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8/17/2019 Dimensionamento do reservatório de água pluvial.pdf

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIO DE APROVEITAMENTO DE

ÁGUA DA CHUVA

ANDRÉ FILIPE MAFRA DE SOUZA

EDUARDO FIGUEIREDO ESSIG

BLUMENAU2014


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ANDRÉ FILIPE MAFRA DE SOUZA

EDUARDO FIGUEIREDO ESSIG

DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIO DE APROVEITAMENTO DEÁGUA DA CHUVA

Trabalho apresentado para avaliação

na disciplina de Sistemas de

Drenagem Urbana do Curso de

Engenharia Civil do Centro de Ciências

Tecnológicas da Fundação

Universidade Regional de Blumenau.

Prof.: Adilson Pinheiro

BLUMENAU

2014


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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1

2 OBJETIVO .............................................................................................................. 2

3 RESUMO DA METODOLOGIA ........................................................................... 3

3.1 MÉTODO DE SIMULAÇÃO .......................................................................................... 3

3.2 MÉTODO PRÁTICO ALEMÃO ..................................................................................... 4

3.3 MÉTODO PRÁTICO INGLÊS ........................................................................................ 4

4 METODOLOGIA INICIAL .................................................................................... 5

4.1 A CIDADE....................................................................................................................... 5

4.2 CORREÇÃO DOS VALORES FALTANTES NA PLANILHA DE PRECIPITAÇÃO .. 54.3 VALORES DE CÁLCULO PARA O DIMENSIONAMENTO ....................................... 6

5 MÉTODO DA SIMULAÇÃO ................................................................................ 7

5.1 METODOLOGIA ............................................................................................................ 7

5.2 CÁLCULOS/RESULTADOS .......................................................................................... 8

6 MÉTODO PRÁTICO ALEMÃO ......................................................................... 10

6.1 METODOLOGIA .......................................................................................................... 10

6.2 CÁLCULOS/RESULTADOS ........................................................................................ 10

7 MÉTODO PRÁTICO INGLÊS ............................................................................ 13

7.1 METODOLOGIA .......................................................................................................... 13

7.2 CÁLCULOS/RESULTADOS ........................................................................................ 13

8 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 14

9 REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 15


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1 INTRODUÇÃO

Foi solicitado aos acadêmicos do nono semestre de Engenharia Civil

da FURB um projeto de dimensionamento de um reservatório para

aproveitamento das águas pluviais de um determinado município à escolha

dos acadêmicos – estes que se dividiram em grupos de duas pessoas.

O professor orientador da disciplina concebeu aos alunos os limites

do estado do Paraná para a escolha da cidade, contanto que a mesma possua

ao menos 30 anos de dados de estações pluviométricas no website da ANA

(Agência Nacional de Águas). Os parâmetros para dimensionamento foram

adotados de acordo com os seguintes métodos (ABNT NBR 15527:2007):

Simulação (séries históricas diárias)

Método prático Inglês (séries históricas anuais)

Método prático Alemão (séries históricas anuais)

O atual grupo escolheu para análise o município de Brasilândia do

Sul. O município possui dados dos anos compreendidos entre 1975 e 2013 –

inclusive.

Com base nesses dados e nos conhecimentos adquiridos em sala de

aula, os cálculos para o dimensionamento do reservatório foram realizados –

considerando os métodos citados anteriormente – e estão devida e

sucintamente apresentados neste trabalho, munidos de comentários

comparativos sobre a eficiência de cada método.


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2 OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é a apresentação do dimensionamento de

reservatório de água da chuva do estudo de sua eficiência, baseando-se nos

dados obtidos da cidade e nos parâmetros adotados pelo grupo.


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3 RESUMO DA METODOLOGIA

Após a escolha do município, foram verificados seus dados no portal

da ANA. Os dados obtidos foram parametrizados em uma planilha do Excelpara análise.

Como a maioria dos municípios à disposição para consulta, o arquivo

de Brasilândia do Sul possui erros por falta de dados de alguns meses. Isto

ocorre devido a falhas físicas ou virtuais na estação estudada durante o

processo de estabelecimento do nível da chuva de determinado mês. Para

correção de tais falhas, o grupo adotou alguns critérios, na respectiva ordem:

Se houver um ano que possua 25% de seus meses (4 meses) ou mais

sem dados, o mesmo deve descartado do cálculo.

