Trabalhos de água pluviais, Trabalhos de Hidráulica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO DE TECNOLOGIA - CTC

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

Pedro Felix Liotto Uso racional de água em residência multifamiliar Florianópolis 2024

Pedro Felix Liotto Uso racional de água em residência multifamiliar Trabalho submetido à disciplina de Uso Racional de Água do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina como requisito parcial para a obtenção da nota na referida disciplina Orientador(a): Prof.(a) Enedir Ghisir, Dr.(a) Florianópolis 2024

ABSTRACT

This work is a contribution towards validating the use of rainwater in homes to partially replace the drinking water supplied by the utility company. Normally, when one thinks about rainwater harvesting, one associates the idea that the project should replace all drinking water consumption with treated rainwater. However, more specific investigations seek a balance and combine the supply of rainwater for appliances that do not require high potability and treated drinking water for appliances that do require it, for residential water availability. To this end, computer simulation helps in decision- making regarding reservoirs, considering the annual rainfall distribution. This work considered the rainfall indices of the city of Florianópolis-SC and applied it to a multi- family residence in order to dimension the storage capacity for the supply of rainwater to appliances such as toilets, tanks and washing machines, which represent approximately 38% of the drinking water consumption. With this simulation using NETUNO 4, it was found that the lower 2000 L reservoir would be capable of providing a reduction in drinking water consumption of around 38%, corroborating the scientific community that in order to think about rational water use, it is possible to highlight the reduction in certain devices. Keywords : rainwater; drinking water; water reduction, rational use of water.

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Exemplo de tabela................................................................................... 27 Tabela 2 – População nos Censos Demográficos das capitais brasileiras 1960/2010 28 Tabela 3 – Municípios com 15 ou mais escolas da Rede Estadual em Santa Catarina de 2012 a 2015....................................................................................... 29

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

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1 INTRODUÇÃO

A implantação e o desenvolvimento das sociedades sempre buscaram se dar em torno de recursos hídricos, ao longo da história do homem. Localizar-se próximo de um corpo hídrico, em que se tenha fácil captação de água, é de sobremaneira uma facilidade, pois todas as atividades humanas dependem do uso de água, em maior ou menor grau. Mas é importante entender que toda a água que serve ao consumo não é a parcela mais expressiva de água disponível, na verdade é a menor parcela. No planeta Terra (Figura 1), 97% da água disponível está nos oceanos, sendo assim é salgada e não está pronta para o consumo, necessitando de tratamentos caros. Figura 1 - (a) Distribuição de água doce e salgada no Planeta. (b) distribuição de água doce no Planeta. (a) (b)

Fonte: Karlinski (2015) Os 3% restantes é de água doce, porém distribuída de forma diversa: 68,9% em calotas polares, 29,7 % em aquíferos, 0,9% contidos na forma de vapor-d’água, nuvens etc., e 0,5% em rio ou lagos. Portanto, temos 1.320.409.125 km³ de água nos oceanos e mares e 37.794.876 km³ de água doce (Karlinski, 2015). Assim, apenas 0,5% da água doce disponível no globo terrestre está disponível, a um custo relativamente baixo, para a captação, distribuição e consumo nas atividades humanas. Mesmo assim, a ideia de escassez não fica clara. Essa ideia de escassez é relativa, pois a quantidade de água acessível varia à medida que a oferta e a procura do recurso hídrico muda. Assim, conforme a população mundial cresce e o desenvolvimento econômico se intensifica, os recursos hídricos e as infraestruturas de muitos países não vão garantindo satisfazer a demanda crescente por água. A população mundial em 2020 chegava à marca de 7.794.799.000 de pessoas, mesmo com a taxa de crescimento cada vez menor, o número absoluto é crescente, ou seja, mesmo com velocidade de crescimento menor a população mundial cresce. Nos continentes, 59,5% da população situa-se na Ásia, 17,1% na África, 13,1% no continente americano, 9,5% na Europa e o restante na Oceania (Torquato, 2020). Enquanto, a distribuição da água é observada em 18% na América do Norte, 23,1% na América do Sul, 10% na África, 7,0% na Europa, 31,6% na Ásia e oriente médio, 5,3% na Oceania e 5,0% em geleiras na Antártida. Além da distribuição da água pela superfície do planeta não ser proporcional a sua ocupação, a atividade humana ainda chama a atenção para o seu consumo. O consumo direto realizado pelos seres humanos é em média 8% da água disponível, enquanto, por exemplo, a irrigação das plantações mundiais consome aproximadamente 69%. Outra ideia associada, além da procura, à ideia de escassez é quando à crescente poluição da pequena parcela de água disponível, ou seja, a água está, em muitos centros urbanos cada vez mais contaminada por esgotos e outros materiais, prejudicando a captação do recurso hídrico em mananciais. Em média, 80% do esgoto produzido pelas atividades humanas voltam para a natureza sem ser tratado. Paralelo ao esgoto, tem-se o descarte incorreto de lixo em rios e lagos.

