DÉBORA PATRÍCIA BATISTA DA ROCHA SISTEMA DE REUSO DE ÁGUA PROVENIENTE DE APARELHOS DE AR CONDICIONADOS PARA FINS NÃO POTÁVEIS: ESTUDO DE CASO APLICADO AO CENTRO DE TECNOLOGIA DA UFRN NATAL-RN 2017 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
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DÉBORA PATRÍCIA BATISTA DA ROCHA SISTEMA DE … · para a gestão dos recursos hídricos e, consequentemente, fundamental para o desenvolvimento sustentável e enfretamento dos
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DÉBORA PATRÍCIA BATISTA DA ROCHA
SISTEMA DE REUSO DE ÁGUA PROVENIENTE DE
APARELHOS DE AR CONDICIONADOS PARA FINS NÃO
POTÁVEIS: ESTUDO DE CASO APLICADO AO CENTRO DE
TECNOLOGIA DA UFRN
NATAL-RN
2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Débora Patrícia Batista da Rocha
Sistema de reuso de água proveniente de aparelhos de ar condicionados para fins não
potáveis: estudo de caso aplicado ao Centro de Tecnologia da UFRN
Trabalho de Conclusão de Curso na
modalidade Artigo Científico, submetido ao
Departamento de Engenharia Civil da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
como parte dos requisitos necessários para
obtenção do Título de Bacharel em Engenharia
Civil.
Orientador: Prof(a). Dra. Micheline Damião
Dias Moreira
Coorientador: Prof(a). Ma. Isabelly Bezerra
Braga Gomes de Medeiros
Natal-RN
2017
Seção de Informação e Referência
Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede
Rocha, Débora Patrícia Batista da.
Sistema de reuso de água proveniente de aparelhos de ar condicionados para fins
não potáveis: estudo de caso aplicado ao Centro de Tecnologia da UFRN / Débora
Patrícia Batista da Rocha. - 2017.
19 f. : il.
Artigo científico (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Civil. Natal, RN, 2017.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Micheline Damião Dias Moreira.
Coorientadora: Prof.ª Ma. Isabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros.
1. Reuso de água – Artigo científico 2. Sustentabilidade - Artigo científico. 3. Ar
A vegetação presente ao redor da edificação é em sua maioria constituída por grama e
conta com um sistema de irrigação por mangueiras perfuradas. As áreas de irrigação foram
subdivididas em áreas de grama e de vegetação escassa (pequenas plantas de baixa demanda
por água), conforme Figura 5. As áreas de grama foram consideradas em sua totalidade, ao
passo que para as áreas de vegetação escassa julgou-se necessário considerar apenas um
percentual de 10% da respectiva área, uma vez que são regadas com baixa ou nenhuma
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frequência no local. Com auxílio do projeto legal da edificação e trena, foi possível obter a
área total de irrigação calculada em 1140,84 m².
Figura 5 – Áreas de irrigação
Fonte: Adaptado de Queiroz, 2017.
Macintyre (2010) indica a taxa de 1,5 L/m² de água para irrigação de jardim.
Entretanto, optou-se por obter taxa de rega da vegetação presente ao redor da edificação a fim
de adequar o projeto à realidade local. A taxa de irrigação local (L/m²) foi obtida através dos
dados da pressão local, raio de atuação da mangueira, vazão por metro de mangueira e o
tempo de irrigação diário. Após pesquisa, os funcionários da limpeza da edificação indicaram
que o tempo de irrigação é em torno de 10 a 15 minutos com frequência de irrigação diária (5
dias/semana). Após esse intervalo, a mangueira é deslocada para outra área, esse processo
segue até cobrir toda a área de vegetação. Nesse trabalho, adotou-se um valor médio de 12,5
minutos de irrigação.
O espaçamento entre furos da mangueira utilizada para irrigação é de 30 cm e a
pressão de trabalho adotada foi de 5 mca. Com esses dados, obteve-se o raio de atuação e a
vazão por metro de mangueira por consulta ao catálogo do fabricante, os valores encontrados
foram 1,25m e 10,54L/hora.metro, respectivamente (SANTENO, 2014). Dessa maneira, foi
possível obter a área de atuação por metro de mangueira (2,50 m²/metro) e, por conseguinte, o
valor da taxa de irrigação local. A taxa local encontrada e utilizada em projeto foi de 0,88
L/m², valor admissível em comparação ao proposto na literatura.