Se houver um mês de um determinado ano que não possui dados,

deve-se adotar a média de precipitação daquele mês ao longo dos

demais anos estudados. Em seguida, o valor de cada dia do mês

corrigido deve ser a média do mesmo dia do mesmo mês de todos os

outros anos.

Para aplicação dos métodos citados no dimensionamento do

reservatório, alguns dados foram estabelecidos, expandindo-se a

possibilidade de circunstâncias:

2 áreas de captação: 200 e 400 m²

3 valores de consumo mensal: 4, 8 e 12 m³

3 valores de eficiência de aproveitamento da água da chuva: 80, 90 e

95 %.

Com os dados em mãos, pode-se prosseguir à aplicação dos métodos.

3.1 MÉTODO DE SIMULAÇÃO

O primeiro método a ser aplicado foi o da simulação. Neste método,

deve-se considerar os valores de precipitação diária para o dimensionamento

do reservatório.


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4

Primeiramente, o volume do reservatório deve ser estabelecido, para

que possa ser definido o limite de reservação. Para tal, foi utilizado o método

iterativo empírico – teste de valores arbitrários de volume de reservatório

para o alcance das eficiências solicitadas.

Com a tabela formada, os volumes diários aproveitáveis da chuva são

calculados a partir dos valores de precipitações. A partir desses dados, pôde-

se definir a eficiência do volume arbitrado – podendo este ser alterado ao

longo dos cálculos para melhoria da eficiência.

3.2 MÉTODO PRÁTICO ALEMÃO

O método prático alemão leva em consideração a área de cobertura e

o menor valor entre a demanda média anual e a precipitação média anual.

3.3

MÉTODO PRÁTICO INGLÊS

Por último, foi utilizado o método prático inglês, que considera o

valor da precipitação média anual e a área de cobertura para cálculo do

volume de reservação.


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4 METODOLOGIA INICIAL

4.1

A CIDADE

Cidade escolhida: Brasilândia do Sul

Figura 1 – Bandeira da cidade

Os dados a seguir foram obtidos no portal do IBGE:

População (2010): 3.209 hab.

Área: 291,036 km²

Bioma: Mata Atlântica

4.2

CORREÇÃO DOS VALORES FALTANTES NA PLANILHA DE PRECIPITAÇÃO

Primeiramente, dois anos foram removidos da planilha. Ou seja, não

serão utilizados para fins de cálculo do dimensionamento do reservatório. Os

anos excluídos foram: 1975 e 2013 – ambos por terem 25% ou mais de

valores de meses faltantes. Assim, sobra-se um total de 37 anos em estudo.

Não há meses falhos no restante dos anos compreendidos, por isso

não há necessidade de adoção do método de correção mencionadoanteriormente.

A seguir, são desenvolvidos os métodos para dimensionamento do

reservatório de aproveitamento da água da chuva.


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4.3 VALORES DE CÁLCULO PARA O DIMENSIONAMENTO

Área de

cobertura (m²) Demanda (m³)

Eficiência

solicitada (%)

Coeficiente de

aproveitamentoda água da chuva

100

5 80

0,8

10 90

15 95

200

5 80

10 90

15 95

300

5 80

10 90

15 95

Tabela 1 – Valores independentes utilizados nos métodos para dimensionamento do

reservatório de aproveitamento de água da chuva


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5 MÉTODO DA SIMULAÇÃO

5.1

METODOLOGIA

Este método é preconizado na NBR 15527:2007.

Após a parametrização da tabela (vide tabela 2), os volumes

aproveitáveis da água da chuva são calculados, considerando o coeficiente de

aproveitamento 0,8.

Um valor arbitrário do volume do reservatório deve ser adotado

inicialmente, para viabilizar a continuidade dos cálculos.

O volume de água do dia atual no reservatório é obtido através do

valor do dia anterior mais o volume aproveitável de chuva do dia atual

menos a demanda diária (calculada a partir da demanda mensal adotada). Há

três possibilidades de cenário:

A demanda é suprida sem necessidade de suprimento externo e não

há volume de chuva excedente.

A demanda é suprida e o reservatório extravasa por excesso de água

da chuva. O excedente ao volume adotado para reservação é

considerado como descarte.

