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Universidade Federal de Ouro Preto
Programa de Pós-Graduação Engenharia Ambiental
Mestrado em Engenharia Ambiental
Frederico Moyle Baeta de Oliveira
“APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA PARA FINS
NÃO POTÁVEIS NO CAMPUS DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DE OURO PRETO
OURO PRETO, MINAS GERAIS”
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Ouro
Preto, como parte dos requisitos necessários para a
obtenção do título: “Mestre em Engenharia Ambiental –
Área de Concentração: Saneamento Ambiental”
Orientador: Prof. Dr. Antenor Rodrigues Barbosa Júnior
Ouro Preto, MG
2008
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2
Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br
O48a Oliveira, Frederico Moyle Baeta de.
Aproveitamento de água de chuva para fins não potáveis no Campus
da Universidade Federal de Ouro Preto – Ouro Preto, Minas Gerais.
[manuscrito] / Frederico Moyle Baeta de Oliveira - 2008.
xv, 97f. : il., color; graf.; tabs.; mapas.
Orientador: Prof. Dr. Antenor Rodrigues Barbosa Júnior.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto.
Mestrado em Engenharia Ambiental.
Área de concentração: Recursos hídricos.
1. Chuvas - Teses. 2. Água - Qualidade - Teses. 3. Irrigação - Teses.
4. Reservatórios - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto.
II. Título.
CDU: 628.111(815.1)
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4
Agradecimentos
Aos meus pais, toda a minha família e amigos, pela força e apoio incondicionais.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Antenor Rodrigues Barbosa Júnior, pela orientação, pelos
conselhos e pela paciência.
A minha prima Júlia Moreira Soares de Oliveira, pela colaboração essencial para a
realização deste trabalho.
A Prof. Dr. Maria Célia da Silva Lanna, pelo apoio e incentivo, e a todos os funcionários
do Laboratório de Microbiologia do ICEB, por toda ajuda durante a realização deste
trabalho.
A Universidade Federal de Ouro Preto, pela concessão de bolsa de mestrado.
A todos os professores e funcionários da Universidade Federal de Ouro Preto que
contribuíram para a realização deste trabalho.
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5
SUMÁRIO
Folha de aprovação .............................................................................................................3
Agradecimentos ..................................................................................................................4
Sumário ...............................................................................................................................5
Lista de Figuras .................................................................................................................9
Lista de Tabelas .................................................................................................................12
Lista de Equações .............................................................................................................15
Resumo ..............................................................................................................................16
Abstract...............................................................................................................................17
1-Introdução........................................................................................................................18
2-Objetivos .........................................................................................................................22
3-Aproveitamento de Água de Chuva .............................................................................23
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6
3.1-Histórico ........................................................................................................................23
3.2-Conceitos e aplicações...................................................................................................26
3.3-Sistemas de captação e aproveitamento de água de chuva ...........................................33
3.3.1-Sistemas tradicionais ...........................................................................................33
3.3.2-Sistemas de captação de água de chuva “in situ” ................................................39
3.4-Qualidade da água de chuva ..........................................................................................43
4-Metodologia ....................................................................................................................46
5-Estudo de caso 1: uso de água de chuva em irrigação de gramado ...........................56
5.1-Caracterização da área de estudo ..................................................................................56
5.2-Avaliação da qualidade da água de chuva ....................................................................58
5.3-Previsão do volume de água de chuva ..........................................................................61
5.3.1-Determinação das precipitações mensais médias e totais anuais na região de Ouro
Preto-MG .......................................................................................................................61
5.3.2-Volume de água de chuva aproveitável ................................................................63
5.4-Previsão do consumo de água no gramado ...................................................................66
5.4.1-Determinação da evapotranspiração de referência (ETo) para a região de Ouro
Preto-MG .............................................................................................................................66
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7
5.4.2-Determinação da evapotranspiração de cultura (ETc) para o
gramado................................................................................................................................80
5.4.3-Conclusões............................................................................................................82
5.5-Dimensionamento do reservatório para captação de água de chuva .............................83
5.5.1-Diagrama de Rippl para precipitações mensais médias .........................................85
5.5.2-Diagrama de Rippl para ano com menor precipitação total anual .........................87
5.5.3-Diagrama de Rippl para ano com maior período de estiagem ...............................89
5.6-Discussões .....................................................................................................................74
6-Estudo de caso 2: Uso de água de chuva para fins não potáveis em instalações
prediais ...............................................................................................................................96
6.1-Caracterização da área de estudo ..................................................................................96
6.2-Previsão do volume de água de chuva ..........................................................................99
6.3-Previsão do consumo não potável de água...................................................................101
6.4-Dimensionamento dos reservatórios para captação de água de chuva ........................104
6.4.1-Prédio do DEMET ...............................................................................................105
6.4.2-Prédio do DECAT/DEPRO ..................................................................................106
6.4.3-Prédio do DECIV .................................................................................................107
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8
6.5-Discussões ...................................................................................................................108
7-Conclusões e recomendações .......................................................................................109
Referências bibliográficas................................................................................................111
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9
Lista de Figuras
Figura 3.1 - Pedra Moabita
Figura 3.2 - Fortaleza de Massada, Israel
Figura 3.3 - Fortaleza dos Templários, Portugal
Figura 3.4 - Cisterna do tipo calçadão
Figura 3.5 - Projeto de captação de água de chuva denominado “1-2-1”
Figura 3.6 - Sistema de aproveitamento de água de chuva
Figura 3.7 - Filtro para água de chuva
Figura 3.8 - Exemplo de mecanismo separador das primeiras águas de chuva
Figura 3.9 - Cisterna de polietileno disponível comercialmente
Figura 3.10 - Cisterna utilizada no nordeste brasileiro para armazenar água de chuva
Figura 3.11 - Sistema de captação de água de chuva do tipo total flow
Figura 3.12 - Sistema de captação de água de chuva do tipo diverter
Figura 3.13 - Representação do sistema de captação de água de chuva in situ com sulcos
barrados
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10
Figura 3.14 - Representação do sistema de captação de água de chuva in situ com
camalhões
Figura 3.15 - Representação da utilização de barragens subterrâneas
Figura 4.1 - Recipiente coletor de água de chuva instalado no ICEB/UFOP
Figura 4.2 - Mapa de temperaturas médias anuais no Brasil, no período de 1931 a 1990
Figura 5.1 - Vista parcial do ginásio poliesportivo/UFOP
Figura 5.2 - Vista parcial do gramado do campo de futebol/UFOP
Figura 5.3 - Panorama geral do Centro Desportivo/UFOP
Figura 5.4 - Precipitações mensais médias na região de estudo no período de 1982 a 2004
Figura 5.5 - Precipitações totais anuais na região de estudo no período de 1982 a 2004
Figura 5.6 - Variação anual média do volume aproveitável de água de chuva no telhado do
ginásio/CEDUFOP
Figura 5.7 - Mapa de evapotranspiração anual no Brasil, no período de 1931 a 1990
Figura 5.8 - Diagrama de Rippl para precipitações médias mensais
Figura 5.9 - Diagrama de Rippl para o ano com menor precipitação total anual/1990
Figura 5.10 - Diagrama de Rippl para o ano com maior estiagem/1999
Figura 5.11 – Área sugerida para a construção do reservatório
Figura 5.12 - Representação esquemática de um aspersor rotativo
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11
Figura 6.1-Vista parcial do prédio do Laboratório do Departamento de Engenharia
Metalúrgica e de Materiais (DEMET)
Figura 6.2 - Vista parcial do prédio dos Laboratórios dos Departamentos de Engenharia de
Controle e Automação de Engenharia de Produção (DECAT/DEPRO)
Figura 6.3 - Vista parcial do prédio do Laboratório do Departamento de Engenharia Civil
(DECIV)
Figura 6.4 - Variação anual média dos volumes aproveitáveis de água de chuva para os
prédios do DEMET, DECIV e DECAT/DEPRO
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12
Lista de Tabelas
Tabela 4.1 - Relação entre teores de sólidos dissolvidos e valores de condutividade
Tabela 4.2 - Dados da estação pluviométrica de Saramenha
Tabela 5.1 - Informações sobre a área de estudo
Tabela 5.2 - Resultados das análises dos parâmetros de qualidade de água
Tabela 5.3 - Comparação entre os valores médios obtidos e os valores padronizados para
os parâmetros analisados
Tabela 5.4 - Precipitações mensais, mensais médias e totais anuais observadas na estação
pluviométrica de Saramenha, em Ouro Preto, no período de 1982 a 2004 (valores em mm)
Tabela 5.5 - Coeficientes de runoff adotados em alguns países
Tabela 5.6 - Coeficientes de runoff médios (C), segundo HOFKES e FRASIER (1996)
Tabela 5.7 - Coeficientes de runoff médios (C), segundo WILKEN (1978)
Tabela 5.8 - Volumes médios mensais e anual aproveitáveis de água de chuva
Tabela 5.9 - Dados climáticos de entrada dos métodos de estimativa da ETo
Tabela 5.10 - Dia Juliano
Tabela 5.11 - Valores mensais da distância relativa da Terra ao Sol
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13
Tabela 5.12 - Valores mensais de declinação solar
Tabela 5.13 - Valores mensais de ângulo da hora do pôr do Sol
Tabela 5.14 - Número de horas de dia
Tabela 5.15 - Razão de insolação (n / N)
Tabela 5.16 - Valores mensais de radiação extraterrestre
Tabela 5.17 - Valores mensais de radiação útil de curto comprimento
Tabela 5.18 - Evapotranspiração de referência ETo por Turc, 1961
Tabela 5.19 - Evapotranspiração de referência ETo por Romanenko, 1961
Tabela 5.20 - Resumo dos valores de ETo por Turc e Romanenko, e valor médio entre eles
Tabela 5.21 – Valores genéricos de Kc conforme o consumo
Tabela 5.22 – Valores específicos de Kc conforme o consumo
Tabela 5.23 - Valores de evapotranspiração da cultura (ETc)
Tabela 5.24 - Diferença entre precipitação e evapotranspiração da cultura mensais
Tabela 5.25 - Dados para a construção do digrama de massas de Rippl/Precipitações
mensais médias
Tabela 5.26 - Dados para a construção do digrama de massas de Rippl/Ano com menor
precipitação total anual (1990)
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14
Tabela 5.27 - Dados para a construção do diagrama de massas de Rippl/Ano com maior
estiagem (1999)
Tabela 5.28 - Volumes mensais e anuais aproveitáveis/Anos de 1990 e 1999
Tabela 5.29 - Tabelas de desempenho do aspersor da marca Sempre Verde 360º
Tabela 6.1 - Dados dos prédios dos Laboratórios da Escola de Minas
Tabela 6.2 - Volumes de chuva aproveitáveis dos prédios do DEMET e do DECIV
Tabela 6.3 - Volumes de chuva aproveitáveis do prédio do DECAT/DEPRO
Tabela 6.4 - Consumo específico de água em bacias sanitárias e irrigação de gramados
Tabela 6.5 - Número de pessoas que diariamente utilizam os prédios dos Laboratórios da
Escola de Minas
Tabela 6.6 - Consumo não potável de água nos prédios dos Laboratórios da Escola de
Minas
Tabela 6.7 - Método de Rippl para dimensionamento do reservatório para o prédio do
DEMET
Tabela 6.8 - Método de Rippl para dimensionamento do reservatório para o prédio do
DECAT/DEPRO
Tabela 6.9 - Método de Rippl para dimensionamento do reservatório para o prédio do
DECIV
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15
Lista de Equações
Equação 5.1 - Volume de chuva aproveitável
Equação 5.2 - Método de Turc para umidade relativa do ar menor que 50%
Equação 5.3 - Método de Turc para umidade relativa do ar maior que 50%
Equação 5.4 - Distância relativa da Terra ao Sol
Equação 5.5 - Declinação solar
Equação 5.6 - Ângulo da hora do pôr do Sol
Equação 5.7 - Conversão de graus para radianos
Equação 5.8 - Número de horas de dia
Equação 5.9 - Radiação extraterrestre
Equação 5.10 - Radiação útil de curto comprimento
Equação 5.11 - Método de Romanenko
Equação 5.12 - Evapotranspiração de cultura
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16
Resumo
A captação de água de chuva é uma técnica milenar, usada em diversos países,
podendo ser uma importante estratégia para promover a economia de água e contornar
problemas de escassez.
Este trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade do aproveitamento de água
de chuva para fins não potáveis no Campus da Universidade Federal de Ouro Preto
(UFOP), em Ouro Preto, Minas Gerais.
A precipitação anual média na região de Ouro Preto foi estimada em 1649
milímetros por ano. Análises da qualidade da água de chuva mostraram que esta se
enquadra na classe de uso nº 1, definida pela Resolução CONAMA 357, de 2005, sendo
própria aos usos previstos neste trabalho.
No primeiro estudo de caso, desenvolvido no Centro Desportivo da instituição, foi
considerada a utilização da água de chuva para a irrigação do gramado do campo de
futebol, com uma área de 7140 m
2
, utilizando-se como área de captação o telhado do
ginásio poliesportivo, com uma área útil de 3190 m
2
. Estimou-se ser possível captar
anualmente aproximadamente 4200 m
3
de água de chuva do telhado. A previsão do
consumo de água do gramado mostrou a necessidade de um suprimento de 760 m
3
de água,
em média, através da irrigação, entre os meses de maio e agosto. A dimensão do
reservatório para a água de chuva, obtida para uma situação crítica (ano da série histórica
de precipitações com maior período de estiagem), foi estimada em 1500 m
3
.
No segundo estudo de caso, desenvolvido nos laboratórios da Escola de Minas, foi
considerada a utilização da água de chuva para fins não potáveis (uso em descargas
sanitárias). Observou-se que os consumos de água não potável estimados nos prédios da
Engenharia Metalúrgica, das Engenharias de Produção e de Controle e Automação e da
Engenharia Civil representam, respectivamente, 44%, 89% e 41% dos volumes médios de
água de chuva possíveis de serem captados dos respectivos telhados. Os volumes dos
respectivos reservatórios, necessários à regularização da demanda, também obtidos para
uma situação crítica, foram estimados em 335, 238 e 305 m
3
.
Ambos os estudos de caso sugerem que a técnica de captação e aproveitamento de
água de chuva é eficiente em termos qualitativos e quantitativos.
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17
Abstract
The rainwater harvesting is a milenar technique, used in several countries, showing
to be an important strategy to promote water saving and to mitigate water shortage
problems.
This work had as purpose to evaluate the rainwater harvesting viability of for non
potable uses at the Federal University of Ouro Preto, in Ouro Preto, Minas Gerais.
The average annual rainfall in the area was estimated in 1649 milimeters. The
analysis of the rainwater quality showed that it follows the number 1 class of use, defined
by the CONAMA 357 Resolution, being proper to the uses forseen in this work.
In the first study of case, developed at the institution’s Sports Center, it was
considered the use of the rainwater for irrigation of the football pitch, with a 7140 m
2
area,
using as catchment area the gym’s roof, with a 3190 m
2
area. It was estimated that is
possible to harvest closely to 4200 m
3
per year of rainwater from the roof. The forecast of
the lawn’s water consumption showed the need of a 760 m
3
water suplly through irrigation,
between the months of May and August. The capacity of the storage tank for the rainwater,
calculated for a critical situation (year of the rainfall data with the longest drought period),
was estimated in 1500m
3
.
In the second study of case, developed at the laboratories of the Escola de Minas, it
was considered the use of rainwater for non potable uses (toilet flushing). It was observed
that the non potable water consumptions in the buildings of the Metallurgyc Engineering,
the Production Engineering and Control and Automation Engineering and the Civil
Engineering represent, respectively, 44%, 89% and 41% of the rainwater volumes that are
possible to being harvested from the respective roofs. The respective storage tanks, needed
to supply the water needs, also calculated for a critical situation, were estimated in 335,
238 and 305 m
3
.
Both studies of case suggest that the rainwater catchment technique is efficient in
terms of quality and quantity.
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18
1
INTRODUÇÃO
A água exerce notável influência sobre todas as formas de vida existentes no
planeta. Sem ela, seria impossível estabelecer as condições necessárias para a existência
das espécies, bem como garantir as condições essenciais à manutenção da vida humana. É
inquestionável a utilidade da água para o homem. Sua presença é fator determinante para a
melhoria de seu bem-estar e o desenvolvimento de suas atividades.
No entanto, embora dois terços da superfície do planeta sejam formados por esse
composto químico, a água potável é, na realidade, um recurso escasso. A quantidade de
água doce na natureza é limitada a um percentual muito baixo em relação ao total existente
no globo.
A problemática da água se agrava à medida que se constatam demandas cada vez
maiores, com limitado suprimento. O crescimento econômico desordenado, a ocupação
não apropriada do solo, a expansão industrial e as atividades agrícolas têm contribuído para
tornar a disponibilidade hídrica em certas bacias hidrográficas incompatível com as
demandas nas suas múltiplas modalidades de uso. Ademais, o descarte de esgotamentos
sanitários e efluentes industriais sem nenhum tratamento, aliados à disposição inapropriada
dos resíduos sólidos urbanos e industriais, têm contribuído para degradar a qualidade das
águas. Não raro são os casos de racionamento de água devido, principalmente, ao
crescimento indisciplinado de certas regiões e à essencialidade da água em termos de
serviços e necessidades sociais. Nesse sentido, começa a haver uma preocupação crescente
com o futuro dos recursos hídricos, uma vez que a água vem se tornando um bem cada vez
mais escasso (FERNANDEZ e GARRIDO, 2002).
