.
Sendo selecionada a bomba BC-92 S 1B de 3cv de potência.
Tabela 4.29 Tabela de Seleção bombas BC - 92 S 1A e 1B
Fonte: (SCHNEIDER MOTORBOMBAS)
4.4 GESTÃO DA DEMANDA
De acordo com os dados coletados deseja-se verificar as possibilidades
economicamente viáveis para a redução do consumo de água e a implantação do seu
reuso para consumos menos nobres.
Com as alterações propostas de troca de sanitários de acionamento de válvula
hidra por sanitários com caixa acoplada e inserção de um sistema de aproveitamento
de água da chuva analisa-se quais as reduções de consumo foram obtidos:
4.4.1 Avaliação Quali-Quantitativa
a. Impacto de Redução do consumo de água por agente consumidor
Considerando:
Número de funcionários: 50
88
Dias úteis: 21
Volume de consumo médio mensal atual: 104 m³
Volume de consumo médio mensal após alterações: 96 m³
Indicador de Consumo Antes das Intervenções
𝐼𝐶𝐴𝑃 =104
50 ∗ 21= 0,10
𝑚3
𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛á𝑟𝑖𝑜/𝑑𝑖𝑎
Indicador de Consumo Depois das Intervenções
𝐼𝐶𝐷𝑃 =96
50 ∗ 21= 0,09
𝑚3
𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛á𝑟𝑖𝑜/𝑑𝑖𝑎
Impacto de Redução de consumo por agente consumidor
𝐼𝑅 =0,10 − 0,09
0,10∗ 100 = 10%
Com tal resultado podemos observar que em um consumo global de água haveria
a redução de 10%, porém vamos agora analisar qual seria o impacto de redução de
água potável, comparando o volume atual utilizado, com o que seria necessário após
todas as melhorias sugeridas.
Consumo médio mensal atual: 104 m³
Consumo médio mensal após a possível substituição dos vasos sanitários e
válvulas: 95,6 m³
Consumo médio mensal de água da concessionária após implantação do
sistema de aproveitamento de água da chuva: 53,2 m³
𝑅𝐶 =104 − 53,2
104∗ 100 = 49%
Observa-se que com a retirada dos usos não potáveis o consumo de água potável
reduz em 49%, porém deve-se ressaltar que o valor pago pelo tratamento de esgoto
só terá redução em 8%. Sendo assim o valor médio anual a ser pago é de R$
11.755,79, considerando a média anual atual paga de R$ 16.007,11, gerando uma
economia de R$ 4.251,33, ou de 27% no total a ser pago a concessionária.
89
b. Avaliação de Custos de Substituições e Implantação do Sistema de
Aproveitamento de Água da Chuva
Considerando a localização do reservatório de acumulação no gramado próximo
ao quiosque (cota 905) e ao lado do estacionamento a direita do prédio 1 ambos na
cota 910,8m, de acordo com as dimensões adquiridas na observação das plantas do
LNA, com posicionamento na cota 907m, utilizando as seguintes dimensões:
Altura: 2 m
Comprimento: 5 m
Profundidade: 4,6 m
Adjacente a este, antes do filtro, está o reservatório de descarte com dimensões
de:
Altura: 1,77 m
Comprimento: 1 m
Profundidade: 1 m
São estimados os comprimentos de tubulações necessários bem como os
acessórios para a instalação do sistema. Além de duas caixas d’águas de 1.000 L
(uma em cada prédio) posicionadas nos telhados sobre os banheiros coletivos.
Para tais considerações são listados os materiais necessários bem como as
estimativas de custos Tabela 4.30 e o esboço da localização dos principais
equipamentos (Figura 4.34).
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Tabela 4.30 Descrição de equipamentos e materiais e estimativas de custo
Componente Descrição Qtde preço unitário Valor Total
Vaso sanitário caixa acoplada 12 R$ 300,00 R$ 3.600,00
Filtro de Descida 16 R$ 90,00 R$ 1.440,00
Filtro Filtro Fino Vortex WFF 300 1 R$ 18.800,00 R$ 18.800,00
Interligação Kit de interligação 1 R$ 2.262,00 R$ 2.262,00
Dosador de Cloro 2 R$ 300,00 R$ 600,00
Cloro 10 tabletes - R$ 10,00 (160 p/ ano)
16 R$ 10,00 R$ 160,00
Res. Acumulação 2 x 5 x 4,6 m (R$ 600 / m³ de tanque)
46 R$ 600,00 R$ 27.600,00
Res. Descarte 1 x 1 x 1,77 m (R$ 600 / m³ de tanque)
1,77 R$ 600,00 R$ 1.062,00
registro 2" 1 R$ 100,00 R$ 100,00
Tub. 300 mm 300 mm / 6 m - (6m) 1 R$ 387,99 R$ 387,99
Tub. 200mm 200 mm / 6m - (48m) 8 R$ 269,13 R$ 2.153,04
tê 200mm 1 R$ 143,90 R$ 143,90
Luva redução 150 mm / 200 mm 2 R$ 56,67 R$ 113,34
Tub. 150 mm 150 mm / 6 m (200m) 35 R$ 150,00 R$ 5.250,00
Tê 150mm 2 R$ 48,90 R$ 97,80
joelho 90° 150mm 8 R$ 37,69 R$ 301,52
Bomba 1 R$ 1.500,00 R$ 1.500,00
Caixa d'água 1000 L 2 R$ 350,00 R$ 700,00
Registro gaveta 1 1/4'' 3 R$ 45,90 R$ 137,70
joelho 90° 1 1/4'' 9 R$ 1,80 R$ 16,20
joelho 45° 1 1/4'' 2 R$ 1,80 R$ 3,60
Tê 1 1/4'' 1 R$ 2,79 R$ 2,79
Flange para caixa d'água
1 1/4'' 4 R$ 11,61 R$ 46,44
torneira para boia 1 1/4'' metálica 2 R$ 100,90 R$ 201,80
Tubo PVC 1 1/4'' / 6m 15 R$ 5,82 R$ 87,30
Custo de Materiais e Equipamentos
R$ 66.767,42
Mão de Obra 25 % do custo de materiais e equipamentos
R$ 16.691,86
Custo Total R$ 83.459,28
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Figura 4.34 Esboço da disposição dos edifícios no LNA
Definidos os custos e o valor total estimado de investimento é calculado, a partir do
software Office Excel, os métodos de Valor Presente Líquido, a Taxa Interna de
Retorno e o Payback Descontado. Como dados de entrada temos:
Valor presente economizado no valor total a pagar da concessionária de
abastecimento: R$ 4.251,33 (análise da Tabela 4.14).
