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DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA HIDRÁULICO PREDIAL PARA REÚSO DE
ÁGUAS CINZAS EM UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL
Patrick Gonçalves da Silva UBERLÂNDIA DEZEMBRO 2017 Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: André Luiz de Oliveira
UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA HIDRÁULICO PREDIAL PARA REÚSO DE
ÁGUAS CINZAS EM UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL
Patrick Gonçalves da Silva Prof Dr André Luiz de Oliveira. Faculdade de Engenharia Civil Coordenadora do Curso de Engenharia Civil Vanessa Cristina de Castilho Uberlândia - MG Dezembro – 2017
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais, Tarcísio e Sileimar, por apoiarem meu sonho, e possibilitar que ele fosse facilitado de todas maneiras possíveis. Sou grato também à toda minha família que sempre conversou e apoiou, com conversas e experiências para que essa etapa fosse concluída de maneira mais fácil. Gratifico à todos professores que tive em minha vida, em especial à Jane Pedrosa Franco que me inspirou a escolher o curso de engenharia civil, ao professor André Luiz de Oliveira, que me apresentou o tema e me ajudou com sua experiência profissional e com seu amor ao ensino, transmitindo assim conhecimentos sobre a Engenharia Civil, fazendo com que eu queira aprender mais e nunca deixe de estudar essa área. Por fim, sou grato todos os meus amigos que me ajudaram durante o período de trabalho de conclusão na troca de informações, nas opiniões sobre o projeto que proporcionaram meu crescimento pessoal e profissional.
RESUMO
O aumento da demanda hídrica atribuída pelo crescimento populacional e pela poluição de mananciais em consequência do lançamento de águas residuárias vêm afetando os recursos hídricos em termos quantitativos e qualitativos. Os problemas acarretados pela falta de água potável variam em retardo no progresso, limitação de atividades econômicas e menor qualidade de vida. Uma alternativa para esses problemas hídricos é o reúso da água na edificação. A reutilização pode ser dada pelas águas cinzas que são águas servidas provenientes de pontos da edificação como: chuveiros, lavatórios de banheiros, máquinas de lavar roupa, excluindo águas provenientes de pias de cozinha e vasos sanitários em função da necessidade de um maior nível de tratamento. Com um tratamento correto, essas águas ao invés de serem despejadas no esgoto doméstico podem obter outras funções como uso em descargas de sanitários, lavagem de carro, rega de jardins, uso em mictórios e lavagem de calçadas reduzindo a água despejada nos mananciais. A proposta deste trabalho é, portanto, o estudo da concepção e dimensionamento de um sistema de armazenamento e distribuição de água de reúso de água servida para uma edificação situada na cidade de Uberlândia-MG. Com implantação do sistema de aproveitamento de água servida foi encontrada uma economia aproximada de 2 1 % de água potável para a edificação estudada. Palavras-chave: Potável, reúso, águas cinzas, chuveiros, lavatório, sanitários.
Sumário
10 Considerações sobre as Instalações prediais de água fria com aproveitamento de água cinza
- 1 Introdução
- 2 Reúso da água
- 3 Classificação da água quanto à cor
- 4 Águas cinzas
- 4.1 Riscos na utilização de água cinza..........................................................................
- 4.2 Métodos de alerta para os usuários de água de reúso
- 5 Legislações sobre o uso de água cinzas
- 5.1 ABNT NBR 13.969:1997
- 5.1.1 Manutenção do sistema
- 5.2 Considerações técnicas
- 5.3 Requisições para o uso de água cinzas de acordo com a finalidade
- 6 Componentes de um sistema de água cinzas
- 7 Demanda de água cinza na edificação
- 8 Algumas características da água servida
- 8.1 Qualidade da água nos vasos sanitários
- 8.2 Qualidade das águas cinzas
- 8.2.1 Parâmetros físicos das águas cinzas
- 8.2.2 Parâmetros químicos
- 8.2.3 Parâmetros biológicos
- 9 Tratamento de águas cinzas
- 9.1 Técnicas de tratamento
- 9.2 Exemplos de sistemas de tratamento
- 9.2.1 Filtro de múltiplas camadas
- 9.2.2 Sistema “Zona de raízes”
- 9.2.3 Estações compactas
- 9.2.4 Septodifusor ou vales de infiltração
- 10.1 Consumo de água
- 10.2 Dimensionamento do sistema
- 10.2.1 Consumo de água potável
- 10.2.2 Estimativa da produção de água cinza
- 10.2.3 Dimensionamento das tubulações
- 10.2.4 Sistema de recalque................................................................................
- 11 Dimensionamento das tubulações de coleta e afastamento de água servida
- 12 Escolha do sistema de tratamento de águas cinzas
- 13 Conclusão
- 14 Referências
- Anexo A....................................................................................................................................