3.2 Quantificação da vazão dos aparelhos de ar condicionado
Com base no estudo realizado por Pimenta (2016), no qual identificou as vazões (L/h)
para cada tipo de potência de refrigeração (BTU) dos condicionadores de ar presentes no
Centro de Tecnologia da UFRN, foi possível obter um valor médio das vazões. Para isso,
foram realizadas novas medições de vazões no local de estudo de caráter comparativo com os
valores propostos pela literatura. Os materiais utilizados para a obtenção das vazões já
estudadas foram beckers, fichas de anotação e cronômetro. Após as medições, os resultados
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médios das vazões por potência de refrigeração foram obtidos através da média entre os
valores encontrados no local, na literatura e no estudo de Pimenta (2016).
De posse dos dados das vazões médias horárias, foi obtida a produção diária dos
aparelhos. Nessa etapa, foi considerado o tempo de 8 horas de funcionamento diário dos
aparelhos, onde representa o perfil de carga horária dos funcionários públicos (professores,
secretários e assistentes administrativos) do local.
3.3 Análise da qualidade da água
As análises das características físico-químicas e bacteriológicas são de fundamental
importância a fim de indicar se a água contemplará substâncias tóxicas ou microorganismos
patogênicos inviáveis para seu uso e informar a necessidade de tratamento posterior à
captação. Nesse trabalho, foram avaliados os seguintes parâmetros: pH, condutividade,
coliformes termotolerantes e concentração de Alumínio, Cádmio, Chumbo, Cobre, Cromo,
Mercúrio e Zinco. Foram recolhidas amostras para análise de coliformes termotolerantes e
análise físico-química. A coleta da água foi realizada no período da manhã em recipientes
com tampa fornecidos pelo Laboratório de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental e pelo
Núcleo de Processamento Primário e Reuso de Água Produzida e Resíduos (NUPPRAR),
ambos da UFRN.
A análise de coliformes termotolerantes foi determinada através do método da
membrana filtrante em meio de cultura Agar M-FC. O teste baseia-se na filtração de um
volume conhecido de amostra através de uma membrana estéril de poros muito pequenos
(ordem de 0,22μm), que retêm as bactérias na sua superfície. Após a filtragem, a membrana é
transferida ao meio de cultura e o conjunto é incubado em temperatura específica durante 24
horas. Por último, efetua-se a contagem das colônias típicas de coliformes fecais (coloração
azul) e o resultado é expresso em UFC (unidade formadora de colônia)/100ml de água.
A análise da presença de metais foi necessária para identificar se há interferência dos
metais constituintes das tubulações dos aparelhos no processo de condensação da água.
Fortes, Jardim & Fernandes (2015) afirmam que o valor de condutividade é um importante
indicativo da presença de íons provenientes do arraste do sistema de condensação do
equipamento. Por fim, todos os valores obtidos foram comparados com os limites
estabelecidos pela Portaria 2914/2011 (BRASIL, 2011).
3.5 Concepção do projeto
O projeto do sistema de reuso de águas proveniente de aparelhos ar condicionado foi
elaborado com base nas recomendações da norma brasileira NBR 5626:1998 de instalação
predial de água fria. De maneira geral, a eficiência do reaproveitamento está diretamente
ligada ao dimensionamento do sistema de coleta e armazenamento. O sistema consiste na
captação de água a partir dos drenos por tubulações e conexões de PVC, seguida da
destinação para alimentação dos reservatórios e posterior utilização. A proposta inicial é a
utilização de reservatórios de polietileno devido à facilidade de instalação, simplicidade de
manutenção, boa durabilidade e preços acessíveis. O volume dos reservatórios foi obtido em
função da etapa referente ao levantamento das vazões (L/h) dos aparelhos.
A edificação em estudo possui quatro fachadas, cuja produção de água condensada foi
quantificada a partir da locação dos condensadores dos aparelhos e suas respectivas potências
de refrigeração (BTU) nas fachadas do prédio. Durante o funcionamento, as caixas de
inspeção recebem a água coletada pelos drenos, direcionando-a para os reservatórios de
polietileno, locados próximos às áreas de maior demanda por irrigação. Um reservatório de
1500L foi posicionado em frente à Praça do CT para suprir a demanda da vegetação do
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respectivo espaço; ao passo que, para as demais áreas de grama, foi locado um conjunto de
reservatórios com 1500L e 2000L cada, próximo ao estacionamento da Escola de Ciências e
Tecnologia da UFRN, conforme projeto. Optou-se por reservatórios enterrados para garantir
condições favoráveis de escoamento por gravidade.