Nas regiões áridas e semi-áridas, a água tornou-se um fator limitante para o
desenvolvimento urbano, industrial e agrícola. Planejadores e entidades gestoras de
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19
recursos hídricos procuram continuamente novas fontes de recursos hídricos para
complementar a pequena disponibilidade hídrica ainda disponível.
Entretanto, o fenômeno da escassez não é atributo exclusivo das regiões áridas de
uma grande parte de países e das regiões semi-áridas. Muitas áreas com taxas de
precipitações anuais significativas, mas insuficientes para gerar vazões capazes de atender
a demandas excessivamente elevadas, também experimentam conflitos de usos e sofrem
restrições de consumo que afetam o desenvolvimento econômico e a qualidade de vida
(MANCUSO et al, 2003).
Atualmente, a agricultura depende do suprimento de água em um nível tal que a
sustentabilidade da produção de alimentos não poderá ser mantida sem que critérios
inovadores de gestão sejam estabelecidos e implementados a curto prazo. Essa condição é
fundamentada no fato de que o aumento da produção agrícola não pode mais ser efetuado
por meio da mera expansão de terras cultivadas. Com poucas exceções, em contexto
mundial, a terra arável se aproxima muito rapidamente de seus limites de expansão. Ante
os problemas econômicos, sociais e ambientais associados ao desenvolvimento de novas
áreas, a irrigação passou a constituir elemento prioritário para o aumento da produtividade
agrícola (MANCUSO et al, 2003).
De acordo com os dados do Banco Mundial (2000), a agricultura brasileira
consome cerca de 61%, a indústria 18% e o uso doméstico 21% da água doce utilizada no
país. Destaca-se, ainda, que o consumo de água por habitante duplicou nos últimos 40 anos
(GUILHERME e MATTOS, 2005).
Nas áreas urbanas, a demanda em ritmo crescente vem sendo sistematicamente
reprimida, não só pela redução da disponibilidade específica (pressionada pelo crescimento
populacional e pela expansão industrial), como também pela degradação sistemática dos
mananciais, ainda passíveis de serem utilizados para usos mais restritivos (MANCUSO et
al, 2003).
Essas condições têm levado à busca incessante de recursos hídricos
complementares de bacias vizinhas, que trazem, como conseqüência direta, aumentos
consideráveis de custos, além dos evidentes problemas legais e político-institucionais
associados (MANCUSO et al, 2003).
Torna-se evidente que a reversão desse cenário crítico, em termos de suprimento de
água, não poderá ser administrada meramente pela atenuação dos conflitos de uso, de
estabelecimento de prioridades ou de mecanismos de controle de oferta, tais como os de
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20
outorga e cobrança. Outros mecanismos de gestão deverão ser implantados para se
estabelecer o equilíbrio entre oferta e demanda de água (MANCUSO et al, 2003).
Nessas condições, o conceito de “substituição de fontes” mostra-se como uma
alternativa plausível para satisfazer as demandas menos restritivas, liberando as águas de
melhor qualidade para usos mais nobres, como o abastecimento doméstico.
Em 1958, o Conselho Econômico e Social das Nações Unidas estabeleceu uma
política de gestão para áreas carentes de recursos hídricos que suporta esse conceito: “a não
ser que exista grande disponibilidade, nenhuma água de boa qualidade deve ser utilizada
para usos que toleram águas de qualidade inferior.” (MANCUSO et al, 2003).
As águas de qualidade inferior, tais como esgotos, particularmente os de origem
doméstica, águas de chuva, águas de drenagem agrícola e águas salobras, devem, sempre
que possível, ser consideradas como fontes alternativas para usos menos restritivos. O uso
de tecnologias apropriadas para o desenvolvimento dessas fontes constitui, hoje, em
conjunção com a melhoria da eficiência do uso e controle da demanda, a estratégia básica
para a solução do problema da falta universal de água (MANCUSO et al, 2003).
Uma nova conceituação vem se afirmando pela importância do reuso na atual
gestão da água: a de que a água de reuso é um novo tipo de recurso hídrico. Dentre os
objetivos do reuso de água para fins benéficos, encontra-se o uso racional e eficiente da
água. Assim, não é mais admissível nos meios técnicos, científicos e políticos dissociar a
gestão sustentável dos recursos hídricos do reuso de água (SILVA et al, 2003).
Dentre as possíveis finalidades para se utilizar a técnica do reuso de água estão:
Ø Irrigação;
Ø Reserva de proteção contra incêndios;
Ø Paisagismo;
Ø Descargas sanitárias em banheiros públicos e em edifícios comerciais e
industriais;
Ø Lavagem de automóveis;
Ø Usos industriais.
Porém, a maior dificuldade para definir reuso de água é saber o momento a partir
do qual se admite que ele está sendo feito.
De acordo com a definição apresentada por SILVA et al (2003), o reuso de água é o
aproveitamento de águas previamente utilizadas – uma ou mais vezes – em alguma
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21
atividade humana, para suprir necessidades de outros usos benéficos, inclusive o original.
Pode ser direto ou indireto, bem como decorrer de ações planejadas ou não.
Sendo assim, percebe-se que o termo “reuso” é mais adequado ao aproveitamento
de águas residuárias, como esgotos domésticos ou provenientes de atividades em que a
água é utilizada para um fim específico, como, por exemplo, fins industriais. Além disso,
está vinculada a esse conceito a idéia de que esta água residuária precise passar por algum
tipo de tratamento para poder ser reutilizada.
Quando se trata de águas pluviais, o termo “reuso” é muitas vezes aplicado por
causa do conceito de que essas águas são residuárias, não por já terem sido utilizadas em
atividades humanas, mas porque não teriam mais utilidade ao atingir e escoar pela
superfície, incorporando a si diversos resíduos e contaminantes.
No entanto, a contaminação das águas pluviais é bem menor do que a sofrida pelas
águas provenientes de atividades humanas. Estudos e experiências com a utilização de
águas de chuva mostram que, devido a suas características, o termo mais correto para essa
prática seria o “aproveitamento”, ou mesmo simplesmente “uso”.
O aproveitamento de água de chuva é uma prática milenar, utilizada no mundo
todo. Além de servir como fonte de água para abastecer pessoas que vivem em áreas áridas
e semi-áridas, inclusive para uso potável, a técnica tem se difundido e se consolidado como
uma forma de amenizar os diversos problemas sociais e ambientais que o aumento da
demanda e a falta de medidas de controle da poluição e de gestão ambiental causam em
áreas urbanas e rurais.
O presente trabalho mostra dois estudos de caso sobre aproveitamento de água de
chuva no Campus da Universidade Federal de Ouro Preto, em Ouro Preto, Minas Gerais.
No Capítulo 2 são apresentados os objetivos do trabalho.
O Capítulo 3 traz uma revisão bibliográfica sobre a técnica de aproveitamento de
água de chuva.
No Capítulo 4 é apresentada a metodologia utilizada na realização do trabalho.
O Capítulo 5 mostra um estudo de caso, no qual é previsto o aproveitamento de
água de chuva para irrigação de gramado. O Capítulo 6 mostra um estudo de caso sobre
utilização de água de chuva em instalações prediais hidrossanitárias.
No Capítulo 7 são apresentadas as conclusões obtidas com a realização do trabalho
e recomendações.
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22
2
OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho é historiar brevemente e apresentar o estado da arte do
uso da água de chuva, além de avaliar, qualitativa e quantitativamente, a viabilidade de seu
aproveitamento para fins não potáveis no Campus da Universidade Federal de Ouro Preto,
em Ouro Preto, Minas Gerais, por meio de dois estudos de caso:
Ø Estudo de caso 1: uso de água de chuva na irrigação de gramado
Ø Estudo de caso 2: uso da água de chuva para fins não potáveis em
instalações prediais hidrossanitárias
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23
3
APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA
3.1 - Histórico
A coleta de água de chuva tem sido uma técnica popular em muitas partes do
mundo, especialmente em regiões áridas e semi-áridas. A coleta de água de chuva foi
inventada independentemente em diversas partes do mundo e em diferentes continentes há
milhares de anos. Foi usada e difundida especialmente em regiões semi-áridas onde as
chuvas ocorrem somente durante poucos meses e em locais diferentes.Uma das inscrições
mais antigas do mundo é a conhecida Pedra Moabita (Figura 3.1), encontrada no Oriente
Médio, datada de 850 a.C. Nela, o rei Mesha dos Moabitas sugere que seja feito um
reservatório em cada casa para aproveitamento de água de chuva (GNADLINGER, 2000).
Figura 3.1 - Pedra Moabita
Fonte: www.pt.wikimedia.org
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24
No palácio de Knossos, na Ilha de Creta, aproximadamente em 2000 a.C., era
aproveitada água de chuva para descargas em bacias sanitárias.
Em 2750 a. C., na Mesopotâmia, utilizava-se água de chuva.
Foram descobertos em 1885, em Roma, doze reservatórios subterrâneos com
entrada superior. Cada unidade tinha uma capacidade de 98 m
3
, utilizados para
abastecimento público (TOMAZ, 2003).
No Planalto de Loess da China (Província Gansu) já existiam cacimbas e tanques
para água de chuva há dois mil anos.
A famosa fortaleza de Massada (Figura 3.2), em Israel, tem dez reservatórios
cavados nas rochas com capacidade total de 40 milhões de litros (GNADLINGER, 2000).
Figura 3.2 - Fortaleza de Massada, Israel
Fonte: www.pt.wikimedia.org
Sistemas de aproveitamento de água de chuva também são encontrados nas
civilizações pré-colombianas. O México como um todo é rico em antigas e tradicionais
tecnologias de coleta de água de chuva, datadas da época dos Aztecas e Maias. Ao sul da
cidade de Oxkutzcab, ao pé do Monte Puuc, ainda hoje pode-se ver as realizações dos
Maias. No século X, existia ali uma agricultura baseada na coleta de água de chuva. As
pessoas viviam nas encostas e sua água potável era fornecida por cisternas com capacidade
de 20 mil a 45 mil litros. Essas cisternas tinham um diâmetro de aproximadamente 5
metros e eram escavadas no subsolo calcário, revestidas com reboco impermeável. Acima
delas havia uma área de captação de 100 a 200 m
2
. Nos vales usavam-se outros sistemas de
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25
captação de água de chuva, como Aguadas (reservatórios de água de chuva cavados
artificialmente com capacidade de 10 a 150 milhões de litros) e Aquaditas (pequenos
reservatórios artificiais para 100 a 50 mil litros) (GNADLINGER, 2000).
Na cidade de Tomar, Portugal, na grande fortaleza e convento dos Templários
(Figura 3.3), cuja construção teve início em 1160, existem dois reservatórios para
aproveitamento de água de chuva, sendo um com 215 m
3
e outro com 145 m
3
(TOMAZ,
2003).
Figura 3.3 - Fortaleza dos Templários, Portugal
Fonte: TOMAZ, 2003
O progresso técnico dos séculos XIX e XX ocorreu principalmente nos assim
chamados países desenvolvidos, em zonas climáticas moderadas e mais úmidas, sem
necessidade de captação de água de chuva. Como conseqüência da colonização, práticas de
agricultura de zonas climáticas moderadas foram implantadas em zonas climáticas mais
secas. Além disso, houve uma ênfase na construção de grandes barragens, no
desenvolvimento do aproveitamento de águas subterrâneas, e em projetos de irrigação
encanada com altos índices de uso de energia fóssil e elétrica; essas são algumas razões
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26
porque as tecnologias de coleta de água de chuva foram postas de lado ou completamente
esquecidas (GNADLINGER, 2000).
3.2 - Conceitos e aplicações
O manejo das águas pluviais, historicamente representado por galerias pluviais,
canais e áreas de retenção, vem, nas últimas duas décadas, recebendo em muitos países do
mundo a complementação por medidas como captação direta dos telhados, retenção
temporária, aproveitamento e reinjeção no subsolo da chuva (KITAMURA, 2004).
Segundo MAY (2004), técnicas baseadas em práticas antigas e tradicionais, com
uso de materiais modernos ou novas tecnologias, são chamadas de “técnicas de gestão de
águas de chuva”, sendo as seguintes as mais representativas:
• Redução da evaporação
• Coleta de água de chuva
• Coleta de água de escoamento superficial
• Recarga artificial de aqüíferos subterrâneos
• Conservação da umidade em solos
• Previsão de água de chuva para a agricultura.
A captação e o aproveitamento de água de chuva podem ser feitos visando dois
objetivos diferentes:
• Contenção de excesso de água e escoamento superficial;
• Suprimento da demanda de água para diferentes fins.
A urbanização trouxe mudanças no ciclo hidrológico nas áreas urbanas. O
aumento das áreas impermeabilizadas fez com que as áreas urbanas perdessem as funções
de infiltração e armazenagem da água da chuva.
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27
A utilização da água da chuva é considerada uma importante medida de controle
contra a falta e o excesso de água, sendo bastante eficiente no controle do escoamento
superficial e restauração do ciclo hidrológico em áreas urbanas (ZAIZEN et al, 1999).
Segundo FENDRICH e OLIYNIK (2002), além da coleta de águas pluviais
promover a redução das enchentes, sua infiltração no solo pode trazer melhorias
ambientais, garantindo suprimento de água no lençol freático e mantendo vazões
adequadas nos rios em períodos de seca, colaborando para a diminuição da poluição
hídrica e aumentando seu poder de autodepuração.
A água de chuva captada e armazenada poder ser utilizada para vários fins, tais
como
• irrigação,
• uso em descargas sanitárias,
• lavagem de pátios e automóveis,
• ornamentação,
• usos industriais, entre outros.
Com a captação de água de chuva, em pequena ou grande escala, pode-se reduzir
significantemente a demanda de água superficial ou subterrânea para irrigação. Segundo
BRUNET (2001), aproximadamente 40% da água utilizada em áreas urbanas são
destinados à irrigação.
O custo baixíssimo da água nas cidades, pelo menos para residências, inviabiliza
qualquer aproveitamento econômico da água de chuva para beber. Já para as indústrias,
para as quais a água é bem mais cara, é usualmente viável esse uso (NOGUEIRA, 2007).
Nas indústrias e estabelecimentos comerciais, a água de chuva pode ser utilizada para
resfriamento de telhados e máquinas, climatização interna, lavanderia industrial e limpeza
industrial.
Esta utilização é especialmente indicada para o ambiente rural, chácaras,
condomínios e indústrias. Sistemas completos de captação de água de chuva, capazes de
prover água de acordo com a demanda total para uso doméstico, são encontrados
principalmente em zonas rurais, por causa do tamanho e da área requerida para a
construção dos reservatórios (BRUNET, 2001).
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28
Segundo BAÚ (1991) apud MAY (2004), a utilização de água de chuva torna-se
atraente nos seguintes casos:
• Áreas de precipitação elevada;
• Áreas com escassez de abastecimento;
• Áreas com alto custo de extração de água subterrânea;
• Áreas com distribuição muito irregular das chuvas, com grandes períodos de
estiagem.
Os principais benefícios da coleta e aproveitamento de água de chuva são:
• Economia de água proveniente dos sistemas de tratamento e distribuição destinada
a usos não potáveis ou menos exigentes;
• Controle do escoamento superficial;
• Prevenção de enchentes;
• Conservação da água;
• Disponibilização da água para usos diversos em regiões com escassez de água.
Os propósitos, conhecimentos e tecnologias das técnicas de aproveitamento de
água de chuva variam de país para país. Mais do que as razões operacionais, o maior
obstáculo ao uso disseminado dessas técnicas está relacionado com a falta de um
gerenciamento eficiente da água.
Segundo a Organization of American States (1997) apud MAY (2004), na
América do Sul e no Caribe os maiores problemas enfrentados para implementar as
técnicas de gestão de águas de chuva são:
• Dificuldade de difusão de informação sobre as técnicas aplicadas com sucesso;
• Falta de conhecimento da existência e importância dessas técnicas nos vários níveis
de participação pública e tomada de decisões;
• Limitações econômicas;
• Ausência de coordenação interinstitucional e multidisciplinar;
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29
• Ausência de legislação adequada;
• Incapacidade de avaliar de forma apropriada o impacto da introdução de
tecnologias alternativas nas situações já existentes.
Segundo PALMIER (2003), apud VIEIRA e COIADO (2005), as técnicas de
captação de água de chuva ainda não são aplicadas de forma sistemática no Brasil, e são
estes os erros freqüentes nesse tipo de projeto:
• Falta de uma legislação adequada, para o uso de tais técnicas de captação de água
de chuva;
• Incompatibilidade das técnicas de captação de água de chuva com as estratégias
tradicionais de produção de alimento. Algumas tecnologias podem não ser
apropriadas para algumas regiões. Em alguns casos tais projetos requerem mão-de-
obra intensiva para construção e manutenção e dependem do uso de máquinas
pesadas, geralmente não disponíveis em etapas posteriores do projeto;
• A falta de treinamento de mão-de-obra rural em atividades relacionadas ao projeto,
construção e manutenção pode tornar os usuários dependentes de técnicos e
incapazes de compreender os parâmetros técnicos dos projetos - por exemplo,
intensidade de chuvas, coeficientes de escoamento superficial, etc.
No entanto, apesar das dificuldades, algumas iniciativas na área do
aproveitamento de chuva estão sendo adotadas no Brasil, principalmente no Semi-árido
nordestino.
No estado de Pernambuco, uma tecnologia desenvolvida pela Diaconia
(instituição religiosa) capta água da chuva no nível do solo e a conduz à cisterna tipo
“calçadão” (Figura 3.4), onde, devidamente tratada, é consumida nos meses secos. Essa
solução simples vem aprimorando e aperfeiçoando a captação de água no atendimento às
famílias mais pobres, que não dispõem em suas casas de telhado com o tamanho
recomendado para satisfazer as necessidades básicas de uma família.
