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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC
MARIA VITÓRIA OLIVEIRA MAURÍCIO LIRA TERESA ALVES ABIB ESTEVES
ANÁLISE DE VIABILIDADE DA IMPLANTAÇÃO DE UM DESTILADOR SOLAR UTILIZANDO AS ESTRUTURAS PRÉ- EXISTENTES DO TANQUE DE REJEITO DOS SISTEMAS DE
DESSALINIZAÇÃO IMPLANTADOS NO SEMIÁRIDO ALAGOANO
MACEIÓ-ALAGOAS
2018/1
MARIA VITÓRIA OLIVEIRA MAURÍCIO LIRA TERESA ALVES ABIB ESTEVES
ANÁLISE DA VIABILIDADE DA IMPLANTAÇÃO DE UM DESTILADOR SOLAR UTILIZANDO AS ESTRUTURAS PRÉ- EXISTENTES DO TANQUE DE REJEITO DOS SISTEMAS DE
DESSALINIZAÇÃO IMPLANTADOS NO SEMIÁRIDO ALAGOANO
Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito final, para conclusão do curso de Engenharia Civil, sob orientação do professor Msc. Fernando Silva de Carvalho.
MACEIÓ-ALAGOAS
2018/1
L768a Lira, Maria Vitória Oliveira Mauricio
Análise de viabilidade da implantação de um destilador solar
utilizando as estruturas pré-existentes do tanque de rejeito dos
sistemas de dessalinização implantados no semiárido / Maria
Vitória Oliveira Mauricio Lira, Teresa Alves Abib Esteves
. -- Maceió: 2018
42 f.: il.
TCC (Graduação em Engenharia Civil) - Centro Universitário
CESMAC, Maceió - AL, 2018.
Orientador: Fernando Silva de Carvalho
1. Água. 2. Dessalinização. 3. Destilador solar.
I. Carvalho, Fernando Silva de. II. Título.
CDU: 66.065.31
REDE DE BIBLIOTECAS CESMAC
Evandro Santos Cavalcante
Bibliotecário CRB-4/1700
AGRADECIMENTOS
Gratidão por todos momentos vividos nesses cincos anos de faculdade. Cada
período tivemos diversas dificuldades, mas decorrente disso conquistamos a vitória
que todos têm ao iniciar uma faculdade que é a formação acadêmica.
Durante um ano de dedicação ao TCC estamos honradas e felizes por tudo
ter sido ser sucesso, nosso desejo é que esse trabalho sirva de muitos espelhos
para todos os estudantes da área, pois nos empenhamos com esse intuito,
prosseguir compartilhando informações para um bem social.
Nosso muito obrigada ao grandioso Deus, pois Ele nos deu saúde e paz para
chegarmos até aqui, nos dando também a força da esperança para não desistimos
nos transformando em mulheres persistentes e dedicadas.
Obrigada também aos nossos pais, por nos ter dado a vida, a educação, o
amor e o apoio que tanto precisamos nos momentos aflição. Dedicamos esse
trabalho a vocês!
Aos irmãos, familiares, namorados e amigos que aprenderam a lidar os
nossos estresses e nos fortificou nos dando o apoio e o entendimento que seria uma
fase das nossas vidas que precisaríamos enfrentar. Nos momentos que convidaram
para sair e avisamos que íamos estudar e vocês entenderam, isso é amizade!
A Secretaria de Estado do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos de
Alagoas – SEMARH/AL por sempre se mostrar à disposição quando precisamos de
dados para compor o estudo do trabalho.
Gratidão para pessoa que mais acreditou na gente e aceitou nos ter como
suas orientandas. As diversas dúvidas que sugiram ao decorrer do trabalho e você
com sua eterna calma conseguiu conciliar a agitação dessas duas meninas, isso foi
o ideal para tudo ter dado certo. A você, nosso Professor Mestre Fernando Carvalho.
A cumplicidade e companheirismo da dupla, pelos os dias que uma não
queria estudar e a outra entendeu, por cada qualidade que íamos descobrindo uma
da outra só fez contribuir. Disso tudo o que mais valeu foi sentir que a nossa
amizade só fez aumentar e ter certeza o quão nos damos bem.
O nosso muito obrigada!