não exijam água potável, como por exemplo as descargas, irrigação, lavagens em geral. O presente trabalho, portanto, propõe a utilização das águas de chuva como fonte alternativa para o consumo em uma residência multifamiliar, visando reduzir o consumo de água potável fornecida pela concessionária. O estudo se dará em residência composta de seis unidades habitacionais conjugadas com 11 habitantes no total e será apresentado ao final a melhor estratégia para captação, armazenamento e distribuição de águas proveniente das chuvas.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

A águas das chuvas pode ser considerado um recurso natural que desempenha um papel importante para a sustentabilidade e disponibilidade de água doce sendo uma fonte renovável que pode ser aproveitada para diversos fins, desde o uso doméstico até a agricultura e a indústria. Em várias regiões do mundo, e do Brasil, a coleta e o uso eficiente das águas pluviais podem reduzir a dependência de fontes de água tratada coletada de mananciais ajudando a mitigar a escassez de água, reduzir inundações urbanas e promover a recarga de aquíferos (Smith et al., 2021). 2.1 ÁGUAS PLUVIAIS Ciclo hidrológico é o movimento que a dinâmica da água realiza no Planeta Terra. O sol é a fonte de energia que alimenta essa movimentação, fazendo com que a água transpasse os reservatórios terrestre: hidrosfera, atmosfera, litosfera e biosfera (May e Prado, 2004). Portanto, o ciclo é responsável por promover a recarga das fontes de água do planeta, alimentando aquíferos ou escoando e reabastecendo rios, lagos e oceanos. Essa dinâmica da água é influenciada pelas diversas variáveis presentes na atmosfera e na superfície terrestre, assim os volumes de água evaporados são diferentes ao longo do globo terrestre (Tucci, 2014). A infiltração das águas pluviais no solo é essencial para a recarga dos aquíferos, que são fontes importantes de água potável em muitas regiões. A urbanização e a impermeabilização do solo reduzem a capacidade de infiltração, resultando em menor recarga dos aquíferos e aumento do escoamento superficial. Segundo estudos recentes, a implementação de técnicas de manejo de águas pluviais pode aumentar significativamente a recarga de aquíferos (Jones et al ., 2020). A precipitação atmosférica, popularmente conhecida como chuva, é uma das etapas que a água passa no ciclo hidrológico. É formada por micro gotículas de água que, com a elevada umidade e núcleos de condensação, tem seu tamanho aumentado e peso suficiente ficando suscetível a ação da gravidade (Tucci, 2014). Segundo Tucci (2014), as precipitações se manifestam em diferentes naturezas:  Chuvisco: precipitação muito fina e de baixa densidade;  Chuva: precipitação na forma líquida;  Neve: precipitação na forma de cristais de gelo;