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30
Seu principal objetivo é prover as famílias mais pobres das áreas rurais de
segurança hídrica para beber, cozinhar e higiene do corpo (com exceção do banho),
durante o verão e os períodos de seca. O Ministério do Desenvolvimento Agrário instalou
essas cisternas em 13 municípios do sertão pernambucano. O custo de cada uma é de R$
1.400 (VIEIRA e COIADO, 2005).
Figura 3.4 - Cisterna do tipo calçadão
Fonte: VIEIRA E COIADO, 2005
A ASA, Articulação no Semi-Árido Brasileiro, que é um fórum de organizações
da sociedade civil do qual fazem parte mais de 700 entidades dos mais diversos segmentos,
como igrejas católicas e evangélicas, ONG`s de desenvolvimento e ambientalistas,
associações de trabalhadores rurais e urbanos, associações comunitárias, sindicatos e
federações de trabalhadores rurais, iniciou, em julho de 2003, o Programa de Formação e
Mobilização Social para a Convivência com o Semi-Árido: um Milhão de Cisternas Rurais
- P1MC. O objetivo do P1MC é beneficiar cerca de 5 milhões de pessoas em toda região
semi-árida, com água potável para beber e cozinhar, através das cisternas de placas.
Cada cisterna tem capacidade de armazenar 16 mil litros de água. Essa água é
captada das chuvas, através de calhas instaladas nos telhados. As cisternas são construídas
por pedreiros das próprias localidades, formados e capacitados pelo P1MC, e pelas
próprias famílias, que executam os serviços gerais de escavação, aquisição e fornecimento
da areia e da água. Os pedreiros são remunerados e a contribuição das famílias nos
trabalhos de construção se caracteriza comO a contrapartida no processo. Se a água da
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31
cisterna for utilizada para beber, cozinhar e escovar os dentes, dura, aproximadamente,
oito meses.
Até abril de 2007, foram construídas 190.300 cisternas e 1.018 municípios
foram atendidos pelo programa (Fonte: www.asabrasil.org.br).
Outro país em desenvolvimento que apresenta um exemplo bem sucedido da
utilização da água de chuva é a Tailândia. Segundo FENDRICH e OLIYNIK (2002), não
há nenhum grande rio nas áreas agrícolas na região nordeste desse país. Recentemente,
uma organização não-governamental, a Associação de Desenvolvimento da População
(ADP), promoveu o desenvolvimento da área, por meio da instalação de reservatórios de
água pluviais. As atividades da ADP, que são financiadas pela Alemanha e pela Austrália,
permitiram a instalação de 12 milhões de reservatórios de águas pluviais na Tailândia.
No Quênia, a escassez de fontes de água potável faz com que, em certas regiões,
as populações precisem buscar água em locais distantes. O Plano de Auxílio, que é uma
ajuda internacional de organizações não-governamentais, fornece ajuda financeira às
famílias para a instalação de reservatórios de águas pluviais, a fim de reduzir o problema
do transporte de água (FENDRICH e OLIYNIK, 2002).
Em países desenvolvidos, as técnicas de uso de água de chuva são mais
disseminadas, principalmente devido a fatores econômicos. Alta demanda de água potável,
altos custos com tratamento e captação, problemas decorrentes da alta taxa de urbanização
e impermeabilização do solo fazem com que as práticas de coleta e aproveitamento de água
de chuva sejam medidas de gestão de recursos hídricos muito utilizadas em diversos
países, tais como Estados Unidos, Alemanha e Japão.
A Environmental Protection Agency (EPA) – Serviço de Proteção Ambiental
americano, aponta, nos Estados Unidos, a existência de mais de 200 mil reservatórios para
o aproveitamento de água de chuva. No estado da Califórnia, são oferecidos
financiamentos para a construção de sistemas de captação de água de chuva (TOMAZ,
2003).
Em muitas cidades da Alemanha, lençóis confinados são recursos hídricos
utilizados para o abastecimento de água. Neste país, a utilização de água de chuva
começou nos anos 80 do século XX, como medida para se conservar as águas subterrâneas
e garantir o suprimento de água (FENDRICH e OLIYNIK, 2002). Segundo HERRMANN
e SCHMIDA (1999), o mercado de produtos relacionados ao uso de água de chuva vem
crescendo em tamanho e importância econômica nos últimos anos no país. Durante a
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32
década de 90 do século XX, foram instalados mais de 100 mil modelos de reservatórios
comerciais para utilização de água de chuva.
Na cidade de Hamburgo é concedido gratuitamente cerca de 1.500 a 2.000
dólares a quem aproveitar água de chuva, obra que também servirá para conter picos de
enchentes (TOMAZ, 2003).
No Japão, segundo ZAIZEN et al (1999), desde 1985 é realizada a coleta da água
de chuva de domos de grandes estádios, como os das cidades de Tokyo, Nagoya e Fukuoka
para fins de aproveitamento e de contenção de picos de escoamento superficial.
A fim de evitar enchentes, o regulamento da área metropolitana de Tokyo obriga,
desde o ano de 1993, a instalação de reservatórios de detenção (piscinões) em áreas de
terreno maiores que 10 mil m
2
, ou quando o edifício tenha mais que 3 mil m
2
de área
construída (TOMAZ, 2003).
Na China, no Estado de Gansu, foi lançado pelo governo, em 1986, o Programa
Tecnológico de Pesquisa e Desenvolvimento, que incluiu também o uso e captação de água
de chuva para amenizar a escassez de água e deslanchar o desenvolvimento das áreas semi-
áridas do país. Com isso, surgiu um programa denominado “1-2-1” (Figura 3.5), que
visava o aproveitamento de água de chuva para fins potáveis e para irrigação em pequenas
propriedades rurais. Até o final de 2004, mais de dois milhões de tanques para armazenar
água de chuva foram construídos somente no Estado de Gansu (GNADLINGER, 2004).
Figura 3.5 - Projeto de captação de água de chuva denominado “1-2-1”
Fonte: GNADLINGER, 2004
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33
Segundo PNUMA (2001), apud MAY (2004), na Holanda a água de chuva é
coletada para evitar o transbordamento dos canais que rodeiam o país, situado abaixo do
nível do mar. A água armazenada é utilizada na irrigação de lavouras e abastecimento de
fontes ornamentais.
3.3 - Sistemas de captação e aproveitamento de água de chuva
3.3.1 - Sistemas tradicionais
Os sistemas tradicionais de captação e aproveitamento de água de chuva são
compostos, basicamente, por uma área de captação da água de chuva, que é dirigida a um
reservatório por meio de calhas e tubos condutores para então ser direcionada a sistemas de
distribuição. Antes de chegar ao reservatório, a água de chuva deve passar por um
mecanismo de limpeza para a remoção de impurezas. A água captada e armazenada com o
uso desses sistemas pode ter fins múltiplos, tais como utilização em residências, irrigação,
entre outros. A Figura 3.6 mostra, esquematicamente, um sistema de aproveitamento de
água de chuva em uma área urbana e seus respectivos fins.
Figura 3.6 - Sistema de aproveitamento de água de chuva
Fonte: www.aguadechuva.com
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34
A seguir são descritos os principais componentes de um sistema de captação e
aproveitamento de água de chuva:
Ø Área de captação
Geralmente são os telhados de casas, prédios ou indústrias. Podem ser telhas
cerâmicas, telhas de fibrocimento, telhas de zinco, galvanizadas, telhas de concreto
armado, telhas de plástico, telhado plano revestido com asfalto etc. O telhado pode ser
inclinado ou plano (TOMAZ, 2003).
Outras superfícies de captação podem ser ruas, calçadas e pátios.
Ø Calhas e condutores
Conduzem a água captada ao reservatório. Podem ser de PVC ou materiais
metálicos. Peneiras podem ser acopladas nas calhas, a fim de evitar o carreamento de
folhas ou materiais sólidos de maior porte que por ventura possam estar presentes na área
de captação.
Ø Mecanismos de limpeza da água
A água das primeiras chuvas “lava” os telhados ou pisos, carregando todo tipo de
impurezas, dissolvidas, suspensas, ou simplesmente arrastadas mecanicamente. Por isso,
antes de atingir o reservatório, a água deve passar por um mecanismo de limpeza. Esses
podem ser mecânicos ou automáticos.
Os mais utilizados são os filtros e os reservatórios de auto-limpeza (mecanismo
separador das primeiras águas de chuva). A Figura 3.7 mostra o esquema de um filtro
disponível comercialmente e a Figura 3.8 exemplifica um sistema separador das primeiras
águas de chuva.
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35
Figura 3.7 - Filtro para água de chuva
Fonte: www.bellacalha.com.br
Figura 3.8 - Exemplo de mecanismo separador das primeiras águas de chuva
Fonte: www.aguadechuva.com
Ø Reservatórios
Muitas vezes chamados de cisternas, têm como objetivo armazenar a água captada
para posterior utilização. Podem ser feitos de vários materiais, como concreto armado,
alvenaria, plástico, poliéster etc. Podem ser apoiados, enterrados ou elevados.
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36
Geralmente, o reservatório é a parte mais onerosa de um sistema de captação de
água de chuva, devido à área necessária à sua construção, para que possa armazenar
volumes significativos de água.
As Figuras 3.9 e 3.10 mostram, respectivamente, exemplos de dois tipos de
reservatórios: um disponível comercialmente no mercado, e outro mais simples, utilizado
na região Nordeste do Brasil.
Figura 3.9 - Cisterna de polietileno disponível comercialmente
Fonte: www.bellacalha.com.br
Figura 3.10 - Cisterna utilizada no nordeste brasileiro para armazenar água de chuva
Fonte: VIEIRA E COIADO, 2005
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37
Ø Extravasor
Deve ser instalado um extravasor (ladrão) no reservatório. O extravasor deve
possuir dispositivo para evitar a entrada de pequenos animais.
Ø Sistemas de distribuição da água
Têm como objetivo fornecer e disponibilizar a água armazenada para os diferentes
fins de aproveitamento. Podem ser: canais e sistemas de irrigação, canos, bombas,
torneiras, válvulas etc.
HERRMANN e SCHMIDA (1999) descrevem dois tipos de sistemas de captação
de água de chuva, mostrados, respectivamente, nas Figuras 3.11 e 3.12:
1) Tipo total flow (Figura 3.11): A água que escorre pelo telhado é limpa mecanicamente
por meio de um filtro ou uma peneira. O volume total de água que escorre pelo telhado é
armazenado em um reservatório após passar pelo filtro ou peneira. Quando o reservatório
se enche, o volume sobressalente é direcionado ao sistema de esgotos. É considerado o
sistema mais eficiente, pois toda a água captada chega ao reservatório.
2) Tipo diverter (Figura 3.12): Possui um sistema separador, logo após a calha, que desvia
uma certa fração do volume total captado do telhado para o sistema de esgotos. Esses
sistemas são típicos do período no qual o único objetivo do uso da água da chuva era
economizar água potável.
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3.3.2 - Sistemas de captação de água de chuva in situ
Os sistemas de captação de água de chuva in situ destinam-se ao aproveitamento da
água na agricultura, sendo muito utilizados no semi-árido brasileiro.
Esses sistemas consistem na modificação da superfície do solo, de maneira que o
terreno entre as fileiras de cultivo sirva de área de captação. Essa área apresenta uma
inclinação que intensificará a produção de escoamento, ao mesmo tempo em que o
conduzirá para a porção de solo explorada pelo sistema radicular da cultura (PORTO,
1999).
As principais vantagens dessa tecnologia são:
Ø a produção de escoamento por unidade de área é mais eficiente;
Ø não requer maquinário pesado para sua implementação;
Ø é de fácil construção no campo;
Ø os investimentos são baixos.
A capacidade de retenção de umidade do solo é fator extremamente importante para
o sucesso dessa tecnologia, pois de nada vale produzir um excedente de água, se este não
for absorvido pelo solo. Portanto, textura, estrutura, porosidade e profundidade do solo são
características indispensáveis no planejamento desse sistema (PORTO, 1999).
Por outro lado, a adição de alguns produtos na área explorada pelo sistema radicular
- tais como: adubo verde, esterco, resíduos de culturas e compostos - pode ser feita com a
finalidade de melhorar a capacidade de retenção de umidade do solo (PORTO, 1999).
A seguir são descritos alguns dos principais sistemas de captação de água de chuva
in situ utilizados no semi-árido brasileiro:
1) Sulcos barrados
O sistema de captação de água de chuva in situ com sulcos barrados, representado
na Figura 3.13, foi desenvolvido pela Embrapa Semi-Árido, e consiste de uma aração e
sulcamento do solo com 0,75 m de distância entre sulcos, seguidos da operação de
barramento, que consiste na confecção de pequenas barreiras dentro do sulco, com a
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40
finalidade de impedir o escoamento superficial da água de chuva O barramento dos sulcos
deve ser realizado antes da semeadura (ANJOS et al, 1999).
A principal vantagem do sistema é que o uso de barrador de sulcos pode ser
adaptado a diversos sistemas de cultivo, seja em regime de sequeiro ou sob irrigação, pois
o porte da cultura não interfere na utilização e desempenho do equipamento (ANJOS et al,
1999).
Ø C
a
m
a
l
h
õ
Figura 3.13 -Representação do sistema de captação de água de chuva in situ com sulcos barrados
Fonte: ANJOS et al (1999)
2) Camalhões inclinados ou sistema W
O sistema de captação de água de chuva in situ com camalhões inclinados ou W,
representado na Figura 3.14 consiste de uma aração, seguida de sulcamento da área de
captação de água e dos camalhões onde se faz o plantio, os quais são efetuados em uma só
operação. É uma técnica pouco conhecida que apresenta um grande potencial para ser
utilizada extensivamente no semi-árido brasileiro.
Para implantação dessa técnica, adaptam-se dois sulcadores, distanciados entre si de
0,75 m, por ser o espaçamento que mais se adapta ao trabalho efetuado com o chassi porta-
implementos com rodas (pneus), determinando, assim, o camalhão da área de plantio. A
inclinação da área de captação de água é feita alongando-se as asas externas dos
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41
sulcadores. Várias passagens sucessivas do equipamento no terreno dão origem ao sistema
de captação de água de chuva in situ de forma em “W” (ANJOS et al, 1999).
Figura 3.14 -Representação do sistema de captação de água de chuva in situ com camalhões inclinados
Fonte: ANJOS et al (1999)
3) Barragens subterrâneas
A barragem subterrânea nada mais é do que uma estrutura construída para deter o
fluxo horizontal de água subterrânea que ocorre no perfil do solo. Através do balanço
hídrico, se tem conhecimento do total de chuva que chega à superfície do solo. Parte
retorna para a atmosfera, através da evaporação direta ou pela transpiração das plantas,
parte escoa na superfície do solo, podendo ser armazenada superficialmente, e parte se
infiltra indo formar os lençóis freáticos.
O deslocamento da água, tanto na superfície como no interior do perfil do solo, se
dá por conta da formação de um gradiente hidráulico, e esse movimento pode se dar no
sentido horizontal, vertical ou em ambos. Portanto, o fundamento básico da barragem
subterrânea é a criação de um septo ou parede impermeável, transversal ao deslocamento
horizontal do fluxo (PORTO, 1999).
Este tipo de barragem só deve ser construída em terrenos de aluvião. Esse tipo de
solo é formado pela sedimentação das partículas sólidas que são transportadas pelos
escorrimentos superficiais durante o período de chuvas, constituindo camadas contínuas ou
bolsões de largura e espessura variáveis.
O septo impermeável é o principal componente da tecnologia. Para construí-lo,
abre-se uma valeta no aluvião apropriado, com largura suficiente para um homem entrar,
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42
ou da pá do equipamento utilizado. Essa valeta deve ter a profundidade limitada pela
camada impermeável do perfil do solo, que geralmente é a rocha matriz. Depois de aberta a
valeta, coloca-se uma lâmina de plástico na vertical, ou constrói-se uma parede de pedra ou
de argila bem compactada. A parede é construída no centro da valeta. No caso do septo
feito com plástico ou de pedra, ficam espaços entre o septo e a parede do perfil do solo.
Esse espaço deve ser preenchido com o material retirado da escavação. Ao nível da
superfície do solo, deve-se construir uma pequena parede, com 0,5 m de altura, para reter o
fluxo superficial (PORTO, 1999).
A Figura 3.15 exemplifica a aplicação da técnica de barragem subterrânea.
Figura 3.15 -Representação da utilização de barragens subterrâneas
Fonte: PORTO (1999)
Segundo PORTO (1999), desde 1996 essa tecnologia foi muito difundida no semi-
árido brasileiro. Só no estado de Pernambuco, foram construídas, no ano de 1999, mais de
200 barragens subterrâneas.
Parede
Rocha ou camada impermeável
Nível
freático
Superfície
do terreno
Área de captação
e de plantio
Septo
imperm.
Jusante Montante
CorteTransversal
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3.4 - Qualidade da água de chuva
A qualidade da água é resultante de fenômenos naturais e da atuação do homem.
Devido às suas propriedades de solvente e à sua capacidade de transportar partículas a água
incorpora a si diversas impurezas, as quais definem sua qualidade (SPERLING, 1996).
Não existe água pura na natureza, a não ser as moléculas de água presentes na
atmosfera na forma de vapor. Assim que ocorre a condensação, começam a ser dissolvidos
na água, por exemplo, os gases atmosféricos (BRAGA et al, 2005). Os diversos
componentes presentes na água, que alteram o seu grau de pureza, podem ser retratados em
termos de suas características físicas, químicas e biológicas. Estas características podem
ser traduzidas na forma de parâmetros de qualidade de água (SPERLING, 1996). As
principais características da água podem ser expressas como:
• Características físicas: associadas, em sua maior parte, aos sólidos presentes na
água.
