1. INTRODUÇÃO
1.1. Situação Problema
Para dimensionar o volume de reservatório para um sistema de captação de águas pluviais, a NBR 15527 (ABNT, 2007) fornece seis metodologias de cálculo distintas entre si. Com variáveis empregadas e etapas de cálculo distintas, é natural que as seis metodologias produzam resultados discrepantes. Diante destas diferenças, cabe a indagação de qual seria a metodologia mais apropriada para a situação problema em análise.
A discrepância entre resultados pode atingir grandes proporções, a depender das características climáticas e dimensionais do projeto. Não há descrição na norma referente a particularidade de aplicação de cada metodologia. Isto dificulta o projetista na escolha de qual método melhor se encaixa na análise de seu problema.
Este estudo busca, através da análise das variações climatológicas, identificar quais são as metodologias com melhor aplicabilidade para o dimensionamento de reservatórios de águas pluviais. Além da análise da grande intercorrência das variáveis climatológicas a eficiência do sistema será critério primordial para escolha da metodologia ideal. Por eficiência, entende-se o sistema que as necessidades de demanda sejam integralmente, ou próximo disto, atendidas.
1.2. Objetivos
O objetivo deste estudo é analisar as metodologias apresentadas na NBR 15527 (ABNT, 2007) para o dimensionamento de reservatórios de captação de águas pluviais. As seis metodologias de cálculo indicadas na norma serão utilizadas em diferentes condições de características climatológicas a fim de verificar seus respectivos comportamentos.
Os objetivos específicos deste trabalho são:
Cálculo utilizando as metodologias para diferentes distribuições pluviométricas ao longo de um ano;
Análise utilizando como referência uma edificação com área de captação de 800 m² e demanda mensal de 122 m3;
Análise crítica, por meio de comparação de resultados das diferentes metodologias aplicadas em 60 Municípios do Estado do Rio de Janeiro, visando avaliar o comportamento das metodologias de dimensionamento diante da variação do acumulado de precipitação anual, dentro de uma região com características climáticas semelhantes.
1.3. Metodologia e Organização da Pesquisa
A metodologia utilizada neste estudo consiste em uma pesquisa aplicada, com abordagem analítica, a fim de investigar a situação do problema. A técnica empregada foi o estudo de caso, por meio do desenvolvimento dos cálculos de reservatório de captação de água de chuva, utilizando os seis métodos apresentados na norma NBR 15527 “Água de chuva: aproveitamento de cobertura em áreas urbanas para fins não potáveis: requisitos.” (ABNT, 2007) e comparações entre os resultados obtidos para localidades distintas. As comparações e inferências estatísticas foram realizadas atraves do programa R e todas as análises de variáveis e gráficos neste trabalho apresentados o tomam como base. Avaliando as variações promovidas por localidades com acumulados de precipitação anuais distintos, mas com características climatológicas iguais. Para esta análise foi observado o comportamento de cidades do estado do Rio de Janeiro, que apesar de possuírem volume precipitado anual distintos estão inseridas dentro de um microclima muito semelhante com tendências de distribuição de precipitação muito próximas.
2. PROPOSTA DE IMPLANTAÇÃO DE RESERVATÓRIO DE APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS
2.1. Delimitação e limitações do estudo – Climatologia e valores de precipitação e projeto.
O presente trabalho busca avaliar o comportamento das metodologias de dimensionamento de reservatórios de captação de águas pluviais normatizadas pela norma brasileira NBR 15527 (ABNT, 2007) diante de alterações de sua principal variável de cálculo, as condições climatológicas de precipitação. Apesar de outras literaturas possuírem cálculos alternativos, metodologias distintas as normatizadas não serão avaliadas. As metodologias expostas na norma NBR 15527 (ABNT, 2007) carece de maior aprofundamento teórico sobre suas aplicações e variabilidade de seus resultados.
A pesquisa apresentada baseou-se nas características climatológicas do estado do Rio de Janeiro, um microclima de peculiaridades claras e distintas. Devido a isto, salienta-se que as conclusões desta analise limitam-se as particularidades de sua área de estudo. Os municípios foram escolhidos de maneira aleatória e o total de 60 foi determinado para que houvesse uma grande representatividade de todas as regiões do estado com suas respectivas diferenças em seus microclimas.