prática para coletar e utilizar a água da chuva para fins não potáveis, como irrigação de jardins, descarga de vasos sanitários e limpeza (Ward et al ., 2018). A coleta e gestão das águas pluviais podem ser realizadas por várias técnicas, desde sistemas simples de captação de telhados até infraestruturas urbanas complexas. A escolha do método depende de fatores como o clima, a topografia, a densidade populacional e os usos pretendidos da água coletada. 2.2 QUALIDADE DA ÁGUA A qualidade da água da chuva pode ser observada sobre quatro aspectos: antes de atingir o solo, após escorrer pelo telhado, no ponto de uso e no reservatório em que está armazenada (Tomaz, 2010). Segundo o autor, a qualidade da água da chuva antes de atingir o solo tem suas características dependentes da região em que a precipitação ocorre, variando assim com a região. Em regiões próximas dos oceanos, é possível constatar que a chuva apresenta elementos como sódio, potássio, magnésio, cloro e cálcio em concentrações proporcionais às águas do mar, enquanto as precipitações mais ao centro dos continentes, tem seus elementos de origem terrestre. O autor ainda destaca que em centros urbanos é possível encontrar variações de qualidade de ar, pois a concentração de dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e até mesmo zinco e chumbo são variáveis de acordo com a atividade industriais/comerciais da cidade. Assim, as águas das chuvas possuem pH sempre ácido, em torno de 5,0, chegando até 3,5 em regiões com altos índices de poluição, que é quando tem-se as chuvas ácidas. Devido a essas características, o seu reuso é destinado somente para os usos não potáveis. Quanto aos telhados a qualidade da água será ligada diretamente com o nível de manutenção e limpeza dos telhados, além da interferência da vegetação próxima que pode ocasionar acúmulo de matéria orgânica. O material das telhas também influenciará nessa qualidade pois alguns aderem maior partículas enquanto outros não. As telhas metálicas são mais indicadas para utilização nas coberturas que pretendem captar as águas das chuvas. pois apresentam menor possibilidade de acúmulo de bactérias. As telhas de plástico também são indicadas. Mesmo com a adoção da telha mais indicada, faz-se necessário o descarte de determinada água inicialmente captada, pois pode estar contaminada com fezes de

animais, poeiras, folhas de árvores, revestimento do telhado, fibrocimento, tintas, entre outros contaminantes (Tomaz, 2010). O descarte do volume inicial também é indicado por Brown (2005), porém informa que varia de acordo com a quantidade de poeira acumulada na superfície do telhado. Esta poeira, por sua vez, é dependente da quantidade de dias secos, da quantidade e do tipo de resíduo, da estação do ano. Além disso, deve ser considerada a inclinação do telhado, a intensidade da chuva e o período que ocorrem. Porém, não se tem nenhum cálculo exato que defina o volume inicial de água pluvial que necessita ser desviado, para que se tenha a qualidade da água não influenciada pelos elementos contidos na superfície do telhado. Em estudo feito na cidade de São Paulo-SP, May e Prado (2004) verificaram a qualidade da água de chuva para consumo não potável. Com base nos resultados das análises, a pesquisa verificou que a água coletada nos reservatórios apresentou melhor qualidade que aquela coletada no telhado. Tal observação fez com que nas conclusões fosse recomendado que o volume precipitado coletado durante 15 a 20 minutos iniciais seja descartado. Dalsasso e Guedes (2017), apresentaram sistema que utiliza boia para obstruir a passagem da água ao passo que o reservatório de descarte é enchido. Com a obstrução da passagem que enche o reservatório de descarte, ocorre o desvio para o reservatório de armazenamento, conforme indicado na Figura 2. Figura 2 - Funcionamento do dispositivo de descarte. Fonte: Dalsasso e Guedes (2017) Nogueira (2021), apresentou proposta de dispositivo de descarte das primeiras águas prevê válvula de PVC de 100 mm, que fica normalmente aberta.