• Características químicas: podem ser interpretadas por meio de uma das duas
classificações: matéria orgânica ou inorgânica.
• Características biológicas: os seres, vivos ou mortos, presentes na água. Geralmente
associadas aos microorganismos.
A qualidade da água da chuva pode ser encarada em quatro etapas (TOMAZ,
2003):
• Antes de atingir o solo;
• Após atingir e escorrer pelo telhado ou outra superfície coletora;
• Dentro do reservatório;
• No ponto de uso.
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44
A composição da água da chuva varia de acordo com a localização geográfica, as
condições meteorológicas (intensidade, duração e tipo de chuva, regime de ventos, estação
do ano etc), com a presença ou não de vegetação e também com a presença de carga
poluidora (TOMAZ, 2003).
Antes de atingir o solo, os principais elementos que podem estar presentes na água
de chuva são gases presentes na atmosfera, tais como dióxido de enxofre (SO
2
) e óxidos de
nitrogênio (NO
X
), provenientes de fontes de poluição atmosférica, e elementos tais como
sódio, potássio e cloro, nas proximidades dos oceanos e elementos de origem terrestre.
No entanto, após atingir e escoar pelo solo ou pela superfície coletora, a água da
chuva pode ser contaminada com matéria orgânica, sólidos e microorganismos, tendo sua
qualidade deteriorada. Alguns exemplos de contaminantes são: fezes de aves, poeiras,
folhas, revestimento do telhado, tintas etc (TOMAZ, 2003).
Outro fator que pode influenciar a qualidade da água da chuva é o material do qual
é feito o telhado. Segundo BRUNET (2001), do ponto de vista microbiológico, o material
ideal para a construção de telhados, para um melhor aproveitamento, é o metal, o qual se
aquece muito quando exposto ao sol, fazendo com que os patógenos não consigam
sobreviver. Segundo TERRY (2001), apud TOMAZ (2003), os melhores telhados quanto
ao aspecto bacteriológico são, na ordem:
Metálico > fibrocimento > plásticos > telhas cerâmicas
No entanto, segundo NOGUEIRA (2007), após o início da chuva, somente as
primeiras águas carreiam ácidos, microorganismos e outros poluentes atmosféricos, sendo
que normalmente após pouco tempo a mesma já adquire características de água destilada,
que pode ser coletada em reservatórios fechados. A maioria dos autores afirma que um
volume inicial correspondente aos primeiros 1 ou 2 milímetros de chuva deve ser
descartado. Esse volume inicial, ou first flush, concentra a maior carga de poluentes e
microorganismos.
Quando o reservatório é suficientemente grande, a primeira porção da chuva
corresponde a uma porcentagem tão pequena que não chega a representar perigo, devido à
diluição dos poluentes. Portanto, neste caso, não há necessidade de descarte de água.
Porém, em reservatórios de pequena capacidade, isso poderá representar um risco e a
primeira porção da chuva deve ser descartada (FENDRICH e OLIYNIK, 2002).
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45
Dentro do reservatório, a maior preocupação com a qualidade da água é relativa
aos sólidos e microorganismos que porventura tenham sido carregados com a água da
chuva. A chuva pode levar materiais pesados que estão no ar ou na superfície coletora, os
quais se depositarão no fundo do reservatório, onde se forma uma pequena camada de lama
(TOMAZ, 2003).
Os microorganismos provenientes do telhado e dos encanamentos se
desenvolverão no reservatório, podendo colocar em risco aqueles que usarem a água de
chuva para fins potáveis.
Alguns cuidados devem ser tomados, tais como evitar a entrada de luz solar no
reservatório devido ao crescimento de algas. A tampa deve ser hermeticamente fechada.
Pelo menos uma vez por ano deve ser feita uma limpeza no reservatório, removendo-se a
lama de fundo (TOMAZ, 2003).
Já nos pontos de uso, a exigência é que a água não forneça riscos de
contaminação. Segundo IWANAMI (1985), apud MAY (2004), é importante fazer o
planejamento da utilização do sistema de aproveitamento da água de chuva para verificar a
quantidade de água que poderá ser coletada e armazenada, para verificar a necessidade de
tratamento da água de chuva. Certamente é preciso que a água coletada seja devidamente
armazenada, limpa e que garanta uma qualidade compatível com os usos previstos.
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46
4
METODOLOGIA
O estudo de viabilidade do aproveitamento de água de chuva para fins não potáveis
na Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) foi realizado considerando-se duas
situações:
1. Uso da água de chuva na irrigação do gramado do campo de futebol do Centro
Desportivo da UFOP (CEDUFOP), utilizando-se como área de captação o telhado do
ginásio poliesportivo.
2. Uso da água de chuva em fins não potáveis nas instalações hidrosanitárias dos prédios
dos Laboratórios da Escola de Minas.
Os estudos foram realizados seguindo-se as seguintes etapas:
Ø Caracterização da área de estudo;
Ø Avaliação da qualidade da água de chuva;
Ø Previsão do volume de chuva;
Ø Previsão do consumo de água;
Ø Dimensionamento dos reservatórios.
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47
4.1 - Caracterização da área de estudo
A caracterização da área de estudo foi feita por meio de dados fornecidos pela
Prefeitura Universitária da Universidade Federal de Ouro Preto.
4.2 - Avaliação da qualidade da água de chuva
A avaliação da qualidade da água de chuva foi realizada por meio da coleta de
amostras de água de chuva e análises em laboratório de parâmetros de qualidade.
4.2.1 - Metodologia de coleta
As amostras da água de chuva foram coletadas do telhado do prédio do Instituto de
Ciências Exatas e Biológicas (ICEB), no Campus da Universidade Federal de Ouro Preto,
entre os meses de novembro de 2006 e fevereiro de 2007, com o uso de um recipiente
coletor, constituído de uma garrafa PET com capacidade de dois litros, um funil de plástico
e uma torneira de metal acoplada.
A Figura 4.1 mostra o coletor de água de chuva instalado no prédio do ICEB:
Figura 4.1 - Recipiente coletor de água de chuva instalado no ICEB/UFOP
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48
Com o objetivo de se coletar amostras representativas e de evitar sua contaminação,
os seguintes procedimentos foram adotados:
• O recipiente coletor foi disposto de forma a captar a água que escorre diretamente
do telhado por meio de um cano.
• O volume das amostras coletadas era de aproximadamente 500 ml.
• O coletor era trocado, limpo e desinfetado com álcool antes de cada coleta.
• A coleta de amostras para fins de análises de coliformes termotolerantes era
realizada com recipiente de vidro devidamente esterilizado, com uso de autoclave.
4.2.2 - Metodologia das análises
As análises dos parâmetros de qualidade de água da chuva foram realizadas nos
laboratórios de Microbiologia e de Análises de Água, no Instituto de Ciências Exatas e
Biológicas (ICEB), na Universidade Federal de Ouro Preto. As análises eram realizadas
sempre nos mesmos dias das coletas.
As análises foram realizadas de acordo com os métodos descritos por MACÊDO
(2005). A escolha dos parâmetros de qualidade de água a serem analisados foi feita de
acordo com a premissa de que a água de chuva apresenta uma boa qualidade, sendo que os
parâmetros escolhidos permitem uma avaliação geral e simplificada da qualidade da água.
Foram analisados os seguintes parâmetros de qualidade:
1) Turbidez
A turbidez, propriedade de desviar raios luminosos, é decorrente da presença de
materiais em suspensão na água, finamente divididos ou em estado coloidal, e de
organismos microscópicos (BRAGA et al, 2005).
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49
As análises de turbidez são realizadas com o uso de um aparelho chamado
turbidímetro, pelo princípio da nefelometria. Mede-se a quantidade de luz que emerge
perpendicularmente a um feixe luminoso que atravessa a amostra, acondicionada em uma
cubeta incolor e transparente. A turbidez é expressa em unidades nefelométricas de
turbidez (UNT).
2) pH
Potencial hidrogeniônico. Representa a concentração de íons hidrogênio H
+
(em
escala anti-logarítmica), dando uma indicação sobre a acidez, neutralidade ou alcalinidade
da água. A faixa de pH é de 0 a 14 (SPERLING, 1996).
A determinação do pH pode ser realizada diretamente com o uso do pHmetro, que
deve ser calibrado com soluções-tampão de pH igual a 4 e 7.
3) Condutividade
A condutividade elétrica é a capacidade que a água possui de conduzir corrente
elétrica. Esse parâmetro está relacionado com a presença de íons dissolvidos na água, que
são partículas carregadas eletricamente. Quanto maior for a quantidade de íons dissolvidos,
maior será a condutividade elétrica da água (SPERLING, 1996).
A determinação da condutividade é realizada diretamente com o uso do
condutivímetro digital.
4) Sólidos dissolvidos totais
Por convenção, diz-se que as partículas menores, capazes de passar por um papel de
filtro de tamanho especificado, correspondem aos sólidos dissolvidos. De maneira geral,
são considerados sólidos dissolvidos aqueles com diâmetro inferiores a 10
-3
µm. Os
sólidos dissolvidos podem ser micropoluentes orgânicos, metais pesados ou ainda
contribuir para o teor de matéria orgânica na água (SPERLING, 1996).
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50
O teor de sólidos dissolvidos totais pode ser estimado a partir dos valores de
condutividade, de acordo com a Tabela 4.1:
Tabela 4.1 - Relação entre teores de sólidos dissolvidos e valores de condutividade
Condutividade (µS/cm) Sólidos dissolvidos totais (mg/l)
< 50 1,365079 * cond
50 < cond < 166 0,947658 * cond
166 < cond < 333 0,769574 * cond
333 < cond < 833 0,715920 * cond
833 < cond < 10.000 0,758544 * cond
> 10.000 0,850432 * cond
Fonte: MACÊDO (2005)
5) Oxigênio dissolvido (OD)
O oxigênio dissolvido é de essencial importância para os organismos aeróbios (que
vivem na presença de oxigênio). Durante a estabilização da matéria orgânica, as bactérias
fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução
de sua concentração no meio (SPERLING, 1996).
O teor de oxigênio dissolvido na água pode ser avaliado com o uso do oxímetro
digital, que deve ser calibrado de acordo com uma tabela que relaciona a temperatura
ambiente e a altitude do local com a concentração de saturação do oxigênio no ar.
6) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
A matéria orgânica é uma característica de primordial importância, sendo a
causadora do principal problema de poluição das águas: o consumo de oxigênio dissolvido
pelos microorganismos nos seus processos metabólicos de utilização e estabilização da
matéria orgânica. A DBO retrata, de uma forma indireta, o teor de matéria orgânica na
água, sendo, portanto, uma indicação do potencial de consumo do oxigênio dissolvido
(SPERLING, 1996). A DBO é expressa em miligramas por litro (mg/l).
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51
A forma de DBO mais utilizada como indicadora do teor de matéria orgânica na
água é a DBO
5
. O método consiste em incubar a amostra de água em frascos especialmente
utilizados para a DBO, à temperatura de 20°C, no escuro, por um período de cinco dias. No
início, e ao final do quinto dia, mede-se a concentração de oxigênio dissolvido presente na
amostra e obtém-se, por diferença, a demanda requerida pelos microorganismos para a
oxidação da matéria orgânica presente na amostra. O valor obtido deve ser multiplicado
por um fator de correção, que é função da altitude do local.
7) Coliformes fecais (ou termotolerantes)
Devido a grande variedade de microorganismos patogênicos que podem estar
presentes na água, é difícil sua detecção individualizada. É mais fácil inferir sua existência
a partir de indicadores de material fecal no meio líquido (BRAGA et al, 2005).
As bactérias usadas como indicadores de poluição da água por material fecal são os
coliformes fecais, que vivem normalmente no organismo humano e no dos demais animais
de sangue quente. Embora não sejam patogênicos, a presença dessas bactérias na água
indica que ela recebeu material fecal e pode, portanto, conter microorganismos
patogênicos. Entre as bactérias do grupo coliforme, a mais usada como indicadora da
poluição fecal é a Escherichia coli.
A análise dos coliformes fecais é feita por meio da inoculação de uma amostra de
água em meios de cultura seletivos para essa espécie, da seguinte forma e seqüência:
• Caldo lactosado
- inoculação de 1 ml de água em três tubos contendo caldo lactosado em concentração
simples;
- inoculação de 0,1 ml em três tubos contendo caldo lactosado em concentração simples;
- inoculação de 10 ml em três tubos contendo caldo lactosado em concentração dupla;
- incubação por 24 horas.
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52
• Caldo verde brilhante
- inoculação de amostras dos tubos que apresentaram resultado positivo após incubação de
24 horas em caldo lactosado em tubos com caldo verde brilhante;
- incubação por 24 horas.
• Caldo EC
- inoculação de amostras dos tubos que apresentaram resultado positivo após incubação de
24 horas em caldo verde brilhante em tubos com caldo EC;
- incubação por 24 horas.
O resultado considerado positivo para as análises é a observação da formação de
bolhas de gás e de crescimento dos microorganismos nos tubos (que pode ser observado
por meio da turvação do meio), após a incubação. Ao final da seqüência, o resultado final é
dado por meio de uma tabela probabilística, que relaciona o número de tubos positivos ao
número mais provável (NMP) de coliformes termotolerantes por 100 ml de amostra de
água.
4.3 - Previsão do volume de água de chuva
A previsão do volume de água de chuva foi realizada com base na relação entre as
áreas de captação (telhados do ginásio poliesportivo e dos prédios dos Laboratórios da
Escola de Minas) e as precipitações observadas na região.
Foram determinadas as precipitações mensais médias, totais anuais e total anual
médio com base na série histórica de alturas pluviométricas diárias registrada na estação
pluviométrica de Saramenha, que compreende o período de 1982 e 2004.
A Tabela 4.2 mostra algumas informações da estação pluviométrica de Saramenha.
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53
Tabela 4.2 - Dados da estação pluviométrica de Saramenha
Nome Saramenha
Código 02043054
Município Ouro Preto
Estado MG
Rio Doce
Código município 17460000
Operadora ALUMINAS
Latitude -20 18 00
Longitude -43 29 00
Altitude (m) 1079
Fonte: www.ana.gov.br/hidroweb
.
4.4 - Previsão do consumo de água
4.4.1 - Estudo de caso 1
A previsão do consumo de água pelo gramado foi realizada por meio da
determinação da evapotranspiração de referência (ETo) na região e da evapotranspiração
de cultura (ETc) do gramado.
Os métodos utilizados, escolhidos por apresentarem aplicação simplificada e por
melhor se adequarem aos dados climáticos disponíveis, foram os seguintes:
Ø Determinação da ETo: métodos de Turc (1961) e de Romanenko (1961).
Ø Determinação da ETc: uso do coeficiente de cultivo.
Os dados de entrada necessários à aplicação dos métodos citados foram obtidos de
mapas climáticos do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), construídos com dados
observados no período de 1931 a 1990.
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54
A título de ilustração, a Figura 4.2 mostra o mapa do INMET para temperaturas
médias anuais.
Figura 4.2 - Mapa de temperaturas médias anuais no Brasil, no período de 1931 a 1990
Fonte: www.inmet.gov.br/clima
4.4.2 - Estudo de caso 2
A previsão do consumo de água para fins não potáveis nos prédios dos
Laboratórios da Escola de Minas foi realizada por meio de uma tabela de consumos
específicos para irrigação de gramados e uso de água em bacias sanitárias.
4.5 - Dimensionamentos dos reservatórios
No primeiro estudo de caso, o dimensionamento do reservatório para captação de
água de chuva do telhado do ginásio poliesportivo da UFOP foi realizado por meio do
diagrama de massas de Rippl, utilizando-se três cenários distintos:
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55
Ø Dimensionamento do reservatório para precipitações mensais médias no
período de 1982 a 2004;
Ø Dimensionamento do reservatório para o ano da série pluviométrica com
menor precipitação total anual;
Ø Dimensionamento do reservatório para o ano da série pluviométrica com
maior período de estiagem.
No segundo estudo de caso, foram dimensionados reservatórios para captação de
água de chuva dos telhados dos prédios dos laboratórios de Engenharia Metalúrgica e de
Materiais, de Engenharia de Controle e Automação e Engenharia de Produção e de
Engenharia Civil, também pelo método de Rippl, considerando o ano da série
pluviométrica com maior período de estiagem.
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56
5
ESTUDO DE CASO 1
USO DE ÁGUA DE CHUVA EM IRRIGAÇÃO DE GRAMADO
5.1 - Caracterização da área de estudo
A Tabela 5.1 mostra algumas informações sobre o ginásio poliesportivo e sobre o
campo de futebol, localizados no Centro Desportivo do Campus da Universidade Federal
de Ouro Preto (CEDUFOP).
Tabela 5.1 - Informações sobre a área de estudo
Telhado do Ginásio
comprimento 71 m
largura 45 m
Área útil total 3190 m
2
Gramado do campo de futebol
comprimento 105 m
largura 68 m
área total 7140 m
2
Distâncias ginásio / gramado
distância horizontal 165,5 m
desnível 8 m
Fonte: Prefeitura Universitária /UFOP
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58
A Figura 5.3 mostra o panorama geral do Centro Desportivo.
Figura 5.3 - Panorama geral do Centro Desportivo/UFOP
Fonte: Google Earth
5.2 - Avaliação da qualidade da água de chuva
A Tabela 5.2 mostra os resultados das análises realizadas para os parâmetros de
qualidade da água, bem como o valor médio entre eles.