A tubulação de extravasão, localizada numa cota acima da alimentação dos
reservatórios, foi utilizada como dispositivo de segurança para direcionar a água à vala de
infiltração em casos de transbordamento. Para suprir o sistema de irrigação, foram instalados
conjuntos motor bomba, cada qual com 2 (duas) bombas, uma ativa e uma reserva. O projeto
completo encontra-se anexado ao final do artigo, nele estão especificados os detalhes das
tubulações e o percurso da água desde a coleta até a saída para irrigação.
3.6 Orçamento
Os custos da implantação do sistema foram avaliados de acordo o projeto traçado,
juntamente com a mão de obra e os insumos necessários à instalação. O orçamento foi obtido
com base nos insumos e composições disponíveis na tabela do SINAPI (2017), e junto aos
fornecedores das tubulações e conexões. Com os custos contabilizados foi possível obter o
tempo de retorno do investimento e avaliar a viabilidade econômica e construtiva do sistema
de reuso da água dos aparelhos de ar condicionado.
Os itens de maior relevância do orçamento correspondem aos reservatórios, conjuntos
hidráulicos motor bomba, alvenaria de contorno do reservatório, laje em concreto e as bases
dos reservatórios. A mão de obra se constituiu num peso significativo no valor final da
construção. O levantamento do custo total da obra foi fundamental para determinar o pay
back, que está associado ao retorno do custo em relação ao benefício em meses, ou seja, o
tempo de retorno do investimento inicial até o momento em que os rendimentos acumulados
se igualam ao valor do investimento.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Esse tópico apresenta todos os resultados obtidos a partir da aplicação da metodologia
exposta anteriormente e as respectivas discussões.
4.1 Quantificação da vazão
Os valores das vazões médias (QMédia) obtidas encontram-se na Tabela 02. De posse
dos dados, foi possível calcular os valores de vazões diárias por cada fachada produtora,
considerando a média de utilização de 8 horas por dia de funcionamento ininterrupto dos
aparelhos no local. As vazões obtidas dos aparelhos de 7.000 a 22.000 BTU foram
aproximadamente 1 L/h, valor também foi constatado por Rigotti (2014) após estudo com
aparelhos de ar condicionado de 1200 BTU no qual verificou a produção média de 1 litro por
hora de funcionamento.
Com as medições, foi possível identificar que não existe uma linearidade entre a vazão
e o aumento da potência de refrigeração. Tal resultado é coerente com o exposto por Cunha et
al. (2014), onde identificou que tais variações estão associadas a dinâmica do ambiente
climatizado, no qual estão envolvidos diferentes fatores, dos quais se destacam a umidade
relativa do local na hora da coleta, número de pessoas, forma de utilização da sala e o
isolamento do ambiente.
A oferta diária de água obtida foi de 896,85 L/dia, valor bastante significativo em
termos de aproveitamento de água em relação à demanda por irrigação encontrada no local de
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1002,04 L/dia. O sistema de reuso, caso implementado, será capaz de oferecer um
atendimento de 89,50% para fins de irrigação da vegetação do entorno da edificação.
Tabela 02 – Vazões dos aparelhos
Potência
(BTU) Quantidade QMédia (L/h)
Produção total
horária (L/h)
Produção total diária
(L/dia)
7000 10 1,21 12,10 96,80
7500 4 0,67 2,69 21,55
9000 64 0,92 59,09 472,75
12000 14 0,88 12,27 98,19
18000 7 1,05 7,35 58,80
22000 2 1,46 2,91 23,28
24000 4 2,13 8,50 68,00
36000 1 1,27 1,27 10,13
48000 2 2,96 5,92 47,36
TOTAL 108 - 112,11 L/h 896,85 L/dia
Fonte: Autor, 2017.
4.2 Análise da qualidade da água
A Tabela 03 apresenta os resultados da análise físico-química em comparação com os
limites estabelecidos pela Portaria 2914/2011 (BRASIL, 2011). Os dados mostram que todos
os parâmetros analisados respeitaram os limites estabelecidos pela legislação e comprovam a
água como fonte viável e segura para o reuso.
O pH é um indicativo importante na avaliação da conformidade da água para irrigação.