A demanda não é suprida pelo reservatório – o mesmo fica vazio –,

havendo necessidade de suprimento externo.

Nos dois primeiros casos, o resultado da reservação foi tido como

sucesso. No terceiro, porém, é contabilizada uma falha. A partir daí, repete-se

o processo para todos os dias.

Após o cálculo dos volumes de todos os dias, foram somadas as

falhas – sendo possível apenas os valores 0 ou 1 no somatório de falha,

sendo 0 para sucesso e 1 para falha.

O número total de falhas é utilizado para determinar a eficiência do

reservatório em relação ao seu volume adotado, através da fórmula abaixo:

ê % = ú ℎú × 100%


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Caso o volume adotado para o reservatório não seja o suficiente para

alcançar a eficiência desejada, deve-se arbitrar outro valor e repetir o

processo de forma iterativa – se necessário – até encontrar um valor

satisfatório. A precisão utilizada foi de múltiplos de 0,05 m³.

5.2

CÁLCULOS/RESULTADOS

Os valores apresentados abaixo são exemplares somente, para fins

acadêmicos. O mês escolhido para ser utilizado como exemplo neste

memorial foi janeiro de 1976. Demais dados estão presentes em seguida.

Mês Dia Precipitação(mm) Volume(P*A*C) (m³) St(m³) St+1(m³) Descarte(m³) Supr. ext.(m³) Falha

Janeiro

de

1976

1 14,6 2,34 0,00 1,10 1,10 0 02 0 0,00 1,10 0,97 0,00 0 03 0 0,00 0,97 0,84 0,00 0 04 0 0,00 0,84 0,71 0,00 0 05 0 0,00 0,71 0,57 0,00 0 06 0 0,00 0,57 0,44 0,00 0 07 0 0,00 0,44 0,31 0,00 0 08 0 0,00 0,31 0,18 0,00 0 09 0 0,00 0,18 0,05 0,00 0 0

10 0 0,00 0,05 -0,08 0,00 0,08 111 0 0,00 0,00 -0,13 0,00 0,13 112 0 0,00 0,00 -0,13 0,00 0,13 113 0 0,00 0,00 -0,13 0,00 0,13 114 0 0,00 0,00 -0,13 0,00 0,13 115 0 0,00 0,00 -0,13 0,00 0,13 116 0 0,00 0,00 -0,13 0,00 0,13 117 24,8 3,97 0,00 1,10 2,74 0 018 11,6 1,86 1,10 1,10 1,72 0 019 0 0,00 1,10 0,97 0,00 0 020 0 0,00 0,97 0,84 0,00 0 0

21 0,2 0,03 0,84 0,74 0,00 0 022 0 0,00 0,74 0,61 0,00 0 023 0 0,00 0,61 0,47 0,00 0 024 0 0,00 0,47 0,34 0,00 0 025 1,4 0,22 0,34 0,44 0,00 0 026 2,1 0,34 0,44 0,64 0,00 0 027 14,2 2,27 0,64 1,10 1,68 0 028 16,4 2,62 1,10 1,10 2,49 0 029 0 0,00 1,10 0,97 0,00 0 030 1,8 0,29 0,97 1,10 0,02 0 031 0 0,00 1,10 0,97 0,00 0 0

Tabela 2 – Exemplo de resultados do método de simulação: mês de janeiro de 1976


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Onde:

Precipitação: quantidade de chuva no dia

Volume: volume aproveitável de água da chuva no dia

P: precipitação no dia (mm)

A: área de captação (para o exemplo, utilizados 200 m²)

C: coeficiente de aproveitamento de água da chuva (0,8)

St: volume do reservatório ao início do dia (para o exemplo, o valor da

capacidade total do reservatório foi de 1,10 m³)

St+1: volume do reservatório ao final do dia (para o exemplo, a partir

de 4 m³ mensais, a demanda diária foi estimada em 0,13 m³/dia) Descarte: volume de água extravasante do reservatório no dia

Supr. ext.: volume de água faltante no dia

Falha: ocorrência de falta de água no dia (1 indica falha, 0 indica

sucesso)

Ao final dos testes com os volumes, chegou-se à conclusão com os

seguintes valores:

Volume do reservatório (m³)