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59
Tabela 5.2 -Resultados das análises dos parâmetros de qualidade da água de chuva
Análises
Parâmetros 1 2 3 4 5
Datas das análises 13/11/2006 27/11/2006 12/12/2006 15/1/2007 12/2/2007
Média
Turbidez (UNT) 17 35 26 7 30 23
pH 7,46 6,97 7,05 7,2 6,3 6,99
Condutividade (µS/cm) 36 83 62 47 56 56,8
Sólidos dissolvidos totais (mg/l) 49,14 78,65 58,75 64,15 53 60,73
Oxigênio dissolvido (mg/l) 6 5,7 6,2 7,3 7,1 6,46
DBO5 (mg/l) 2,1 0,4 0,6 1,2 0,3 0,92
Coliformes fecias (NMP/100ml) 240 150 210 15 210 165
No período de novembro de 2006 a fevereiro de 2007, foram realizadas algumas
outras análises de qualidade da água de chuva, que não foram mostradas na Tabela 5.2 por
terem apresentado resultados incompletos, devido à impossibilidade do uso dos
laboratórios em dias de sábado e domingo para a leitura dos resultados.
Ainda não existem legislações específicas no Brasil que tratem de padrões de
qualidade de água de chuva para fins de aproveitamento. Portanto, como forma de se
verificar se os valores médios obtidos para os parâmetros analisados são compatíveis com
os usos previstos para a água, realizou-se a comparação dos mesmos com os padrões de
qualidade para os parâmetros definidos pela Resolução CONAMA nº 357, de 17 de março
de 2005, que trata da classificação dos corpos de água e de sua qualidade para seus usos
previstos.
A Tabela 5.3 compara os valores médios obtidos para os parâmetros analisados
com os valores padronizados pela Resolução CONAMA nº 357 paras diferentes classes de
uso de água.
Tabela 5.3 - Comparação entre os valores médios obtidos e os valores padronizados para os parâmetros
analisados
Parâmetros Média Classe 1 Classe 2 Classe 3
Turbidez (UNT) 23 < 40 < 100 < 100
pH 6,99 6 a 9 6 a 9 6 a 9
Condutividade (µS/cm) 56,8 xxx xxx xxx
Sólidos dissolvidos totais (mg/l) 60,73 500 500 500
Oxigênio dissolvido (mg/l) 6,46 > 6 > 5 >4
DBO
5
(mg/l) 0,92 < 3 < 5 < 10
Coliformes termotolerantes (NMP/100ml) 165 < 200 < 1000 < 4000
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De acordo com a metodologia empregada na coleta das amostras, as parcelas
iniciais das chuvas (first flush), que concentram a maior parte da contaminação, não foram
descartadas. Mesmo assim, segundo os resultados obtidos, pode-se observar que os valores
dos parâmetros de qualidade da água analisados se enquadram nas classes de uso de água
previstas na Resolução CONAMA nº 357, inclusive na mais restritiva (classe 1),
demonstrando a boa qualidade da água de chuva no Campus da Universidade Federal de
Ouro Preto. Portanto, de acordo com a referida legislação, além de ser adequada à
irrigação de hortaliças, plantas frutíferas, culturas arbóreas, parques, jardins, campos de
esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto, a água de chuva
também poderia ser utilizada para outros fins não potáveis.
No entanto, é importante se observar que, na Tabela 5.2, o valor muito baixo para
coliformes termotolerantes referente à análise de número 4 afeta o valor médio para este
parâmetro. Se este valor específico fosse não fosse considerado, o valor médio para
coliformes termotolerantes se enquadraria na classe de qualidade número 2 da Resolução
CONAMA 357, não trazendo, porém, prejuízos às utilizações previstas para a água no
presente trabalho.
A norma da ABNT NBR 15527, da Associação Brasileira de Normas Técnicas, que
traz critérios técnicos para o aproveitamento de água de chuva, define alguns padrões de
qualidade para água, tais como ausência de coliformes termotolerantes em 100 mL e
turbidez abaixo de 5 uT para usos mais restritivos. Portanto, sugere-se adotar, para usos
que apresentem risco de contaminação para as pessoas que entrem em contato com a água,
o descarte do first flush, a adoção de sistemas de filtragem nos sistemas de captação e
aproveitamento de água de chuva ou a desinfecção prévia da água de chuva antes de sua
utilização.
O telhado do prédio do ICEB foi o local escolhido para a realização da coleta das
amostras da água de chuva por apresentar melhores condições para a coleta (presença de
calhas e menor altura) e pela proximidade aos laboratórios onde foram realizadas as
análises. No entanto, pelo de fato de o telhado do ginásio ser feito de material metálico
que, segundo TERRY (2001), apud TOMAZ (2003) apresenta melhor qualidade em
termos de água de chuva do que telhados de cerâmica, que é o material do telhado do
ICEB, e considerando-se a proximidade entre os dois prédios, pode-se considerar que a
qualidade da água de chuva proveniente do telhado do ginásio tenha qualidade compatível
ou superior à da água proveniente do telhado do ICEB.
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61
5.3 - Previsão do volume de água de chuva
5.3.1 - Determinação das precipitações mensais médias e totais anuais na
região de Ouro Preto-MG
A Tabela 5.4 mostra os dados de precipitação pluviométrica mensais, mensais
médias e totais anuais, observadas na estação pluviométrica de Saramenha, em Ouro Preto,
no período de 1982 a 2004.
Tabela 5.4 - Precipitações mensais, mensais médias e totais anuais observadas na estação pluviométrica de
Saramenha, em Ouro Preto, no período de 1982 a 2004 (valores em mm)
Ano JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Total
1982
394,7 86,7 386,7 68 21,3 16 18,9 18,4 28,2 163,1 131,3 444,3
1777,6
1983
353,5 194,5 218 146,7 55,8 11,8 32,1 7 199,2 259,9 178,4 276,4
1933,3
1984
301,3 62,4 93,2 48,7 5,3 0 10,8 102,8 69,7 50,1 220,9 395,5
1360,7
1985
635,5 310,3 296,3 92,7 13,4 0 0,9 8,5 67,7 145,7 200,5 429,3
2200,8
1986
304,7 193,1 228,2 41,9 87,4 21,3 47,1 59,1 8,7 28,7 186 517,6
1723,8
1987
216,8 88,2 297,1 114,9 93,4 12,8 5,8 5,3 74,7 48,3 214,3 456,7
1628,3
1988
292,6 99,5 0 205,4 211,2 11,2 0 0 33,4 80,2 127,7 177,7
1238,9
1989
176,6 317,5 188,1 16,2 1,1 40,9 50,7 28,5 93,7 154,3 212,8 559
1839,4
1990
93,6 141,4 109,9 75 61,9 12,4 30,7 54,4 44,9 69,8 159,4 167,6
1021
1991
618,9 256,1 310,1 65,1 37 7,5 2,6 2 93,4 115 158,1 285,3
1951,1
1992
694,2 304,8 91 116,6 95,2 2,7 29,4 38,4 186,4 194,7 347,7 411,3
2512,4
1993
144,8 204 162,3 165,1 40,4 8,9 0 11,6 67,1 200,4 136,2 284,7
1425,5
1994
367 59,5 206,1 60,8 35,6 3,9 2 0 1,2 119,6 130 329,5
1315,2
1995
152,1 188,5 225,1 64,7 24,3 4,5 1,7 0 15,7 178,3 198,3 514,5
1567,7
1996
148 275,3 167,4 51,6 49,4 0 0 5,6 96,5 153,2 407,3 400,5
1754,8
1997
572,9 138,1 208 96,5 20,8 0 0 3,1 90,6 194,3 189 165,6
1678,9
1998
322,4 299,3 114,9 70 70,5 0,7 3,2 41,4 18,8 164,3 233,5 166,7
1505,7
1999
152,9 120,2 336 23 1,5 3,9 0,1 0 37,8 87,6 298,6 252,8
1314,4
2000
490,5 131,9 179,4 20,4 4 0 12,3 29,7 75,9 77,2 337,1 272,5
1630,9
2001
251,9 75,4 188,8 24 38,9 0 2,5 16,2 60,8 114,2 341,2 347,7
1461,6
2002
343,6 280,1 112,3 25,8 71,5 0 1 44,5 127,4 30,6 368,3 449,1
1854,2
2003
502,1 59 158 61,6 15,8 0 1,4 33,5 22,4 70,1 279,1 265,5
1468,5
2004
261,4 318 241,7 149,6 50,3 21,6 43,4 0 0 68,9 221,7 390,9
1767,5
Média 338,7 182,7 196,5 78,4 48,0 7,8 12,9 22,1 65,8 120,3 229,5 346,0 1649,0
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62
De forma gráfica, a Figura 5.4 mostra as precipitações mensais médias na região de
estudo, no período de 1982 a 2004.
Figura 5.4 - Precipitações mensais médias na região de estudo no período de 1982 a 2004
A Figura 5.4 mostra a má distribuição das chuvas na região, com alturas
pluviométricas que chegam a valores próximos de 350 mm nos meses de janeiro e
dezembro, e outros próximos de zero nos meses de junho e julho. Considerando-se a média
mensal das precipitações em torno de 137 mm/mês, pode-se observar que, em média, os
meses de abril a outubro apresentam alturas pluviométricas abaixo da média.
Com base nos resultados mostrados na Tabela 5.4, pode-se estimar que a
precipitação total anual média na região de estudo é de, aproximadamente, 1649 mm. A
Figura 5.5 mostra as precipitações totais anuais para o período considerado.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Meses
Precipitações mensais médias (mm)
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63
Figura 5.5 - Precipitações totais anuais na região de estudo, no período de 1982 a 2004
Da Figura 5.5, nota-se que, no período analisado, o ano de 1992 foi o mais chuvoso
(mais de 2500 mm de precipitação total), e o ano de 1990 foi o que registrou o menor
índice pluviométrico (pouco mais de 1000 mm).
5.3.2 - Volume de água de chuva aproveitável
O volume de água de chuva que pode ser aproveitado não é o mesmo que o
precipitado. Segundo TOMAZ (2003), uma parte da água de chuva que cai sobre a
superfície de captação perde-se por evaporação, retenção, limpeza do telhado etc. Portanto,
no cálculo do volume de água que pode ser aproveitado, usa-se o coeficiente de
escoamento superficial, ou coeficiente de runoff (C), que representa o quociente entre a
água que escoa superficialmente pela área de captação pelo total de água precipitada.
Assim, o volume de água de chuva que pode ser aproveitado é dado pela Equação
5.1:
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1
9
8
2
1
9
8
3
1
9
8
4
1
9
8
5
1
9
8
6
1
9
8
7
1
9
8
8
1
9
8
9
1
9
9
0
1
9
9
1
1
9
9
2
1
9
9
3
1
9
9
4
1
9
9
5
1
9
9
5
1
9
9
7
1
9
9
8
1
9
9
9
2
0
0
0
2
0
0
1
2
0
0
2
2
0
0
3
2
0
0
4
Período
Precipitações totais anuais 1992/2004 (mm)
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64
V = (P * A * C) / 1000 (5.1)
Sendo:
V = Volume de água de chuva (m
3
).
P = precipitação (mm).
A = área de captação (m
2
).
C = coeficiente de runoff.
A Tabela 5.5 mostra valores de coeficientes de runoff adotados em alguns países:
Tabela 5.5 - Coeficientes de runoff adotados em alguns países
Locais C
Flórida (EUA) 0,67
Alemanha 0,75
Austrália 0,80
Ilhas Virgens 0,85
Fonte: TOMAZ (2003)
Segundo HOFKES e FRASIER (1996), apud TOMAZ (2003), os valores do
coeficiente de runoff em função do material de que é feito o telhado são mostrados na
Tabela 5.6.
Tabela 5.6 - Coeficientes de runoff médios (C), segundo HOFKES e FRASIER (1996)
Material C
telhas cerâmicas 0,8 a 0,9
telhas metálicas 0,7 a 0,9
Fonte: TOMAZ (2003)
Já WILKEN (1978), apud TOMAZ (2003), considera diversos valores para
diferentes superfícies de captação, conforme a Tabela 5.7
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65
Tabela 5.7 - Coeficientes de runoff médios (C), segundo WILKEN (1978)
superfície C
telhados 0,7 a 0,95
pavimentos 0,4 a 0,90
vias macadamizadas 0,25 a 0,60
quintais e lotes vazios 0,10 a 0,30
Fonte:TOMAZ (2003)
De acordo com as Tabelas 5.6 e 5.7, sendo a superfície de captação um telhado com
telhas de metal (alumínio), TOMAZ (2003) sugere o uso do valor de coeficiente de runoff
C = 0,80.
Sendo a área de captação (A) igual a 3190 m
2
, os volumes médios mensais e anual
aproveitáveis de água de chuva, obtidos de acordo com a Equação 5.1, são apresentados na
Tabela 5.8.
Tabela 5.8 : Volumes médios mensais e anual aproveitáveis de água de chuva
Meses P (mm/mês) V(m
3
/mês)
Jan 338,7 866
Fev 182,7 467,2
Mar 196,5 502,3
Abr 78,44 200
Mai 48 123
Jun 7,8 20
Jul 12,9 33
Ago 22,1 56,7
Set 65,8 168,3
Out 120,3 307,7
Nov 229,5 586,6
Dez 346 884,7
V total anual (m
3
/ano) 4215,5
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66
Portanto, de acordo com a Tabela 5.8, o volume das precipitações na região de
estudo permite que sejam captados do telhado do ginásio poliesportivo da UFOP cerca de
4200 m
3
de água por ano.
A Figura 5.6 mostra a variação dos volumes captáveis (médios) do telhado do
ginásio, de acordo com os dados da Tabela 5.8.
Figura 5.6 - Variação anua medial do volume aproveitável de água de chuva no telhado do ginásio/
CEDUFOP
5.4 - Previsão do consumo de água no gramado
5.4.1 - Determinação da evapotranspiração de referência (ETo) para a região
de estudo
A evapotranspiração potencial (ETP), ou evapotranspiração de referência (ETo), é a
quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, na unidade
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Meses
Volume aproveitável de água de chuva (m3)
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67
de tempo, de uma superfície extensa completamente coberta de vegetação de porte baixo e
bem suprida de água (TUCCI et al, 2004).
Existem vários métodos numéricos que permitem estimar a evapotranspiração ETo.
Os métodos apresentados neste trabalho são os métodos de Turc e de Romanenko,
descritos por TOMAZ (2007).
A Tabela 5.9 mostra os valores de alguns parâmetros meteorológicos necessários à
aplicação dos métodos para obtenção da ETo.
Tabela 5.9 - Dados climáticos de entrada dos métodos de estimativa da ETo
Meses Tméd(°C) Insolação(h/mês) Insolação(h/dia)
Umidade
relativa (%)
Jan 22,5 210 6,77 75
Fev 22,5 180 6,2 75
Mar 22,5 180 5,8 85
Abr 19,5 180 6 70
Mai 16,5 210 6,77 70
Jun 16,5 210 7 70
Jul 16,5 240 7,74 70
Ago 16,5 210 6,77 65
Set 19,5 210 7 65
Out 19,5 180 5,8 80
Nov 22,5 150 5 80
Dez 22,5 150 4,83 90
Média 19,75 192,5 6,3 74,5
Fonte: www.inmet.gov.br/clima
5.4.1.1 - Método de Turc, 1961
O método de Turc é empírico e baseia-se em dados de umidade relativa do ar,
nebulosidade (relação n/N), temperatura média do ar e latitude. O método trabalha com
duas equações, sendo uma para valores de umidade relativa do ar menor que 50% e outra
para valores maiores que 50%.
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68
Ø Para umidade relativa do ar UR<50%:
Eto = 0,013 x [T / (T+15)]x (Rs + 50) x [ 1+ (50 – UR) / 70)] (5.2)
Ø Para umidade relativa do ar UR 50%:
ETo = 0,013 x [T / (T+15)] x (Rs + 50) (5.3)
Sendo:
T= temperatura média mensal do ar (ºC)
UR= umidade relativa do ar média mensal (%)
ETo= evapotranspiração de referência (mm/dia)
Rs= radiação solar total (cal*cm
-2
*dia
-1
)
Os dados de entrada para cálculo da ETo pelo método de Turc são:
• Temperatura média mensal
• Umidade relativa do ar
• Latitude
• Dia Juliano
• Distância relativa da Terra ao Sol
• Declinação solar
• Ângulo da hora do por do sol
• Número de horas de dia
• Insolação
• Razão de insolação
• Radiação extraterrestre
• Radiação útil de curto comprimento
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69
A seguir, seguem-se os cálculos dos parâmetros ainda não obtidos:
Ø Dia Juliano (J)
Refere-se à contagem dos dias do ano desde o número 1 ao número 365.
Geralmente é o meio do mês contado deste o dia 1º, conforme a Tabela 5.10 :
Tabela 5.10 - Dia Juliano
Mês Dia Juliano
Jan 15
Fev 46
Mar 74
Abr 105
Mai 135
Jun 166
Jul 196
Ago 227
Set 258
Out 288
Nov 319
Dez 349
Fonte: TOMAZ, 2007
Ø Distância relativa da Terra ao Sol (dr)
A distância relativa da terra ao sol dr é fornecida pela Equação 5.4:
dr = 1 + 0,033 x cos [(2 x ð / 365) x J] (5.4)
Sendo:
dr = distância relativa da Terra ao Sol (rad)
J = dia Juliano que varia de 1 a 365
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70
A Tabela 5.11 mostra os valores mensais para a distância relativa da Terra ao Sol.