Almeida (2010) afirma que o intervalo usual de pH da água deve estar entre 6 e 8,5 e a
condutividade elétrica entre 0 - 300 μS/cm para usos de irrigação. Os resultados obtidos para
o pH e condutividade foram 6,27 e 27,5 μS/cm, respectivamente, valores coerentes com o
proposto pela literatura. Vale salientar que, além das características físico-químicas, fatores
associados ao manejo de irrigação, condições climáticas, tipo de solo e a tolerância das
culturas também devem ser analisados em conjunto na avaliação da adequabilidade da água
para irrigação (SILVA et al., 2011).
Quanto à condutividade, não há restrições na presente na legislação. Cunha et al.
(2014) afirma que valores de condutividade altos sugerem a presença de íons, que por sua vez
podem ser misturados com a água durante o processo de condensação, ao passo que para
valores baixos, a água é considerada ultrapura e instável, absorvendo contaminantes do meio
para se estabilizar. Entretanto, os resultados da análise de metais/cátions indicam que as
concentrações estão muito abaixo dos limites exigidos pela legislação.
Tabela 03 – Análise físico-química
Parâmetros Unidade Resultado médio
das análises
Valor máximo permitido pela
Portaria MS n° 2914/2011
pH - 6,27 6,0 – 9,5
Condutividade μS/cm 27,5 -
Alumínio mg/L < 0,0024 0,2
Cádmio total mg/L < 0,0001 0,005
Chumbo total mg/L < 0,0015 0,01
Cobre mg/L < 0,0004 2
Cromo total mg/L < 0,003 0,05
Mercúrio total mg/L < 0,0026 0,001
Zinco total mg/L 0,046 5
Fonte: Autor, 2017.
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Os resultados da análise bacteriológica indicaram ausência de colônias típicas de
coliformes fecais em todas as amostras (Tabela 04).
Tabela 04 – Análise bacteriológica
Amostra Resultado da
análise
Valor máximo permitido pela
Portaria MS n° 2914
1 Ausente Ausente
2 Ausente Ausente
3 Ausente Ausente
4 Ausente Ausente
Fonte: Autor, 2017.
4.3 Orçamento
A viabilidade do sistema está associada ao tempo de retorno. A Tabela 5 apresenta o
pay back do sistema de aproveitamento de água. Com base nos dados, é possível afirmar que
a implantação do sistema é bastante satisfatória em termos de economia financeira com
abastecimento de água e apresenta um rápido pay back. A implantação do sistema
proporcionará uma produção de água na ordem de 17.937,00 litros de água/mês, equivalente a
R$ 2.210,21 reais/mês. Volume de alta relevância, considerando a limitação e escassez dos
recursos hídricos em cidades do semiárido brasileiro.
Para fins práticos, o volume obtido possibilita abastecer 89 (oitenta e nove) casas
populares durante 1 (um) dia, considerando 4 (quatro) moradores em cada residência e a
quantidade mínima de água per capita proposta por Gleick (1996) apud Cohim et al. (2009),
correspondente a 50 litros/pessoa.dia.
Tabela 05 – Pay back do sistema de aproveitamento da água de ar condicionado Custo mensal sem o aproveitamento da água dos ar
condicionados (R$/mês) 2.469,42
Custo da implantação do sistema (R$) 28.095,19
Custo mensal com o aproveitamento da água dos ar
condicionados (R$/mês) 259,21
Redução do custo mensal com a implantação do
sistema (R$/mês) 2.210,21
Redução do custo mensal com a implantação do
sistema (%) 89,50
Período de retorno (meses) 12,7
A significativa redução de 89,50% referente ao custo mensal com a demanda de
irrigação da edificação e o pay back de 12,7 meses são indicativos da eficiência da aplicação
do sistema. Além da economia financeira, empresas públicas e privadas podem ser inseridas
em um novo cenário mais sustentável, através da redução da dependência excessiva das fontes
superficiais e subterrâneas, bem como da referência na responsabilidade ambiental de boas práticas de conscientização e a sensibilidade em relação à conservação da água.
O levantamento de materiais e mão de obra resultou em um custo total da obra para
implantação do sistema de R$ 28.095,19 (vinte e oito mil noventa e cinco reais e dezenove
centavos). A Tabela 06 apresenta o orçamento da obra. O projeto apresenta uma solução
simples de baixo custo e possibilita grande benefício na economia do consumo de água.
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Tabela 06 – Orçamento do projeto ORÇAMENTO
Item Descrição Unidade Quantidade Valor
unitário (R$)
Valor total
(R$)
1.1 Limpeza manual do terreno m² 220 R$ 3,27 R$ 719,40
1.2 Escavação à céu aberto com escavadeira hidráulica m³ 60,28 R$ 6,57 R$ 396,04