Área decaptação (m²)

Demandamensal (m³)

Eficiência

80% 90% 95%

200

4 1,20 1,85 2,65

8 2,65 4,75 7,10

12 5,05 9,40 14,80

400

4 1,10 1,75 2,40

8 2,40 3,70 5,30

12 3,60 6,30 9,20

Tabela 3 – Resultados do método de simulação


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6 MÉTODO PRÁTICO ALEMÃO

6.1

METODOLOGIA

Para o método prático alemão, precisa-se levar em conta a média de

precipitação anual ao longo dos anos em estudo, a área de captação da água

aproveitável da chuva e a demanda de água não potável para o cálculo de

dimensionamento do reservatório de aproveitamento de água da chuva.

Primeiramente, é calculado o volume anual de água aproveitável da

chuva, utilizando-se a fórmula:

= × ×

Onde:

Vap: volume aproveitável de água de chuva anual (m³)

P: precipitação média anual (mm)

A: área de captação da água aproveitável da chuva (m³)

C: coeficiente de aproveitamento da água da chuva (0,8)

Após isto, a demanda anual também deve ser obtida. Com os doisvalores em mão, escolhe-se o menor entre eles e o multiplica pela constante

0,06, como demonstrado na fórmula abaixo.

= í (,)×0,06

Onde:

Vadotado: volume de água do reservatório (m³)

Vap: volume aproveitável de água de chuva anual (m³)

D: demanda anual da água não potável, obtida pela demanda mensal

vezes o número de meses do ano (m³)

6.2 CÁLCULOS/RESULTADOS

Antes de prosseguir com os dois métodos práticos projetados neste

trabalho, deve-se calcular a precipitação média anual, obtida pela

precipitação de todos os 37 anos estudados.


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AnoPrecipitação

(mm)Ano

Precipitação(mm)

1976 1536,1 1995 1594,4

1977 1338,1 1996 1930,3

1978 1237,9 1997 1942,4

1979 1857,7 1998 2076,5

1980 1485,9 1999 1046,6

1981 1741,3 2000 1809,4

1982 2163,1 2001 1392,4

1983 2600 2002 1501

1984 1258,9 2003 1689,3

1985 1007,9 2004 1751,3

1986 1488,3 2005 1790,3

1987 1292,7 2006 1524,6

1988 1082,4 2007 1538,6

1989 1787,3 2008 1435,5

1990 1837,3 2009 1629,11991 1216,1 2010 1591

1992 2219,1 2011 1796

1993 1858,2 2012 1356

1994 1513,5 Média = 1619,4

Tabela 4 – Apresentação da precipitação média anual

Abaixo segue a relação entre a demanda anual e o volume

aproveitável anual:

Precipitaçãomédia anual

(mm)

Área deColeta (m²)

DemandaAnual (m³)

Vap = C*P*A(m³)

1619,4

20048

259,1096144

40048

518,2096144

Tabela 5 – Comparação entre demanda e volume aproveitável


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Utilizando a fórmula do método prático alemão citada anteriormente,

foram obtidos os seguintes valores de volume de reservatório (todos pelos

menores valores escolhidos entre as demandas anuais e os volumes

aproveitáveis apresentados na tabela anterior):

Volume do reservatório (m³)

Área decaptação (m²)

Demanda mensal (m³)

4 8 12

200 2,88 5,76 8,64

400 2,88 5,76 8,64

Tabela 6 – Volumes do reservatório calculados pelo método alemão


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7 MÉTODO PRÁTICO INGLÊS

7.1

METODOLOGIA

Inicialmente, deve-se obter o valor da precipitação média anual, já

calculado no dimensionamento do reservatório pelo método alemão – valor

esse que foi aproveitado para o método inglês.

= 0 , 0 5 × ×

Onde:

V: volume do reservatório (L)

P: precipitação média anual (mm) A: área de captação da água aproveitável da chuva (m³)

7.2 CÁLCULOS/RESULTADOS

Como a precipitação média anual já havia sido calculada

anteriormente para o método alemão, basta aplica-la, junto às áreas de

captação de água da chuva aproveitável, à fórmula do método inglês

apresentada no item anterior. Porém, diferentemente do método alemão, não

deve ser considera a demanda em questão. Os valores obtidos encontram-se

na tabela abaixo.