Tabela 5.11 - Valores mensais da distância relativa da Terra ao Sol
Meses
Dia
Juliano
dr (rad)
Jan 15 1,03
Fev 46 1,02
Mar 74 1,01
Abr 105 0,99
Mai 135 0,97
Jun 166 0,96
Jul 196 0,96
Ago 227 0,97
Set 258 0,99
Out 288 1
Nov 319 1,02
Dez 349 1,03
Ø Declinação solar (ä)
A declinação solar delta, em radianos, pode ser calculada pela Equação 5.5.
ä = 0,4093 x sen [( 2 x ð / 365) x J - 1,405] (5.5)
A Tabela 5.12 mostra os valores mensais da declinação solar em função do dia
Juliano.
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71
Tabela 5.12 - Valores mensais de declinação solar
Mês
Dia
Juliano
Declinação solar ä
(rad)
Jan 15 -0,00819
Fev 46 -0,00438
Mar 74 -0,000968
Abr 105 0,00287
Mai 135 0,00656
Jun 166 0,0103
Jul 196 0,014
Ago 227 0,0178
Set 258 0,0216
Out 288 0,0253
Nov 319 0,0292
Dez 349 0,0328
Ø Ângulo da hora do pôr do Sol (ws)
O ângulo da hora do pôr do Sol pode ser calculado pela Equação 5.6:
ws = arccos [-tan(Ö) x tan (ä )] (5.6)
Sendo:
ws = ângulo da hora do por do sol em (rad)
Ö = latitude do local considerado (em radianos), positiva no hemisfério norte e negativa no
hemisfério Sul
ä = declinação solar (rad)
Considerando-se a latitude como sendo a mesma da estação pluviométrica de
Saramenha, dada na Tabela 4.2 , de valor igual a -20° 18` 00``, temos que a conversão para
radianos pode ser feita aplicando-se a Equação 5.7.
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72
Ö (rad) = (ð / 180) x Ö (graus) (5.7)
Ö (rad) = (ð / 180) x (-20°) = - 0, 34 radianos
Sendo assim, a Tabela 5.13 mostra os valores mensais de ws.
Tabela 5.13 - Valores mensais de ângulo da hora do pôr do sol
Mês Declinação solar ä (rad) ws (rad)
Jan -0,00819 1,573
Fev -0,00438 1,572
Mar -0,000968 1,571
Abr 0,000346 1,569
Mai 0,00656 1,568
Jun 0,0103 1,567
Jul 0,014 1,565
Ago 0,0178 1,564
Set 0,0216 1,563
Out 0,0253 1,561
Nov 0,0292 1,56
Dez 0,0328 1,55
Ø Número de horas de dia (N)
Durante 24h, temos horas de dia e horas de noite. As horas totais de dia são
denominadas N. O número de horas de dia em 24 horas pode ser determinado pela
Equação 5.8.
N = (24/ ð ) x ws (5.8)
Sendo :
N = horas totais de dia
ws = ângulo da hora do pôr do sol (rad)
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73
Sendo assim, a Tabela 5.14 mostra os valores de N (horas totais de dia) diárias e
mensais.
Tabela 5.14 - Número de horas de dia diárias e mensais
Mês ws (rad) N (h/dia) N (h/mês)
Jan 1,573 12 372
Fev 1,572 12 336
Mar 1,571 12 372
Abr 1,569 11,9 357
Mai 1,568 11,9 368,9
Jun 1,567 11,9 357
Jul 1,565 11,9 368,9
Ago 1,564 11,9 368,9
Set 1,563 11,9 357
Out 1,561 11,9 368,9
Nov 1,56 11,9 357
Dez 1,55 11,8 368,9
Ø Razão de insolação
A razão de insolação é a relação entre o número de horas diárias em que há a
incidência direta de sol (n) e o número de horas de dia (N). Em um dia em que não
ocorresse a formação de nuvens, a razão de insolação seria igual a um. Da mesma forma,
em um dia nublado, a razão é igual a zero.
A Tabela 5.15 mostra os valores de n e N, e a respectiva razão de insolação (n/N).
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74
Tabela 5.15 - Razão de insolação (n/N)
Meses n (h/dia) N (h/dia) n / N
Jan 6,77 12 0,56
Fev 6,2 12 0,51
Mar 5,8 12 0,48
Abr 6 11,9 0,5
Mai 6,77 11,9 0,56
Jun 7 11,9 0,58
Jul 7,74 11,9 0,65
Ago 6,77 11,9 0,57
Set 7 11,9 0,58
Out 5,8 11,9 0,48
Nov 5 11,9 0,42
Dez 4,83 11,8 0,4
Média 0,52
Ø Radiação extraterrestre (Ra)
A radiação solar extraterrestre Ra no topo da atmosfera da Terra em MJ/(m
2
x dia)
pode ser estimada pela Equação 5.9.
Ra= (24x60/ð) x dr x Gscx [(ws x sen (Ö) x sen (ä )+ cos(ä ) x cos(Ö) x sen (ws)] (5.9)
Sendo:
Ra = radiação solar no topo da atmosfera ou radiação extraterrestre [MJ/(m
2
xdia)].
Gsc = constante solar= 0,0820 MJ/(m
2
x min)
ws = ângulo solar (rad)
ä = declinação solar (rad)
dr = distância relativa da Terra ao Sol (rad)
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75
A Tabela 5.16 mostra os valores mensais para a radiação extraterrestre.
Tabela 5.16 - Valores mensais de radiação extraterrestre
Meses ws (rad) dr (rad) Ra(MJ*m
-2
*dia
-1
)
Jan 1,573 1,03 35,77
Fev 1,572 1,02 35,35
Mar 1,571 1,01 34,93
Abr 1,569 0,99 34,14
Mai 1,568 0,97 33,41
Jun 1,567 0,96 32,99
Jul 1,565 0,96 32,94
Ago 1,564 0,97 33,2
Set 1,563 0,99 33,81
Out 1,561 1 34,08
Nov 1,56 1,02 34,69
Dez 1,55 1,03 34,95
Ø Radiação útil de curto comprimento (Rs)
A radiação útil de curto comprimento de onda (Rs), que é a energia total incidente
sobre a superfície terrestre pode ser calculada pela Equação 5.10.
Rs = (as + bs x n /N ) x Ra (5.10)
Sendo:
as = 0,25 e bs = 0,50, que são coeficientes para climas médios
n = número de horas de sol forte por dia (h)
N = número máximo de horas de sol por dia (h)
n/N = nebulosidade ou fração de luz
Ra = radiação solar extraterrestre (MJ*m
-2
*dia
-1
)
Rs = Radiação útil de curto comprimento (MJ*m
-2
*dia
-1
)
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76
No entanto, o método de Turc trabalha com o valor de Rs em cal*cm
-2
*dia
-1
), sendo
que : MJ*m
-2
*dia
-1
equivale a 23,9 cal*cm
-2
*dia-1.
A Tabela 5.17 mostra os valores mensais para a radiação útil de curto comprimento:
Tabela 5.17 - Valores mensais de radiação útil de curto comprimento.
Meses as bs n / N Ra (MJ*m
-2
*dia
-1
) Rs (MJ*m
-2
*dia
-1
) Rs (cal*cm
-2
*dia-1)
Jan 0,25 0,5 0,56 35,77 18,95 452,9
Fev 0,25 0,5 0,51 35,35 18,38 439,3
Mar 0,25 0,5 0,48 34,93 17,11 408,9
Abr 0,25 0,5 0,5 34,14 17,07 407,9
Mai 0,25 0,5 0,56 33,41 17,7 423,03
Jun 0,25 0,5 0,58 32,99 17,81 425,6
Jul 0,25 0,5 0,65 32,94 18,9 451,7
Ago 0,25 0,5 0,57 33,2 17,76 424,5
Set 0,25 0,5 0,58 33,81 18,25 436,17
Out 0,25 0,5 0,48 34,08 16,69 398,8
Nov 0,25 0,5 0,42 34,69 15,95 381,2
Dez 0,25 0,5 0,4 34,95 15,72 375,7
De posse de todos os dados, e observando-se que os valores de umidade relativa do
ar encontram-se acima dos 50%, pode-se então determinar a evapotranspiração de
referência ETo pela Equação 5.3, conforme mostrado na Tabela 5.18.
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77
Tabela 5.18 - Evapotranspiração de referência ETo por Turc, 1961
Meses Tméd(ºC) Rs (cal*cm
-2
*dia-1) ETo(mm/dia) ETo(mm/mês)
Jan 22,5 452,9 3,92 121,52
Fev 22,5 439,3 3,81 106,68
Mar 22,5 408,9 3,57 110,67
Abr 19,5 407,9 3,36 100,8
Mai 16,5 423,03 3,22 99,82
Jun 16,5 425,6 3,23 96,9
Jul 16,5 451,7 3,41 105,71
Ago 16,5 424,5 3,23 100,13
Set 19,5 436,17 3,57 107,1
Out 19,5 398,8 3,29 101,9
Nov 22,5 381,2 3,36 100,8
Dez 22,5 375,7 3,32 102,9
Total (mm/ano) 1254,9
De acordo com a Tabela 5.18, conclui-se que a evapotranspiração de referência
ETo anual pelo método de Turc é de aproximadamente 1255 mm/ano.
5.4.1.2 - Método de Romanenko, 1961
O método de Romanenko permite o cálculo da ETo a partir de dados de umidade
relativa do ar (UR) e temperatura média mensal (T)conforme a seguinte equação:
ETo = 0,0018 x (25 + T)
2
x (100 - UR) (5.11)
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78
Sendo:
ETo = evapotranspiração (mm/mês)
T = temperatura média mensal (ºC)
UR = umidade relativa do ar (%)
A Tabela 5.19 resume os dados de entrada e os valores de ETo obtidos pelo método
de Romanenko.
Tabela 5.19 - Evapotranspiração de referência ETo por Romanenko, 1961
Meses Tméd (°C)
Umidade relativa
(%)
ETo (mm/mês)
Jan 22,5 75 101,53
Fev 22,5 75 101,53
Mar 22,5 85 60,91
Abr 19,5 70 106,93
Mai 16,5 70 93,0
Jun 16,5 70 93,0
Jul 16,5 70 93,0
Ago 16,5 65 108,5
Set 19,5 65 124,75
Out 19,5 80 71,28
Nov 22,5 80 81,22
Dez 22,5 90 40,61
Total (mm/ano) 1076,2
De acordo com a Tabela 5.19, conclui-se que a evapotranspiração de referência
ETo anual pelo método de Romanenko é de aproximadamente 1076 mm/ano.
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79
5.4.1.3 - Conclusões
Os valores de evapotranspiração de referência anuais obtidos com os métodos de
Turc e de Romanenko apresentaram uma diferença de aproximadamente 178 mm/ano. No
entanto, os resultados encontram-se bem próximos aos valores da faixa de variação de
evapotranspiração anual para a região em questão (800 a 1200 mm/ano), mostrada no mapa
do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) (Figura 5.7).
Sendo assim, considerando-se que os dois métodos utilizados para obtenção da ETo
mostraram-se concordantes com os valores mostrados no mapa do INMET, sugere-se
considerar os valores médios entre eles. A Tabela 5.20 mostra os valores obtidos em cada
método, bem como o valor médio de ETo.
Tabela 5.20 - Resumo dos valores de ETo por Turc e Romanenko, e valor médio entre eles
Métodos
Turc Romanenko
Meses
ETo
(mm/mês)
ETo
(mm/mês)
Média (mm/mês)
Jan 121,52 101,53 111,52
Fev 106,68 101,53 104,1
Mar 110,67 60,91 85,79
Abr 100,8 106,93 103,86
Mai 99,82 93 96,41
Jun 96,9 93 94,95
Jul 105,71 93 99,35
Ago 100,13 108,5 104,32
Set 107,1 124,75 115,92
Out 101,9 71,28 86,59
Nov 100,8 81,22 91,01
Dez 102,9 40,61 71,75
Total(mm/ano) 1254,9 1076,2 1165,5
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80
Figura 5.7 - Mapa de evapotranspiração anual no Brasil, no período de 1931 a 1990
Fonte: www.inmet.gov.br/clima
5.4.2 - Determinação da evapotranspiração da cultura (ETc) para o gramado
Segundo TOMAZ (2007), a evapotranspiração da cultura é a quantidade de água
consumida em um determinado intervalo de tempo pela cultura (uso consuntivo), sendo
igual à soma da água absorvida e transpirada no desenvolvimento dos vegetais e da água
evaporada pela superfície do solo no qual os vegetais estão cultivados. O uso consuntivo
não compreende nem as perdas por percolação nem as perdas por escoamento superficial
(TUCCI et al, 2004).
Segundo TUCCI et al (2004) e TOMAZ (2007), a evapotranspiração da cultura é
função da evapotranspiração de referência (ETo) e do coeficiente de cultura (Kc), que
depende de suas características, conforme a Equação 5.12.
ETc = Kc x ETo (5.12)
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81
O valor do coeficiente de cultura para paisagismo é considerado para plantas que
consomem muita água, consomem medianamente e que consomem pouco, e, segundo
TOMAZ (2007), pode ser determinado por meio das Tabelas 5.21 e 5.22, que consideram o
nível de consumo de água das culturas.
Tabela 5.21 – Valores genéricos de Kc conforme o consumo
Consumo de água das plantas Kc
Plantas que consomem muita água 0,50 a 0,80
Plantas com consumo médio de água 0,30 a 0,50
Plantas que consomem pouca água < 0,30
Fonte: Water Efficient Landascape (1993), apud TOMAZ (2007)
Tabela 5.22 – Valores específicos de Kc conforme o consumo
Tipo de planta Kc
Grama de folhagem e raízes densas 0,70 a 1,0
Árvores, arbustos e gramados não tolerantes a secas 0,7
Árvores, arbustos e gramados que consomem pouca água 0,5
Árvore, arbustos e gramados tolerantes a secas 0,2
Área não irrigada 0,0
Fonte: Water Efficient Landascape (1993), apud TOMAZ (2007)
Considerando-se o que o gramado é resistente a secas e não consume muita água,
adotou-se Kc = 0,5, que segundo a Tabela 5.22, é o valor do coeficiente de cultura para
árvores, arbustos e gramados que consomem pouca água.
A Tabela 5.23 mostra os valores da evapotranspiração da cultura para o gramado
obtidos por meio da Equação 5.12 utilizando-se os valores médios de evapotranspiração de
referência obtidos na Tabela 5.20.
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82
Tabela 5.23 - Valores de evapotranspiração da cultura (ETc)
Meses ETo (mm/mês) Kc ETc (mm/mês)
Jan 111,52 0,5 55,76
Fev 104,1 0,5 52,05
Mar 85,79 0,5 42,9
Abr 103,86 0,5 51,93
Mai 96,41 0,5 48,2
Jun 94,95 0,5 47,47
Jul 99,35 0,5 49,67
Ago 104,32 0,5 52,16
Set 115,92 0,5 57,96
Out 86,59 0,5 43,3
Nov 91,01 0,5 45,5
Dez 71,75 0,5 35,87
Total (mm/ano) 582,7
5.4.3 - Conclusões
De acordo com a Tabela 5.23, considerando-se que a evapotranspiração da cultura
seja igual à quantidade total de água consumida pelas plantas (uso consuntivo), conclui-se
que o consumo de água do gramado é de aproximadamente 582 mm/ano. No entanto, de
acordo com a Tabela 5.24, considerando as médias mensais das chuvas, percebe-se que,
durante a maior parte do ano, a precipitação conseguiria suprir a demanda de água do
gramado.
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83
Tabela 5.24 – Diferenças mensais entre precipitação e evapotranspiração da cultura
Meses
P
(mm/mês)
ETc
(mm/mês)
P - ETc
(mm/mês)
Jan 338,78 55,76 283,02
Fev 182,77 52,05 130,72
Mar 196,5 42,9 153,6
Abr 78,44 51,93 26,51
Mai 48,08 48,2
-0,12
Jun 7,83 47,47
-39,64
Jul 12,9 49,67
-36,77
Ago 22,17 52,16
-29,9
Set 65,83 57,96 7,87
Out 120,37 43,3 77,07
Nov 229,5 45,5 184
Dez 346,11 35,87 310,24
Acumulando-se os valores negativos obtidos na Tabela 5.24, conclui-se que,
durante os meses de maio a agosto, período em que as precipitações mensais não suprem as
necessidades de água do gramado, tem-se um déficit de aproximadamente 106 milímetros.
Sendo a área do gramado igual a 7.140 m
2
, pode-se concluir que ele demanda em torno de
760 m
3
de água nos meses de seca.
5.5 - Dimensionamento do reservatório para captação de água de chuva
Segundo TOMAZ (2003), o método (ou diagrama de massas) de Rippl é
comumente usado em Hidrologia para a regularização de vazões em reservatórios, com o
objetivo de garantir o abastecimento de água constante. O diagrama de Rippl é obtido
traçando-se gráficos do volume e da demanda acumulados (ordenada) versus o tempo (na
abscissa). O volume do reservatório é obtido por meio do balanço entre a demanda e o
volume de água acumulados no período de estiagem. Esse método pode ser aplicado para
situações em que a demanda seja constante e para outras em que a demanda é variável.
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84
A seguir são dimensionados reservatórios para captação de água de chuva, por meio
do diagrama de Rippl, para três situações distintas, utilizando-se a série histórica de
precipitações observadas na estação pluviométrica de Saramenha, em Ouro Preto-MG, no
período de 1982 a 2004:
Ø Situação 1:
Reservatório para precipitações médias mensais entre 1982 a 2004.
Ø Situação 2:
Reservatório para o ano com menor precipitação anual total no período.