Ressalva-se que todos os dados de precipitação utilizados na elaboração deste estudo foram obtidos através do INMET – Instituto Nacional de Meteorologia: normal climatológica de 1981 a 2010 – e serão considerados seguros e representativos das condições futuras. A confiança da exatidão dos dados pluviométricos não é o cerne desta análise, mas sim a avaliação do comportamento das metodologias diante da variabilidade dos mesmos.
A edificação utilizada no desenvolvimento do estudo possui características próprias e exclusivas que deverão ser consideradas para o cálculo de dimensionamento de reservatórios. As características a se destacar são:
Área de captação de aproximadamente 800m2 , extraída integralmente da cobertura do edifício;
Coeficiente de escoamento superficial – runoff – de 0,90 devido as características de composição da superfície de captação;
Demande de água não potável utilizada na edificação de 122m3 mensais.
3. TRATAMENTO DE DADOS E UTILIZAÇÃO DO R.
Para execução das analises propostas foi utilizado como fundamentação duas bases de dados distintas, arquivadas em formato xls. A primeira base denominada “Resultados por Cidades” informava sobre todas as características de precipitação de 60 municípios do estado do Rio de Janeiro, bem como expunha os resultados de dimensionamento de todas as seis metodologias apresentadas na NBR 15527 para cada um dos 60 municípios.O carregamento das bases no formato xls segue abaixo. Para facilitar a execução e retomada do código a base “ Resultados por Cidades” foi renomeada “Antonio”.
library(readxl)
BasesMunicipios <- read_excel("~/bases_curso_estatistica/Base_de_dados-master/BasesMunicipios.xlsx",
sheet = "dados", range = "a1:d93")
Antonio <- read_excel("C:/Users/Antonio Amil/Desktop/RESULTADOS POR CIDADE.xlsx",
sheet = "RESULTADOS", skip = 2)A segunda base de dados denominada “Base Municípios” detalhava todos os 9 municípios fluminenses bem como suas características de localização e subdivisão regional estadual e o código municipal do IBGE de cada localidade.
Ambas as bases apresentavam discrepâncias quanto a grafia e aos caracteres dos elementos de suas linhas e colunas. Para solucionar este conflito inicialmente tratou-se os dados através do R retirando as acentuações de ambas. O código utilizado segue abaixo:
Posteriormente comutou-se ambas as bases em um uma única. Para isto foi necessário previamente alterar a grafia de duas colunas para que estas fossem idênticas em ambas as bases, afim de evitar erros. Foram alteradas as colunas “RJ” e “Munic.” e também foi adicionado a base principal o número dos códigos em municipais segundo o IBGE, tais códigos foram convertidos em variáveis numéricas. seguida as bases foram unidas em uma única, unido a menor base a maior. A programação utilizada segue abaixo:
##
## Attaching package: 'dplyr'## The following objects are masked from 'package:stats':
##
## filter, lag## The following objects are masked from 'package:base':
##
## intersect, setdiff, setequal, unionnames(Antonio)
names(BasesMunicipios)
colnames(Antonio)[1]<-"Munic"
#SUBSTITUIR (RJ) POR - RJ
BasesMunicipios$Munic<-gsub("\\(rj\\)","- rj",BasesMunicipios$Munic)
head(BasesMunicipios$Munic)
# JUNTAR ANTONIO A BASE DE MUNICIPIOS
BasesMunicipios <- BasesMunicipios %>%
left_join(Antonio)## Joining, by = "Munic"# Quantidade de municipios com NA
sum(is.na(BasesMunicipios$`MASSA&CURVA`))
sum(is.na(BasesMunicipios$ALEMAO))
# RECEBER OS CODIGOS DE MUNICIPIOS
library(geobr)## Loading required namespace: sf## Using year 2013# ALTERAR NOME DA COLUNA DE CODIGOS E TRANSFORMA-LA EM NUMERICO
colnames(BasesMunicipios)[4]<-"code_muni"
BasesMunicipios$code_muni <- as.numeric(BasesMunicipios$code_muni)
# JUNTAR A OS CODIGOS A BASE EM UMA PLANILHA
RJ <- muni %>%
left_join(BasesMunicipios)## Joining, by = "code_muni"4. ANÁLISE COMPARATIVA DA EDIFICAÇÃO EM LOCALIDADES DISTINTAS
4.1. Análise de reservatórios para Municípios do estado do Rio de Janeiro
A fim de melhor entender o que ocorre com a utilização dos diferentes métodos de dimensionamento, quando há alteração das características climáticas locais, tais como total de precipitação e distribuição de precipitação, este tópico apresenta comparações entre os resultados obtidos no pré-dimensionamento de um reservatório, mantendo as mesmas características de captação e demanda, para diferentes Municípios do Estado do Rio de Janeiro.