Precipitaçãomédia anual

(mm)

Área deColeta (m²)

V (m³)

1619,4

200 16,19

400 32,39

Tabela 7 – Volumes do reservatório calculados pelo método inglês


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8 CONCLUSÃO

A realização dos métodos aplicados neste trabalho foi possível devido

aos aprendizados passados na sala de aula e estudos meticulosos externos.

Pode-se concluir que os dois últimos métodos de cálculo são mais

práticos – como jus aos seus títulos – devido à simplicidade de sua aplicação.

Porém, sua precisão pode ser questionada facilmente por apenas levar em

conta a média anual de precipitação num determinado período de tempo ao

invés de considerar dados específicos nesse mesmo período.

Sendo ligeiramente mais complexo, o método de simulação adotado

neste trabalho considera valores diários de precipitação durante o período

escolhido para estudo, podendo trazer resultados mais eficientes para o

dimensionamento de um reservatório para aproveitamento de água da chuva.

A tabela abaixo demonstra os valores de volume de reservatório

calculados pelo método de simulação de acordo com suas eficiências

adotadas no estudo, ao lado dos valores de volume dos métodos práticos.

Observa-se que os valores a seguir são somente para fins comparativos,portanto estão discriminados somente aqueles encontrados com o cálculo no

pior cenário descrito no trabalho – demanda mensal de 12 m³ e área de

captação de 200 m².

Método de Simulação – Volumes (m³)Método

Alemão – Volume (m³)

Método Inglês– Volume (m³)

Eficiência

80% 90% 95%

5,05 9,40 14,80 8,64 16,19

Tabela 8 – Comparação de volumes com os três métodos

Como observado, conclui-se que o método alemão representaria uma

eficiência entre 80 e 90 %, enquanto que o inglês teria eficiência superior a 95

%, quando ambos são comparados ao método de simulação.


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9 REFERÊNCIAS

AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS. Estações com dados de chuva,

Estação Brasilândia do S.; Código: 2649003; 1941-2012; Disponível em:http://www.ana.gov.br/PortalSuporte/frmDadosEstacao.aspx?estacao=

2453050&Ano=2013&tipo=Chuvas. Acesso em 11/04/2014.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR

15527:2007 – Água de chuva – Aproveitamento de coberturas em

áreas urbanas para fins não potáveis – Requisitos. Rio de Janeiro,

2007.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Dados geraisdo município de Brasilândia do Sul. Disponível em:

http://www.cidades.ibge.gov.br/painel/painel.php?lang=&codmun=410

337&search=%7Cbrasilandia-do-sul. Acesso em 11/04/2014.

PINHEIRO, ADILSON. Apostila: Drenagem Urbana Sustentável. Curso

de Engenharia Civil, 9° semestre. FURB. Blumenau, 2014.
http://www.ana.gov.br/PortalSuporte/frmDadosEstacao.aspx?estacao=2453050&Ano=2013&tipo=Chuvashttp://www.ana.gov.br/PortalSuporte/frmDadosEstacao.aspx?estacao=2453050&Ano=2013&tipo=Chuvashttp://www.ana.gov.br/PortalSuporte/frmDadosEstacao.aspx?estacao=2453050&Ano=2013&tipo=Chuvashttp://www.cidades.ibge.gov.br/painel/painel.php?lang=&codmun=410337&search=%7Cbrasilandia-do-sulhttp://www.cidades.ibge.gov.br/painel/painel.php?lang=&codmun=410337&search=%7Cbrasilandia-do-sulhttp://www.cidades.ibge.gov.br/painel/painel.php?lang=&codmun=410337&search=%7Cbrasilandia-do-sulhttp://www.cidades.ibge.gov.br/painel/painel.php?lang=&codmun=410337&search=%7Cbrasilandia-do-sulhttp://www.cidades.ibge.gov.br/painel/painel.php?lang=&codmun=410337&search=%7Cbrasilandia-do-sulhttp://www.ana.gov.br/PortalSuporte/frmDadosEstacao.aspx?estacao=2453050&Ano=2013&tipo=Chuvashttp://www.ana.gov.br/PortalSuporte/frmDadosEstacao.aspx?estacao=2453050&Ano=2013&tipo=Chuvas

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