Ø Situação 3:
Reservatório para o ano com maior estiagem no período.
As tabelas para a construção dos diagramas de Rippl para demanda variável, nos
três casos analisados, foram construídas por meio das seguintes colunas:
Ø Coluna 1: os meses de janeiro a dezembro.
Ø Coluna 2: alturas pluviométricas mensais.
Ø Coluna 3: volumes mensais de chuva afluentes ao gramado, obtidos por
meio produto entre as alturas pluviométricas mensais e a área do gramado.
Ø Coluna 4: volumes mensais de chuva acumulados.
Ø Coluna 5: valores mensais de evapotranspiração de cultura (ETc) para o
gramado.
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85
Ø Coluna 6: demandas mensais de água do gramado, obtidas por meio do
produto entre os valores mensais de ETc e a área do gramado.
Ø Coluna 7: demandas mensais de água acumuladas.
5.5.1 - Diagrama de Rippl para precipitações mensais médias
A Tabela 5.25 mostra os dados para a construção do diagrama de massas de Rippl
para o gramado utilizando-se as precipitações mensais médias, no período de 1982 a 2004,
observadas na estação pluviométrica de Saramenha.
Tabela 5.25 - Dados para a construção do digrama de massas de Rippl/Precipitações mensais médias
Meses P (mm) Vol. de chuva (m
3
)
Vol. de chuva
acumulado (m
3
)
ETc
(mm)
Demanda
(m
3
)
Demanda
acumulada (m
3
)
Coluna
1
Coluna
2
Coluna
3
Coluna
4
Coluna
5
Coluna
6
Coluna
7
Jan 338,7 2418,88 2418,88 55,76 398,12 398,12
Fev 182,7 1304,97 3723,85 52,05 371,63 769,75
Mar 196,5 1403 5126,85 42,9 306,3 1076,05
Abr 78,4 560 5686,85 51,93 370,78 1446,83
Mai 48 343,29 6030,14 48,2 344,15 1790,98
Jun 7,8 55,9 6086,04 47,47 338,93 2129,91
Jul 12,9 92,1 6178,14 49,67 354,65 2484,56
Ago 22,1 158,29 6336,43 52,16 372,42 2856,98
Set 65,8 470 6806,43 57,96 413,83 3270,81
Out 120,3 859,44 7665,87 43,3 309,16 3579,97
Nov 229, 1638,63 9304,5 45,5 324,87 3904,84
Dez 346 2471,22 11775,72 35,87 256,11 4160,95
Total 1649 11775,72 582,77 4160,95
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86
A Figura 5.8 mostra o diagrama de massas obtido com o uso da Tabela 5.25
Figura 5.8 - Diagrama de Rippl.para precipitações médias mensais
Os pontos destacados na curva dos volumes acumulados correspondem aos pontos
em que há uma mudança na inclinação de retas tangentes a eles em relação à inclinação de
tangentes traçadas nos pontos correspondentes na curva de demanda acumulada, ou seja,
caracterizam o início e o final do período em que a demanda é maior que o volume
afluente ao gramado por meio da precipitação (período de estiagem).
Sendo assim, por meio da diferença entre a demanda (volume necessário para
atender as necessidades do gramado) e o volume (volume de chuva disponível para o
gramado) acumulados no período, conclui-se que é necessário um reservatório de
aproximadamente 760 m
3
para suprir a demanda de água do gramado no período de
estiagem.
Diagrama de Rippl para precipitações médias mensais
6030,14
6336,43
1790,98
2856,98
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Meses
m3
Vol. de chuva acumulado
Demanda acumulada
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87
5.5.2 - Diagrama de Rippl para o ano com menor precipitação total anual
De acordo com a Tabela 5.4, que mostra os valores de precipitações anuais da série
histórica registrada na estação pluviométrica de Saramenha, observa-se que, no período de
1982 a 2004, o ano de 1990 foi o que apresentou o menor valor de precipitação total anual,
sendo este de 1021 milímetros.
A Tabela 5.26 mostra os dados para a construção do diagrama de massas de Rippl
para o gramado, utilizando-se as alturas pluviométricas registradas no ano de 1990.
Tabela 5.26 - Dados para a construção do digrama de massas de Rippl/Ano com menor precipitação total
anual (1990)
Meses P (mm) Vol. de chuva (m
3
)
Vol. de chuva
acumulado
(m
3
)
ETc
(mm)
Demanda
(m
3
)
Demanda
acumulada
(m
3
)
Coluna
1
Coluna
2
Coluna
3
Coluna
4
Coluna
5
Coluna
6
Coluna
7
Jan 93,6 668,3 668,3 55,76 398,12 398,12
Fev 141,4 1010 1678,3 52,05 371,63 769,75
Mar 109,9 784,68 2462,98 42,9 306,3 1076,05
Abr 75 535,5 2998,48 51,93 370,78 1446,83
Mai 61,9 442 3440,48 48,2 344,15 1790,98
Jun 12,4 88,53 3529 47,47 338,93 2129,91
Jul 30,7 219,2 3748,21 49,67 354,65 2484,56
Ago 54,4 388,4 4136,61 52,16 372,42 2856,98
Set 44,9 320,58 4457,19 57,96 413,83 3270,81
Out 69,8 498,37 4955,56 43,3 309,16 3579,97
Nov 159,4 1138 6093,56 45,5 324,87 3904,84
Dez 167,6 1196,6 7290,16 35,87 256,11 4160,95
Total 1021 7290,16 582,77 4160,95
A Figura 5.9 mostra o diagrama de massas obtido com o uso da Tabela 5.26.
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88
Figura 5.9 - Diagrama de Rippl para ano com menor precipitação total anual/1990
De acordo com a mesma definição exposta no item 5.5.1, o volume do reservatório
pode ser obtido a partir da diferença entre a demanda e o volume acumulados no período
de estiagem, que, de acordo com a Figura 5.9, começa no mês de maio e termina no mês de
agosto. Portanto, pode-se concluir que, para os dados de precipitação utilizados, é
necessário um reservatório de aproximadamente 370 m
3
para suprir a demanda de água do
gramado nos meses de estiagem.
Apesar de o ano de 1990 ter apresentado o menor valor de precipitação total anual
no período analisado, o diagrama de Rippl mostrou que, para os valores de precipitações
mensais desse ano, o volume do reservatório para garantir a demanda de água do gramado
nos meses de estiagem é menor que o obtido para os valores médios de precipitação para o
mesmo período. Isso mostra que nem sempre o ano com a menor precipitação total é o ano
que apresenta a maior estiagem, indicando uma distribuição mais uniforme das chuvas
durante o ano, fazendo com que o déficit hídrico nos meses em que tradicionalmente
ocorre estiagem seja menor que a média.
Diagrama de Rippl / Ano de 1990
4136,61
3440,48
2856,98
1790,98
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Meses
m3
Vol. De chuva acumulado
Demanda acumulada
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89
5.5.2 - Diagrama de Rippl para o ano com maior período de estiagem
De acordo com a Tabela 5.4, que mostra os valores de precipitações anuais da série
histórica registrada na estação pluviométrica de Saramenha, observa-se que, no período de
1982 a 2004, o ano de 1999, com uma precipitação total anual de 1314 milímetros, foi o
que apresentou a maior estiagem, com precipitação acumulada entre os meses de maio a
agosto de 5,5 milímetros. A Tabela 5.27 mostra os dados para a construção do diagrama de
massas de Rippl para o gramado, utilizando-se as alturas pluviométricas registradas no ano
de 1999.
Tabela 5.27 - Dados para a construção do digrama de massas de Rippl/Ano com maior estiagem (1999)
Meses P (mm) Vol. de chuva (m
3
)
Vol. de chuva
acumulado
(m
3
)
ETc
(mm)
Demanda
(m
3)
Demanda
acumulada
(m
3
)
Coluna
1
Coluna
2
Coluna
3
Coluna
4
Coluna
5
Coluna
6
Coluna
7
Jan 152,9 1092 1092 55,76 398,12 398,12
Fev 120,2 858,2 1950 52,05 371,63 769,75
Mar 336 2400 4350 42,9 306,3 1076,05
Abr 23 164,2 4514,2 51,93 370,78 1446,83
Mai 1,5 10,7 4524,9 48,2 344,15 1790,98
Jun 3,9 27,9 4552,8 47,47 338,93 2129,91
Jul 0,1 0,714 4553,5 49,67 354,65 2484,56
Ago 0 0 4553,5 52,16 372,42 2856,98
Set 37,8 270 4823,5 57,96 413,83 3270,81
Out 87,6 625,5 5449 43,3 309,16 3579,97
Nov 298,6 2132 7581 45,5 324,87 3904,84
Dez 252,8 1805 9386 35,87 256,11 4160,95
Total 1314,4 9386 582,77 4160,95
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90
A Figura 5.10 mostra o diagrama de massas obtido com o uso da Tabela 5.27.
Figura 5.10 - Diagrama de Rippl para o ano com maior estiagem/1999
Portanto, de acordo com os valores destacados na Figura 5.10 pode-se concluir que,
para os dados de precipitação utilizados, é necessário um reservatório de aproximadamente
1515 m
3
para suprir a demanda de água do gramado nos meses de estiagem, sendo esse
valor praticamente duas vezes maior do que o volume do reservatório obtido para as
precipitações mensais médias no período considerado.
Além de apresentar o menor valor de precipitação acumulada entre os meses de
maio a agosto (período médio em que ocorre a estiagem), no ano de 1999, o período de
estiagem foi maior em relação à média, começando no mês de abril e terminando no mês
de setembro.
Diagrama de Rippl / Ano de 1999
4514,2
4823,5
3270,81
1446,83
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Meses
m3
Vol. de chuva acumulado
Demanda acumulada
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91
5.6 - Discussões
De acordo com os dados apresentados na Tabela 5.8, que mostra os volumes
mensais médios de água de chuva possíveis de serem captados do telhado do ginásio
poliesportivo do CEDUFOP, pode-se observar que os meses de dezembro e janeiro
conseguem, independentemente entre si, fornecer o volume de chuva médio necessário
para satisfazer a demanda média do gramado nos meses de estiagem, de cerca de 760 m
3
.
Na Tabela 5.28 são mostrados os volumes mensais e totais anuais de chuva
possíveis de serem captados do ginásio, para o ano com menor precipitação total (1990) e
para o ano com maior estiagem (1999).
Tabela 5.28 - Volumes mensais e anuais aproveitáveis/Anos de 1990 e 1999
1990 1999
Meses P (mm) Vol (m
3
) Meses P (mm) Vol (m
3
)
jan 93,6 241,3 Jan 152,9 394,2
fev 141,4 364,7 Fev 120,2 310
mar 109,9 283 Mar 336 866,3
abr 75 193,4 Abr 23 59,3
mai 61,9 159,6 Mai 1,5 3,9
jun 12,4 32 Jun 3,9 10
jul 30,7 79,2 Jul 0,1 0,25
ago 54,4 140,3 Ago 0 0
set 44,9 115,7 Set 37,8 97,5
out 69,8 180 Out 87,6 226
nov 159,4 411 Nov 298,6 770
dez 167,6 432 Dez 252,8 652
Total
1021
2632,2 Total
1314,4
3389,45
Por meio dos dados apresentados na Tabela 5.28, observa-se que, nas duas
situações apresentadas, os volumes totais de água aproveitáveis do telhado do ginásio
conseguem suprir a demanda para os reservatórios de, respectivamente, 370 m
3
e 1515 m
3
.
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92
Ø Adoção de sistema de auto-limpeza para a água de chuva
Apesar de os resultados obtidos com as análises dos parâmetros de qualidade da
água de chuva mostrarem que a água é apropriada ao emprego de irrigação do gramado, os
valores de outros parâmetros não analisados são desconhecidos. Portanto, por medida de
segurança em relação a eventuais problemas na qualidade da água captada e problemas
operacionais que impurezas presentes na água possam causar, é recomendável a utilização
de um sistema de auto-limpeza, que evite a chegada do first flush ao reservatório.
Existem diversos tipos de sistemas de auto-limpeza, manuais ou automáticos. A
escolha de determinado sistema deve ser feita com base em questões financeiras e
operacionais e também levar em consideração o uso final da água de chuva.
É recomendado o descarte de uma parcela correspondente aos primeiros 1 a 2
milímetros de chuva. Considerando-se que a área do telhado do ginásio é de 3195 m
2
, e
adotando-se o descarte de 2 milímetros iniciais de chuva, conclui-se que o reservatório de
auto-limpeza deve ter um volume de aproximadamente 6,5 m
3
.
O reservatório de auto-limpeza deve ser esvaziado e limpo regularmente, sempre
após períodos sem a ocorrência de precipitação. Outra medida que deve ser adotada para se
garantir uma boa qualidade de água de chuva é captá-la durante os meses de maior
incidência de precipitação.
Ø Localização do reservatório
A área sugerida para a construção do reservatório foi a localizada ao lado do
ginásio poliesportivo, por não ter uso previsto para outros fins, por estar em cota elevada
em relação à área a ser irrigada e por apresentar grande área superficial. A adoção de um
reservatório enterrado pode garantir o uso futuro dessa área.
A área sugerida para a localização do reservatório é mostrada na Figura 5.11.
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93
Figura 5.11 – Área sugerida para a construção do reservatório
Fonte: Google Earth
Ø Sistema de irrigação por aspersão
A irrigação por aspersão é um método de aplicação de água às plantas em forma de
chuva artificial, por meio de dispositivos especiais, abastecidos com água sob pressão.
Esses dispositivos, denominados aspersores, têm a função de pulverizar os jatos d`água que
saem das tubulações, e devem assegurar uma distribuição adequada da água sobre a
superfície do terreno (GOMES, 1997).
A Figura 5.12 mostra uma representação esquemática de um aspersor e seus
componentes.
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94
Figura 5.12 - Representação esquemática de um aspersor rotativo
Fonte: www.fabrimar.com.br
As empresas fabricantes de aspersores fornecem catálogos que especificam as
características técnicas de cada aspersor. Para cada aspersor, caracterizado pelo diâmetro
dos bocais, se especificam a vazão e o alcance, correspondentes a diversas pressões de
funcionamento (GOMES, 1997). A Tabela 5.29 mostra um exemplo de um catálogo de
aspersor.
Tabela 5.29 - Tabelas de desempenho do aspersor da marca Sempre Verde 360º
Fonte: www.fabrimar.com.br
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95
Segundo dados da Prefeitura do Campus da UFOP, o desnível entre a superfície da
área lateral ao ginásio e o gramado pode fornecer uma pressão de 8 metros de coluna
d`água (m.c.a) ao sistema de irrigação. Sendo assim, um sistema de irrigação com
aspersores de pressão de serviço muito baixa (que operaram com pressão entre 4 e 10
m.c.a) é o mais indicado para a irrigação do gramado, permitindo que a pressão de
funcionamento dos aspersores seja garantida pelo desnível entre o reservatório e o
gramado.
Considerando-se o exemplo de especificações dos aspersores mostrados na Tabela
5.29, observa-se que um reservatório enterrado com profundidade de até 2 metros poderia
fornecer uma pressão próxima à mínima (6 metros de coluna d`´agua) para o
funcionamento do modelo de aspersor disponível.
De acordo com a Tabela 5.8, que mostra os volumes médios mensais e anual que
podem ser captados do telhado do ginásio, cerca de 4200 m
3
de água de chuva poderiam
ser captados. Adotando-se uma profundidade máxima de 2 metros para o reservatório, a
fim de não comprometer o funcionamento do sistema de irrigação, um volume de chuva
muito maior do necessário à utilização no gramado poderia ser captado, na hipótese de
haver a disponibilidade de área superficial.
Reservando-se o volume necessário à irrigação do gramado durante os meses de
estiagem, a água de chuva ainda poderia ser aproveitada em outras atividades tais como:
• utilização em descargas sanitárias;
• lavagens de pisos e equipamentos;
• reserva para prevenção de incêndios;
• rega de jardins e plantas;
• outros fins não-potáveis.
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96
6
ESTUDO DE CASO 2
USO DE ÁGUA DE CHUVA PARA FINS NÃO POTÁVEIS EM
INSTALAÇÕES PREDIAIS HIDROSSANITÁRIAS
6.1 - Caracterização da área de estudo
O conjunto dos Laboratórios da Escola de Minas, localizado no Campus da
Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), é formado por três prédios, sendo eles:
Ø Laboratório do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
(DEMET)
Ø Laboratórios dos Departamentos de Engenharia de Controle e Automação
(DECAT) e de Engenharia de Produção (DEPRO)
Ø Laboratório do Departamento de Engenharia Civil (DECIV)
As Figuras 6.1, 6.2 e 6.3 mostram, respectivamente, as vistas parciais dos prédios
do Departamento da Engenharia Metalúrgica e de Materiais, dos Departamentos das
Engenharias de Controle e Automação e de Produção e do Departamento da Engenharia
Civil. A Tabela 6.1 mostra dados dos prédios, obtidos junto à Prefeitura Universitária da
UFOP.