- Anexo B
- Anexo C
- Anexo D....................................................................................................................................
- Anexo E
- Anexo F
- Figura 01: Estimativa de conservação da água a partir de diferentes alternativas. Lista de figuras
- e ao acesso ao público. Figura 02: Riscos relativos associados à fonte de água cinza, aos métodos de irrigação, aos usos
- sanitários de um hotel em Macaé (RJ). Figura 03: Identificação da água de reúso (águas cinzas tratadas) utilizada nas descargas
- Figura 0 4 : Opção de reúso de águas cinzas
- Figura 05: Sistema de reúso direto para irrigação
- Figura 06: Classificação dos poluentes presentes nas águas residuárias
- Figura 07: Etapas de uma estação de tratamento de esgoto
- tratamento sanitário. Figura 08: Conversão biológica da matéria orgânica em um sistema aeróbio e anaeróbio para
- Figura 09: Processos de desinfeção em esgotos sanitários.
- reúso. Figura 10: Filtros de múltiplas camadas utilizados para o tratamento águas cinza destinadas ao
- Figura 11: Clorador de água desenvolvido pela Embrapa
- Figura 12: Demonstração do sistema de Zona de raízes.
- Figura 13: Sistema Mizumo Family.
- Figura 14: Tratamento com Septodifusor.
- Figura 15: Esquema ilustrativo de um sistema de reúso de água.
- Figura 1 6 : Reservatório inferior da edificação
- Figura 17: Reservatório superior da edificação
- Figura 18: Sistema de água fria de um dos banheiros
- Figura 1 9 : Curvas da bomba.....................................................................................................
- Figura 20 : Canalização de esgoto do banheiro tipo 1.
- Figura 21 : Canalização de esgoto do banheiro tipo 2.
- Tabela 01: Classificação dos parâmetros de qualidade da água segundo os reúsos previstos. Lista de tabelas
- Tabela 0 2 : Consumo de água em cada aparelho doméstico.
- Tabela 03: Parâmetros físicos das águas cinzas para o Brasil.
- Tabela 04: Parâmetros de DBO e DQO....................................................................................
- Tabela 05: Parâmetro de compostos de nitrogênio..
- Tabela 05: Parâmetros de fósforo total.
- Tabela 07: Parâmetros químicos.
- Tabela 08: Parâmetros patogênicos.
- Tabela 09: possíveis conteúdos presentes nos aparelhos domésticos.......................................
- Tabela 10: exemplo de estações de tratamento de águas cinzas no Brasil.
- Tabela 11: Tratamento para cada variação de poluentes.
- Tabela 12: Dados da edificação.
- Tabela 13: Demanda de água não potável na edificação
- Tabela 14 – Consumo estimado de água servida por aparelho sanitário
- Tabela 15: Vazão nos pontos de utilização dos aparelhos sanitários.
- referente ao banheiro tipo 1. Tabela 1 6 : Dimensionamento de água fria não potável para os apartamentos da cobertura,
- de aço-carbono, galvanizado ou não) Tabela 17 Perda de carga em conexões – comprimento equivalente para tubos rugosos (tubos
- plástico, cobre ou liga de cobre) Tabela 18 Perda de carga em conexões – comprimento equivalente para tubos lisos (tubos de
- Tabela 19 : Comprimento equivalente de sucção.
- Tabela 2 0 : Comprimento equivalente de sucção.
- Tabela 21: Tabela de seleção.
- mínimo dos ramais de descarga. Tabela 22: Unidades de Hunter de contribuição dos aparelhos sanitários e diâmetro nominal
- Tabela 23: Dimensionamento do tubo de queda.
- Tabela 24: Unidades de Hunter de contribuição de cada tubo de queda da edificação.
Para postergar ou evitar problemas futuros causados pela falta de água, algumas soluções podem ser adotadas como por exemplo a implantação de sistema de tratamento de água servida em edificações para substituição de parte da água potável, em locais onde pode ser utilizada água de qualidade inferior. Desta forma, consequentemente, é reduzida a demanda de água dos mananciais, bem como a quantidade de esgoto lançado nesses corpos de água. Essa água pode ter fins menos nobres, que não demandam água potável, como a lavagem de pisos, calçadas, carros, descargas em vasos sanitários, rega de jardins dentre outros, obedecendo padrões de qualidade para cada fim aferido para essa água de reúso. O Objetivo desse trabalho é apresentar as características de um sistema com água de reuso. Posteriormente foi feito o dimensionamento de um sistema predial de água fria, sistema predial de esgoto, sistema predial de abastecimento por recalque e a apresentação de um sistema de tratamento. 2 Reúso da água O reúso da água vem se tornando uma boa alternativa sustentável que após um tratamento adequado possibilita sua reutilização de diversas maneiras, cada um de acordo com a qualidade do tratamento. A reutilização de água pode resultar em economia de agua potável, economia de energia elétrica e menor produção de esgoto sanitário, por fim, essa reciclagem da água resulta na preservação de água de mananciais, pois reduz a quantidade de água captada e a quantidade do lançamento de esgotos sanitários. Um estudo feito por Tomaz (2001), expresso na Figura 01, estima que a reciclagem e reúso da água pode conservar 7% da água de todo desperdício causado. Figura 01 : Estimativa de conservação da água a partir de diferentes alternativas. Fonte: Tomaz ( 2001 ).