A Taxa de reajuste da cobrança pela água: 8,97% a.a. (média entre os
reajustes adotados pela Copasa nos três últimos anos, 5,70% em 2013
(ARSAE-MG, 2013), 6,17% em 2014 (ARSAE-MG, 2014) e 15,04% em 2015
(ARSAE-MG, 2015).
Investimento: R$ 83.459,28
Taxa Mínima de Atratividade: 9% a.a. (de acordo com a inflação atual)
Valor Presente Líquido, indica que seriam necessários 20 anos para que se tenha
lucros reais com o investimento inicial pela troca dos sanitários e a implantação do
sistema de aproveitamento de água da chuva.
Quando analisada a Taxa Interna de Retorno (TIR) verifica-se que está se iguala a
Taxa Mínima de Atratividade (TMA) após 20 anos da implantação do projeto.
Reservatório de Acumulação Bomba Filtro Reservatório de Descarte
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Pelo método de Payback Descontado, o investimento teria seu retorno em 19,6
anos.
Os cálculos indicam um tempo de retorno de 20 anos que é considerado um prazo
longo de investimento. Devido ao custo elevado e o tempo de retorno ser longo,
financeiramente este investimento pode ser inviabilizado. Porém quando analisadas
as situações ambientais, e a crise hídrica que tem se mostrado tão presente no país,
nota-se que na ausência do recurso está é uma maneira interessante de se ter
reservas para abastecimento próprio.
4.5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Os estudos apresentados neste trabalham visam auxiliar o LNA a atender a Portaria
Nº 23, de fevereiro de 2015 do Ministro de Estado do Planejamento, Orçamento e
Gestão para a sua sede.
Realizou-se, para tanto, o estudo da demanda de usos não potáveis do LNA através
de questionários aplicados a seus usuários. A partir da demanda encontrada de
50,8m³ de água mensal para usos não potáveis é sugerida a substituição de vasos
sanitários convencionais por vasos sanitários com caixa acoplada. Tal substituição
reduzirá em 8% o valor a ser pago a concessionária de abastecimento, e a demanda
mensal de usos não potáveis diminui para 42,4 m³. Para a implantação do um sistema
de aproveitamento de água da chuva, é considerada uma demanda de usos não
potáveis 5% maior que a estimada, afim de atender eventuais variações na demanda,
sendo considerada de 45m³.
Para o atendimento da demanda de usos não potáveis de 45m³, de acordo com o
Método da Simulação, é necessário um reservatório de acumulação de 46 m³, um
reservatório de descarte de 1,77m³, além de equipamentos de tratamento básico para
disponibilização desta água em contato primário, com instalação de pré-filtros, filtro e
clorador.
O investimento total para a substituição dos vasos sanitários e a implantação do
sistema de aproveitamento de água da chuva é estimado em R$ 83.459,28. Este
investimento geraria uma economia de 27% no valor total a ser pago a empresa de
abastecimento público, já que o valor a ser pago pelo tratamento de esgoto deve ser
taxado de acordo com o consumo total – usos potáveis e não potáveis.
93
Os métodos financeiros de análise de investimento através do Valor Presente
Líquido, Taxa Interna de Retorno e Payback descontado indicam que para tal
investimento, considerando uma TMA de 9% a.a. e um reajuste na conta de água de
8,97% a.a., este estaria pago após 20 anos.
Conclui-se que, a maior dificuldade para a implantação do sistema se dá pelo fato
da quantidade de usuários ser elevada frente a área disponível de captação, gerando
um tempo de retorno muito elevado para o investimento. Apesar do longo tempo de
retorno deste projeto, iniciativas como esta serão cada vez mais avaliadas tanto por
empresas quanto pessoas físicas, pois o agravamento da crise hídrica do sudeste do
país certamente levará à busca do reuso hídrico. Um reflexo desta tendência também
será o aumento do preço da água fornecida pela concessionária, uma vez que a oferta
de água tem diminuído, ao mesmo tempo em que a demanda tem aumentado. Frente
a tal cenário é possível que a cada ano se torne mais viáveis implantações como está
e a importância da análise econômica clássica seja menos importante na avaliação
dos projetos já que a água passara a não ser considerada um bem comum.
94
5 REFERÊNCIAS
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APÊNDICE A – QUESTIONÁRIO
98
99
100
101