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97
Figura 6.1 -Vista parcial do prédio do Laboratório do Departamento da Engenharia Metalúrgica e de
Materiais (DEMET)
Figura 6.2 -Vista parcial do prédio dos Laboratórios dos Departamentos das Engenharias de Controle e
Automação e de Produção (DECAT/DEPRO)
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98
Figura 6.3 - Vista parcial do prédio dos Laboratórios do Departamento da Engenharia Civil (DECIV)
Tabela 6.1 - Dados dos prédios dos Laboratórios da Escola de Minas
Telhados DEMET e DECIV
comprimento 62,7 m
largura 22,8 m
altura 7 m
área útil total 1367,5 m
2
Telhado DECAT/DEPRO
comprimento 30 m
largura 22,5 m
altura 7 m
área útil total 600 m
2
Canteiro frontal
área útil total 1140 m
2
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99
6.2 - Previsão do volume de água de chuva
A previsão dos volumes de chuva possíveis de serem captados de cada prédio foi
realizada com base na Equação 5.1:
V = (P * A * C) / 1000
Sendo:
V = volume de chuva aproveitável
P = precipitações mensais médias, obtidas da série histórica observada na estação
pluviométrica de Saramenha, apresentadas na Tabela 5.4
A = área útil do telhado
C = coeficiente de runoff, igual a 0,8
As Tabelas 6.2 e 6.3 mostram, respectivamente, os volumes médios de chuva
possíveis de serem captados dos telhados dos prédios dos Departamentos de Engenharia
Metalúrgica e de Materiais e de Engenharia Civil, e dos Departamentos de Engenharia de
Controle e Automação e de Engenharia de Produção.
Tabela 6.2 - Volumes de chuva aproveitáveis dos prédios do DEMET e do DECIV
DEMET e DECIV
Meses P (mm/mês) V (m
3
/mês)
Jan 338,78 371
Fev 182,77 200
Mar 196,5 215
Abr 78,44 86
Mai 48,08 52,6
Jun 7,83 8,6
Jul 12,9 14
Ago 22,17 24,25
Set 65,83 72
Out 120,37 164,5
Nov 229,5 251
Dez 346,11 378,6
V total (m
3
/ano) 1837,55
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100
Tabela 6.3 - Volumes de chuva aproveitáveis do prédio do DECAT/DEPRO
DECAT/DEPRO
Meses P (mm/mês) V (m3/mês)
Jan 338,78 162,6
Fev 182,77 87,7
Mar 196,5 94,3
Abr 78,44 37,65
Mai 48,08 23
Jun 7,83 3,76
Jul 12,9 6,2
Ago 22,17 10,65
Set 65,83 31,6
Out 120,37 57,8
Nov 229,5 110
Dez 346,11 166,2
V total (m
3
/ano) 791,46
De acordo com as Tabelas 6.2 e 6.3, pode-se concluir que é possível captar,
aproximadamente, 1837 m
3
por ano do telhado do DEMET e do telhado do DECIV (já que
os telhados dos dois prédios possuem áreas iguais) e 791 m
3
por ano do telhado do prédio
do DECAT e DEPRO.
A Figura 6.4 mostra a variação anual dos volumes aproveitáveis de água de chuva
para os três prédios.
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101
Figura 6.4 - Variação anual média dos volumes aproveitáveis de água de chuva para os prédios do DEMET,
DECIV e DECAT/DEPRO
6.3 - Previsão do consumo não-potável de água
O Campus da Universidade Federal de Ouro Preto é abastecido de água por meio de
captação de poços artesianos próprios, não utilizando o sistema municipal de distribuição
de água. Por esse motivo, não existem no Campus hidrômetros e registros de consumo de
água.
Portanto, a fim de estimar o consumo não potável de água nos prédios dos
Laboratórios da Escola de Minas, considerou-se como usos não potáveis o uso de
descargas sanitárias e a irrigação do jardim central. Para estimar o consumo dessas duas
atividades, foi utilizada a Tabela 6.4, que mostra o consumo mensal de água em bacias
sanitárias em função do número de pessoas que utilizam o prédio diariamente e o consumo
de um gramado em função da área.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Meses
Volumes aproveitáveis de água de chuva (m3)
DECIV e DEMET
DECAT/DEPRO
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102
Tabela 6.4 - Consumo específico de água em bacias sanitárias e irrigação de gramados
Consumo em bacias
sanitárias em função do
nº de funcionários
Consumo de
gramados em função
da área
pessoas. consumo/mês área consumo/mês
nº m
3
m
2
m
3
5 5 50 1
10 9 100 2
15 14 150 2
20 18 200 3
25 23 250 4
30 27 300 5
35 32 350 6
40 36 400 6
45 41 450 7
50 45 500 8
55 50 550 9
60 54 600 10
65 59 650 10
70 63 700 11
75 68 750 12
80 72 800 13
85 77 850 14
90 81 900 14
95 86 950 15
100 90 1000 16
Fonte: Adaptada de TOMAZ, 2003
A Tabela 6.5 mostra o número de funcionários e o número médio de estudantes que
utilizam os prédios diariamente, fornecidos pelas Secretarias dos Departamentos da
Engenharia Metalúrgica e de Materiais, da Engenharia de Controle e Automação, da
Engenharia de Produção e da Engenharia Civil.
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103
Tabela 6.5 - Número de pessoas que diariamente utilizam os prédios dos Laboratórios da Escola de Minas
nº de funcionários nº médio de estudantes Total
DEMET 12 60 72
DECAT/DEPRO 4 60 64
DECIV 8 60 68
Fonte: Secretarias dos departamentos DEMET, DECAT, DEPRO e DECIV
A Tabela 6.6 mostra os valores aproximados do consumo de água em bacias
sanitárias para os três prédios e o consumo na irrigação do jardim central. Os valores de
consumo anual em descargas sanitárias foram obtidos considerando-se um consumo
constante durante todo o ano; já o valor do consumo anual com irrigação do gramado do
jardim central foi obtido considerando-se que a necessidade de irrigação somente exista no
período compreendido entre os meses de maio e agosto, período em que, historicamente,
ocorre estiagem na região de Ouro Preto - MG.
Tabela 6.6 - Consumo não potável de água nos prédios dos Laboratórios da Escola de Minas.
Consumo aproximado
bacias sanitárias
m
3
/mês m
3
/ano
DEMET 68 816
DECAT/DEPRO 59 708
DECIV 63 756
canteiro frontal
17 64
Conforme a Tabela 6.6, estima-se que os consumos não potáveis anuais (em
descargas sanitárias) nos prédios do DEMET, do DECAT/DEPRO e do DECIV
representam, respectivamente, 44%, 89% e 41% dos volumes médios possíveis de serem
captados dos respectivos telhados.
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104
6.4 - Dimensionamento dos reservatórios para captação de água de chuva
O dimensionamento dos reservatórios para cada prédio foi realizado por meio do
método de Rippl para demanda constante, descrito por TOMAZ (2003). No item 5.5,
concluiu-se que a situação crítica para o dimensionamento do reservatório ocorre com a
utilização das precipitações mensais registradas no ano que apresentou o maior período de
estiagem (ano de 1999) dentro da série histórica de precipitações observadas de 1982 a
2004 na estação pluviométrica de Saramenha. Portanto, no dimensionamento dos
reservatórios para os prédios dos Laboratórios da Escola de Minas, foram utilizados os
dados de precipitação do ano de 1999.
As tabelas do método de Rippl foram construídas com o uso das seguintes colunas:
Ø Coluna 1: Os meses de janeiro a dezembro
Ø Coluna 2: As precipitações mensais para o ano com maior período de
estiagem (ano de 1999), observadas na estação pluviométrica de Saramenha,
em Ouro Preto/MG
Ø Coluna 3: Os volumes mensais possíveis de serem captados dos telhados de
cada prédios, obtidos por meio da Equação 5.1, utilizando-se as
precipitações mensais do ano de 1999
Ø Coluna 4: As demandas mensais de água para uso em descargas sanitárias,
apresentadas na Tabela 6.6
Ø Coluna 5: Diferença entre volume de chuva e demanda. Os valores positivos
mostram que o volume disponível é maior que a demanda; os valores
negativos mostram que a demanda é maior que o volume disponível
Ø Coluna 6: Diferença entre volumes de chuva e demanda acumulados. São
acumulados os valores negativos, pois são os volumes de água necessários
para satisfazer toda a demanda. O maior valor negativo obtido nesta coluna
representa o volume do reservatório necessário para regularizar a
disponibilidade de água nos meses de estiagem
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105
Ø Coluna 7: Mostra a situação do reservatório em cada mês, por meio das
seguintes legendas:
E = água escoando pelo extravasor (excesso de água)
D = nível da água baixando
S = nível da água subindo
6.4.1 - Prédio do DEMET
A Tabela 6.7 mostra o método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de
água de chuva para o prédio do Laboratório do Departamento de Engenharia Metalúrgica e
de Materiais (DEMET).
Tabela 6.7 - Método de Rippl para dimensionamento do reservatório para o prédio do DEMET
Meses P (mm) Vol. chuva (m
3
) Demanda (m
3
)
Vol. de chuva -
Demanda
(Vol. de chuva -
Demanda) acum.
Situação
Col. 1 Col. 2 Col. 3 Col. 4 Col. 5 Col. 6 Col. 7
Jan 152,9 167,2 68 99,2 E
Fev 120,2 131,5 68 63,5 E
Mar 336 367,5 68 299,5 E
Abr 23 25 68 -43 -43 D
Mai 1,5 1,65 68 -66,35 -109,3 D
Jun 3,9 4,3 68 -63,7 -173 D
Jul 0,1 0,1 68 -67,9 -241 D
Ago 0 0 68 -68 -309 D
Set 37,8 41,4 68 -26,6
-335,5
D
Out 87,6 95,8 68 27,8 -307,7 S
Nov 298,6 326,5 68 258,5 -49,2 E
Dez 252,8 276,5 68 208,5 159,3 E
1314,4 1437,5 816
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106
De acordo com a tabela, o maior valor negativo (em negrito) obtido na Coluna 6
corresponde ao volume do reservatório necessário para regularizar a disponibilidade de
água nos meses de estiagem, ou seja, aproximadamente 336 m
3
.
6.4.2 - Prédio do DECAT/DEPRO
A Tabela 6.8 mostra o método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de
água de chuva para o prédio dos Laboratórios dos Departamentos de Engenharia de
Controle a Automação e de Engenharia de Produção Materiais (DECAT/DEPRO).
Tabela 6.8 - Método de Rippl para dimensionamento do reservatório para o prédio do DECAT/DEPRO
Meses P (mm) Vol. chuva (m
3
) Demanda (m
3
)
Vol. de chuva -
Demanda
(Vol. de chuva -
Demanda) acum.
Situação
Col. 1 Col. 2 Col. 3 Col. 4 Col. 5 Col. 6 Col. 7
Jan 152,9 73,4 59 14,4 E
Fev 120,2 57,7 59 -1,3 -1,3 D
Mar 336 161,3 59 102,3 101 E
Abr 23 11 59 -48 53 D
Mai 1,5 0,7 59 -58,3 -5,3 D
Jun 3,9 1,8 59 -57,2 -62,5 D
Jul 0,1 0,05 59 -59 -121,5 D
Ago 0 0 59 -59 -180,5 D
Set 37,8 18,2 59 -40,8 -221,3 S
Out 87,6 42 59 -17
-238,3
E
Nov 298,6 143,4 59 84,4 -154 S
Dez 252,8 121,4 59 62,4 -91,2 E
1314,4 708
De acordo com a tabela, o maior valor negativo (em negrito) obtido na Coluna 6
corresponde ao volume do reservatório necessário para regularizar a disponibilidade de
água no período de estiagem, ou seja, aproximadamente 238 m
3
.
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107
6.4.3 - Prédio do DECIV
A Tabela 6.9 mostra o método de Rippl para o dimensionamento do reservatório de
água de chuva para o prédio do Laboratório do Departamento de Engenharia de Civil
(DECIV).
Tabela 6.9 - Método de Rippl para dimensionamento do reservatório para o prédio do DECIV
Meses P (mm) Vol. chuva (m
3
) Demanda (m
3
)
Vol. de chuva -
Demanda
(Vol.de chuva -
Demanda) acum.
Situação
Col. 1 Col. 2 Col. 3 Col. 4 Col. 5 Col. 6 Col. 7
Jan 152,9 167,2 63 104,2 E
Fev 120,2 131,5 63 68,5 E
Mar 336 367,5 63 304,5 E
Abr 23 25 63 -38 -38 D
Mai 1,5 1,65 63 -61,35 -99,3 D
Jun 3,9 4,3 63 -58,7 -158 D
Jul 0,1 0,1 63 -62,9 -221 D
Ago 0 0 63 -63 -284 D
Set 37,8 41,4 63 -21,6
-305,6
D
Out 87,6 95,8 63 32,8 -272,8 S
Nov 298,6 326,5 63 263,5 -9,3 E
Dez 252,8 276,5 63 213,5 204,2 E
1314,4 1437,5 756
Da mesma forma como exposto nos itens anteriores, o volume de reservatório para
o prédio do DECIV deve ser de aproximadamente 306 m
3
.
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108
6.5 - Discussões
Conforme apresentado anteriormente, são necessários reservatórios para água de
chuva de 335 m
3
, 238 m
3
e 305 m
3
para garantir a regularização do suprimento da
demanda de água não potável (uso em descargas sanitárias), respectivamente, nos prédios
dos Laboratórios dos Departamentos de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, de
Engenharia de Controle e Automação e Engenharia de Produção, e de Engenharia Civil.
Com o objetivo de preservar a qualidade da água a ser armazenada e evitar
problemas operacionais no reservatório e no sistema de distribuição da água, devem ser
adotados reservatórios de auto-limpeza, com dimensões de 3 m
3
para os prédios do
DEMET e DECIV, e de 1,5 m
3
para o prédio do DECAT, considerando um descarte inicial
de 2 mm de chuva.
Devido à quantidade de água captável dos telhados, esse descarte de água não
compromete o abastecimento dos reservatórios de acumulação.
A demanda de água com irrigação do gramado do jardim central, no conjunto dos
prédios, foi estimada em 64 m
3
, nos meses de estiagem (maio a agosto). Para satisfazer
essa demanda, é recomendado o acréscimo desse volume em algum dos reservatórios
obtidos anteriormente, de preferência nos reservatórios dos prédios do DEMET ou do
DECIV, por apresentarem um maior volume de água de chuva disponível para captação,
não prejudicando, assim, a disponibilidade de água para ser utilizada nos prédios.
Devido às dimensões dos telhados, principalmente dos telhados dos prédios dos
laboratórios do DEMET e do DECIV, que possuem a mesma área útil, o volume de água
de chuva captável é bem maior do que a demanda para o uso em descargas sanitárias.
Sendo assim, outros usos não potáveis podem ser identificados nesses prédios.
Desta forma, o aproveitamento de água de chuva para fins não potáveis nos prédios
dos Laboratórios da Escola de Minas é viável, em termos da disponibilidade de água para
aproveitamento, sendo que a viabilidade técnica e financeira fica dependente da
disponibilidade de área para a instalação dos reservatórios.
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109
7
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Ambos os estudos de caso realizados com o objetivo de se avaliar a viabilidade do
aproveitamento de água de chuva para fins não potáveis no Campus da Universidade
Federal de Ouro Preto sugerem que a aplicação dessa técnica pode ser eficiente, em termos
qualitativos e quantitativos, restando analisar as questões financeiras envolvidas na
aplicação prática dos sistemas de aproveitamento da água de chuva.
As análises da qualidade da água de chuva demonstraram que a mesma possui
características compatíveis com os usos previstos neste trabalho, além de ser própria
também para outros usos diversos.
As características das precipitações observadas na região de Ouro Preto, cujo valor
total anual médio foi estimado em 1649 milímetros, mostraram que é possível captar-se
grandes volumes de água de chuva. No Campus da Universidade Federal de Ouro Preto, a
existência de telhados de grandes dimensões permite a coleta de volumes de água de chuva
muito superiores às demandas estimadas no estudo de caso para o uso de água para
irrigação de gramado e no estudo de caso para aproveitamento de água de chuva para usos
não potáveis em instalações prediais hidrossanitárias.
Em ambos estudos de caso realizados, foram dimensionados reservatórios para
acumulação da água de chuva para fins de aproveitamento para a situação considerada
crítica, ou seja, os volumes dos reservatórios foram obtidos com a utilização de alturas
pluviométricas observadas no ano da série histórica de precipitações utilizada que
apresentou o maior período de estiagem. Com isso, grandes volumes para os reservatórios
foram obtidos, de forma a garantir o suprimento de água de chuva nessa situação.
No entanto, levando-se em consideração os usos previstos para a água de chuva no
presente trabalho, observa-se que esta situação pode não ser a mais adequada, pois, para a
adoção destes reservatórios, seriam necessárias grandes áreas superficiais. Sugere-se,
portanto, a adoção de reservatórios de menores volumes, complementando-se o suprimento
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110
de água para os fins previstos (caso haja a necessidade) com água proveniente do sistema
de abastecimento utilizado no Campus da Universidade Federal de Ouro Preto.
De acordo com a metodologia apresentada neste trabalho, outras aplicações da
técnica de aproveitamento de água de chuva poderiam ser previstas no Campus da
Universidade Federal de Ouro Preto. No entanto, apesar de ter-se comprovado a
viabilidade (em termos de qualidade e quantidade de água) dos sistemas de
aproveitamento de água de chuva no Campus, sua aplicação direta fica dependente da
disponibilidade de área superficial para a construção dos reservatórios (o que muitas vezes
pode tornar projetos de captação de água de chuva inviáveis), e de análises de viabilidade
financeira.
Visando a redução nos custos envolvidos na aplicação dos sistemas, sugere-se a
realização de estudos adicionais, relativos aos aspectos construtivos para os reservatórios,
tais como estudos sobre a escolha das áreas para localização dos reservatórios (como por
exemplo, a busca por áreas que apresentem solo com baixa permeabilidade, a fim de se
reduzir a necessidade de utilização de material na construção dos mesmos), e estudos
sobre a utilização de materiais que apresentem custos reduzidos.
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111
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