A utilização de uma fonte não potável para um fim pouco nobre se torna uma solução plausível, possibilitando que a população possa utilizar água de diferentes graus de qualidade, não desperdiçando águas nobres com ações que não demandam tal. Esta medida aumenta reduz as vazões de águas residuárias. Há estudos que ditam que construções que utilizam fontes alternativas para o consumo de água alcançam uma economia de 15 a 30% de água potável (Gonçalves, 2006). As características físicas, químicas e microbiológicas são os parâmetros fundamentais para controle da qualidade da água objetivando-se atender as funções desejadas. 3 Classificação da água quanto à cor Conforme Gonçalves (2006) as águas não potáveis dentro de uma edificação podem ser classificadas como:
- Águas azuis: Efluentes provindos de águas de chuvas;
- Águas cinzas: Águas servidas provenientes de pias, chuveiros, etc. excluindo efluentes provindos de vaso sanitário e pia de cozinha;
- Águas amarelas: Efluente representado somete pela urina;
- Águas marrons e negras: Efluente constituído por águas fecais e pia de cozinha; O tópico seguinte traz mais informações sobre a água cinza, objeto do presente estudo. 4 Águas cinzas As águas cinzas de uma edificação são águas que utilizadas em diversos pontos de consumo como chuveiros, lavatórios de banheiro, máquina de lavar e tanque de roupas. Em função da presença de óleos e gorduras alguns autores não consideram água da cozinha como águas cinzas, mas como águas negras; no presente trabalho também será utilizada essa denominação. A água cinza contém componentes do uso de sabão ou de outros produtos para lavagem do corpo, de roupas ou de limpeza em geral. Suas propriedades variam de acordo com a qualidade da água potável de abastecimento, tipo da rede de distribuição (tanto da água potável quanto da água de reúso), localização, nível de ocupação da residência, faixa etária, estilo de vida, classe social, costume dos moradores e o tipo de aparelho que são fontes para obtenção da água cinza (Gonçalves, 2006). O tratamento de águas cinzas para fins não potáveis é mais simples quando comparado com o sistema tratamento de águas negras, entretanto, caso haja a intenção de se utilizar essa
apresentam uma boa drenagem. Compostos químicos utilizados em higiene pessoal e limpeza doméstica podem causar danos ao solo e plantas, como os surfactantes presentes em detergentes sintéticos, destacando-se, que as águas cinzas utilizadas para irrigação podem proporcionar efeitos negativos (Gonçalves 2006). Dentre os efeitos negativos Gonçalves destacou quatro principais.
- Alteração na parte estrutural do solo, possibilitando a diminuição de vazios e reduzindo a capacidade drenante;
- Alteração do pH original do solo, sendo agressiva para espécies sensíveis;
- Aumentar a probabilidade de poluição de corpos de água e subterrâneos;
- Salinização do solo com baixa drenagem. Os riscos devido à um reúso direto está descrito na Figura 02 , no qual mostra os riscos referentes às fontes de utilização, métodos de irrigação, aos tipos de uso e para casos que essa água tenha acesso ao público. Figura 02 : Riscos relativos associados à fonte de água cinza, aos métodos de irrigação, aos usos e ao acesso ao público. Fonte: Gonçalves ( 2006 ). 4. 2 Métodos de alerta para os usuários de água de reúso Como as águas cinzas após o tratamento são não potáveis é necessário que o usuário saiba desse fato e das propriedades da água, evitando assim problemas a partir do seu contato ou consumo, pois em projeto essa água é semelhante às águas potáveis visualmente falando, pois após o tratamento essa água apresentará baixa turbidez, cor imperceptível, ausência de odor ou qualquer composto com aspecto desagradável (Gonçalves, 2006). Com isso é necessária uma boa sinalização na edificação para alertar as pessoas que utilizarão a água para não haver o uso indevido. Um exemplo são cartazes que um hotel de Macaé colocou em suas