4.1.1. Distribuição da Precipitação no Estado do Rio de Janeiro
4.1.2. Distribuição da Metodologia de Rippl no Estado do Rio de Janeiro
4.1.3. Distribuição da Metodologia da Simulacao no Estado do Rio de Janeiro
4.1.4. Distribuição da Metodologia Australiana no Estado do Rio de Janeiro
4.1.5. Distribuição da Metodologia Brasileira no Estado do Rio de Janeiro
4.1.6. Distribuição da Metodologia Alema no Estado do Rio de Janeiro
4.1.7. Distribuição da Metodologia Inglesa no Estado do Rio de Janeiro
4.2. Identificação de três grupos metodológicos distintos
boxplot(Antonio$RIPPL,Antonio$SIMULACAO,Antonio$AUSTRALIANO,Antonio$BRASILEIRO,Antonio$ALEMAO,Antonio$INGLES,
main = "Grupos de Metodologias",
col=c("darkblue","darkblue","darkblue","gray","red","red"),
ylab = "Volume de Reservatorio",
las = 2,
names = c("Rippl","Simul.","Austral.","Brasil.","Alemao","Ingles"),
lwd = .1
)
Diante dos resultados expostos até o momento, verifica-se a existência de três grupos distintos dentre as metodologias apresentadas. Um grupo composto pelas metodologias de Rippl, Simulação e Australiana. Um grupo com apenas a metodologia Brasileira. E, por fim, um grupo com as metodologias Alemã e Inglesa.
O primeiro grupo – Rippl, Simulação e Australiana – corresponde a metodologias derivadas da análise de diagramas de massa e curva, proposta por Rippl em 1883. Tais metodologias baseiam-se na determinação do volume do reservatório segundo sua capacidade de atender uma demanda previamente estabelecida. Demanda esta expressa em termos diários, mensais ou anuais. Ou seja, tais metodologias são funções de duas variáveis, determinam o volume do reservatório em função da demanda e do precipitação, ambas distribuídas ao longo do tempo.
O segundo grupo – método Brasileiro – foi proposto por Azevedo Neto em 1991 e é uma das primeiras modelos práticos a propor uma análise compensatória com ênfase na possibilidade de existência de períodos onde o regime de precipitação fosse insuficiente para supressão da demanda estipulada. Azevedo Neto determina, em uma função do primeiro grau, que o volume do reservatório deve ser majorado por um termo independente. Este termo estaria, teoricamente, associado a quantidade de intervalos de tempo onde a precipitação fosse menor que um parâmetro previamente estabelecido. A ineficiência, em termos de atendimento de demanda, dos resultados do método Brasileiro deve-se a indefinição deste termo. A literatura existe atribuem definições inconsistentes para tal parâmetro. Alem disso as atribuições existentes apresentam falhas quando expostas a experimentação pratica. Contudo deve-se notável reconhecimento a Azevedo Neto pela preocupação com possíveis períodos de ineficiência de captação.
O terceiro grupo – Alemão e Inglês – são metodologias rasas e superficiais sobre o processo de captação e atendimento de demanda previa. Levando a resultados incapazes de suprir o volume demandado. A formulação de tais metodologias dar-se-á através de equações de primeiro grau simples com apenas uma variável. Os resultados finais são multiplicados por percentuais estabelecidos por seus formuladores. Tais percentuais possuem coerência em suas respectivas localidades de origem, Alemanha e Inglaterra, em função das características climatológicas de tais locais. Contudo para demais localidades os resultados demonstram profunda inadequação com a eficiência do sistema de aproveitamento pluvial.