2.3 USO DA ÁGUA DA CHUVA EM ALGUNS PAÍSES

Em Tóquio, no Japão, a coleta de água da chuva é uma prática em muitos edifícios comerciais e residenciais. A cidade implementou sistemas de captação em telhados e infraestruturas verdes para gerenciar águas pluviais e reduzir o escoamento superficial. O Roppongi Hills, um complexo urbano de grande escala, pe um exemplo notável, onde a água da chuva é coletada e utilizada para irrigação e descarga de vasos sanitários, economizando milhares de metros cúbicos de água potável anualmente (Takata et al ., 2014). Na Alemanha, a cidade de Berlim tem investido significativamente em infraestrutura verde para gerenciar águas pluviais. Telhados verdes e jardins de chuva são amplamente utilizados para absorver e armazenas a água da chuva, contribuindo para redução do escoamento e a melhoria da qualidade da água. A política de incentivos fiscais para proprietários que adotam essas tecnologias tem sido um fator chave para o sucesso da iniciativa (Berndtsson, 2010). A China é outro exemplo, pois nos últimos anos milhões de cisternas, para armazenamento de água da chuva, foram construídas nos últimos anos, e no Sul da Austrália, cerca de 80% da população rural e 30% da urbana utilizam a água da chuva como fonte de abastecimento (Neto, 2013). 2.4 AVANÇOS E DESAFIOS DO USO DA ÁGUA DE CHUVA NO BRASIL No Brasil, a captação imediata de água da chuva no espaço urbano ainda é insipiente. As cidades brasileiras desprezam o potencial da água da atmosfera, condensada em nuvens, como manancial de água de boa qualidade, indo na contramão de uma tendência global. O território brasileiro é dotado de abundância hídrica que aliada a ideia de bem de utilização geral do povo e ainda somada com a sua baixa valorização econômica é que são os motivos apontado para fomentar a cultura do desperdício. Isso é potencializado pela tímida participação do Estado com projetos que incentivem a sociedade adotar ações de aproveitamento de água da chuva 2.5 REUSO DE ÁGUA PLUVIAL Água pluvial ou, simplesmente, água de chuva, é um recurso renovável que abastece, direta ou indiretamente, reservatórios, rios e aquíferos com água doce. O aproveitamento de água de chuva tem um conceito simples que armazena a água

captada por uma superfície impermeável e utilizada como fonte alternativa de abastecimento (Sabesp, 2019). A captação da água de chuva para fins não potáveis em residências como uma fonte alternativa de abastecimento, tem sido, aos poucos, mais evidenciada por não gerar nenhum impacto ambiental. As águas pluviais formam importante fonte de água doce que podem perfeitamente ser utilizadas para fins de resfriamento evaporativo, rega de jardins, lavação de carros, calçadas e descargas de vasos sanitários, pois para esses aparelhos não se requer grandes cuidados de purificação, apenas um certo grau de filtragem (MIRANDA; MELO; FONTES, 2020). A maior vantagem da utilização de água de águas pluviais é a de preservar água potável exclusivamente para atendimento de necessidades que necessitem da sua potabilidade, como por exemplo, em pias de cocções e lavagem de alimentos. Ainda podem ser apontadas: preservação do meio ambiente; facilidade de implantação por utilizar superfícies existentes na edificação (telhados, lajes e rampas); água com qualidade suficiente para vários fins; possibilidade de atender áreas deficientes de abastecimento, redução de investimentos na captação de água em mananciais, que estão cada vez mais distantes dos centros urbanos (MIRANDA; MELO; FONTES, 2020). 2.6 NORMAS BRASILEIRAS PARA APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) publicou a Norma Brasileira NBR 15527:2019 – Água de Chuva – Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis – Requisitos. Este documento estabelece os requisitos para o aproveitamento de água de chuva coletada em coberturas de edificações urbanas e que tenha fins não potáveis, ou seja, para sistemas de resfriamento a água, descarga de bacias sanitárias e mictórios, lavagem de veículos, lavagem de pisos, reserva técnica de incêndio, uso ornamental (fontes, chafarizes e lagos) e irrigação para fins paisagísticos. Os requisitos balizam o desenvolvimento de projeto, dimensionamento e qualidade da água de sistemas de captação e armazenamento de água de chuva, incluindo calhas, condutores, reservatórios e instalação predial. Quanto a qualidade da água é fixada parâmetros para coliformes totais, turbidez e cloro residual livre para irrigação e limpeza. Para o caso de utilização para outros fins, a qualidade da água deve alcançar os padrões de qualidade estabelecidos na norma.