construções, alertando que as águas utilizadas nos vasos sanitários são provenientes de águas cinzas tratadas, a Figura 03 apresenta o cartaz que esse hotel utilizou. Figura 03 : Identificação da água de reúso (águas cinzas tratadas) utilizada nas descargas sanitários de um hotel em Macaé (RJ). Fonte: Gonçalves ( 2006 ). 5 Legislações sobre o uso de água cinzas Algumas legislações auxiliam o profissional e o usuário a executar um sistema mais correto de águas cinzas com normas ou outros meios de informação para evitar que o sistema venha a causar problemas para a sociedade. Alguns desses documentos são oficiais, outros não, cabendo ao usuário saber filtrar a fonte mais correta de explicações. 5 .1 ABNT NBR 13. 969 : A norma brasileira ABNT NBR 13. 969 :1997 contempla projeto, construção e operação de tanques sépticos. O item 5.6 da norma trata de água para reúso local, destacando que o este deve ser planejado para haver um uso seguro e racional, minimizando custos de implantação e operação. Para o planejamento do sistema de tratamento e dimensionamento de esgoto devem ser previstos os usos do esgoto tratado, volume de esgoto a ser reutilizado, grau de tratamento necessário, sistema de reservação e distribuição e por fim, manual de operação e treinamento de responsáveis. Todos pontos do sistema de reservação devem ser identificados de modo claro e inconfundível para não ocorrer uso errôneo ou mistura com água potável, observando alguns aspectos do sistema:
Tabela 01 : Classificação dos parâmetros de qualidade da água segundo os reúsos previstos. Fonte: Oliveira et al (200 7 ). A revista Téchne, edição 133 de 2008, traz em seu conteúdo uma classe atribuída pelo SINDUSCON-SP não abordada na ABNT NBR 13.969, nesta, tem-se a utilização da água para resfriamento de aparelhos de ar condicionado, a água nesse caso deve atender as exigências mínimas de não apresentar mau cheiro, não ser abrasiva, não manchar superfícies, não deteriorar máquinas e não formar incrustações. Por fim duas Leis preveem o reúso de água em uso predial que são as leis: Lei Nº 10.785/2003 - Curitiba/PR e Lei Nº 6.345/2003 - Maringá/PR Segundo o NSW HEALTH apud GONÇALVES (2002, 2006), algumas considerações devem ser analisadas quando for utilizar águas de reúso:
- O contato direto, humano e animal, com a água cinza, deve ser evitado;
- Em caso de reúso da água cinza na descarga sanitária, um tratamento prévio incluindo uma etapa de desinfecção deve ser providenciado;
- Evitar a irrigação de culturas agrícolas cujo produto possa ser ingerido cru;
- Evitar a interconexão das redes de água potável e de água de reúso;
- Evitar a estocagem de água cinza bruta (sem tratamento prévio com desinfecção);
- Identificar criteriosamente as redes de água potável e de água de reúso. Já segundo a Aliança para conservação de água do Estado do Arizona nos EUA apud GONÇALVES (1999, 2006) deve manter as seguintes diretrizes no sistema de águas cinzas:
- Caso não haja reúso, as águas cinzas devem ser dispostas subsuperficialmente no solo;
- O sistema de reúso deve ser concebido para que a operação ocorra sem o contato humano e animal com a água cinza, exceto em casos de manutenção;
- O sistema de reúso não pode permitir o ingresso de águas cinzas no sistema de drenagem pluvial;
- A reprodução de mosquitos deve ser evitada em todas as etapas componentes do sistema de reúso;
- Recomenda-se a irrigação de árvores frutíferas, cujo fruto não entre em contato com a água de reúso;
- Nas áreas onde ocorre irrigação superficial com água de reúso, recomenda-se uma criteriosa sinalização que evite o acesso de pessoas ao local. Segundo Oliveira ( 2007 ) um requisito básico para dimensionamento do sistema são fácil operação, monitoramento e manutenção. 5 .3 Requisições para o uso de água cinzas de acordo com a finalidade O tratamento das águas cinzas é necessário por diversos fatores relacionados à exigência de qualidade mínima para água não potável. Segundo SINDUSCON (2005) alguns pontos devem ser atendidos após o tratamento da água, de acordo com suas finalidades (lavagem de pisos, rega de jardins, uso em descargas sanitárias, lavagem de veículos, lavagem de roupas, recreação ou uso ornamental), essas características são:
- Uso de águas cinzas para rega de jardim e lavagem de pisos
- Não deve apresentar odores desagradáveis;
- Não deve conter componentes que agridam as plantas ou que estimule o crescimento de pragas;
- Não deve ser abrasiva;
- Não deve manchar superfícies;
- Não deve apresentar risco de infecções ou contaminação por vírus ou bactérias prejudiciais à saúde humana.
- Uso de águas cinzas para descarga em vasos sanitários
- Deverá contemplar restrições do item 1;