ANÁLISE DA VIABILIDADE DA IMPLANTAÇÃO DE UM DESTILADOR SOLAR UTILIZANDO AS ESTRUTURAS PRÉ- EXISTENTES DO TANQUE DE REJEITO
DOS SISTEMAS DE DESSALINIZAÇÃO IMPLANTADOS NO SEMIÁRIDO ALAGOANO
FEASIBILITY ANALYSIS OF THE IMPLANTATION OF A SOLAR DISTILLER USING THE PRE-EXISTING STRUCTURES OF THE WASTE TANK OF THE DESSALINIZATION SYSTEMS IMPLANTS IN THE ALAGOANO SEMIARID
Maria Vitória Oliveira Maurício Lira, Graduanda do Curso de Engenharia Civil
[email protected] Teresa Alves Abib Esteves
Graduanda do Curso de Engenharia Civil [email protected]
Fernando da Silva Carvalho Mestre em Recursos Hídricos
RESUMO Devido a pobre descarga de rios nas regiões semiáridas do Brasil, as águas subterrâneas são bastante exploradas, porém, essa água tem alta concentração de sólidos totais dissolvidos sendo necessário a implantação de sistemas de dessalinização de água, a exemplo da osmose reversa, que separa o solvente do soluto, após aplicação de alta pressão, gerando a água doce e rejeito. O destino do rejeito são tanques para evaporação natural. Pensando em aproveitar o potencial solar da região, restringir o acesso da população a água poluída e aumentar o volume de água disponível, este trabalho avalia a viabilidade da instalação de um destilador solar como alternativa de tratamento do rejeito. Para isso foi necessário escolher e caracterizar a região a ser estudada, dimensionar a estrutura do equipamento com cotas, inclinação, capacidade de produção e outros parâmetros, em seguida escolher os materiais para construção através das características e propriedades físicas, com intuito de obter menor custo e maior eficiência. Foi feito, também, uma previsão de produção de água destilada utilizando dados climatológicos e comparado o custo de produção com outras formas de complementação da demanda. O destilador terá uma área total de 448m² e poderá produzir, teoricamente, 2240l/dia de água, terá uma geometria similar a um telhado 4 águas com uma cobertura de vidro temperado, estrutura de sustentação em aço inoxidável, um sistema de coleta através de calhas de PVC e armazenamento em cisternas. Terá um custo de água fornecida mais baixo e operação mais simples comparado ao fornecimento através de caminhão pipa, por exemplo.
PALAVRAS-CHAVE: Água. Dessalinização. Destilador solar.
ABSTRACT Due to the poor discharge of rivers in the semi-arid regions of Brazil, the groundwater is well explored, however, this water has a high concentration of dissolved solids, being necessary the implantation of water desalination systems, such as reverse osmosis, which separates the solute from the solvent, after applying high pressure, generating fresh water and waste. The destination of the waste are tanks for natural evaporation. Considering to take advantage of the solar potential of the region, to restrict the access of the population to polluted water and to increase the volume of available water, this work evaluates the viability of the installation of a solar distiller as an alternative of waste treatment. In order to do this, it was necessary to choose and characterize the region to be studied, to size the equipment structure with dimensions, slope, production capacity and other parameters, the choose of the materials for construction was through the characteristics and physical properties, in order to obtain lower cost and greater efficiency. The prevision of the production of distilled water was also made using climatological data and compared the cost of production with other forms of demand complementation. The distiller will have a total area of 448m² and can theoretically produce 2240l / day of water, will have a geometry similar to a four-water roof with a tempered glass cover, the structure is in stainless steel, thegather system through PVC pipes and cistern storage. Will have a lower cost of water supplied and simpler operation compared to supplying through a water truck, for example.
KEYWORDS: Water. Desalination.Solar distiller.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 6 1.1 Considerações iniciais ........................................................................................ 6 1.2 Objetivos .............................................................................................................. 8 1.2.1 Objetivo Geral .................................................................................................... 8 1.2.2 Objetivos Específicos ......................................................................................... 8 2 REFERENCIAL TÉORICO ....................................................................................... 9 2.1 A água no Brasil e no mundo ............................................................................. 9 2.1.1 Consumo de água diário por habitante ............................................................ 12 2.2 Águas Subterrâneas ......................................................................................... 14 2.3 O Programa Água Doce (PAD) ......................................................................... 17 2.4 Destilador solar ................................................................................................. 19 3 METODOLOGIA .................................................................................................... 22 3.2 Dimensionamento do destilador solar ............................................................ 23 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 25 4.1 Área de estudo .................................................................................................. 25 4.2 Materiais e dimensões ...................................................................................... 30 4.3 Avaliação da implantação do equipamento .................................................... 33 4.3.1 Estimativa de produção de água destilada e do acumulo de água pluvial. ...... 33 4.3.3 Comparação dos custos entre água destilada e a água fornecida por caminhão pipa ........................................................................................................................... 34 5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 37 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 39
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1 INTRODUÇÃO
1.1 Considerações iniciais
Alagoas é um Estado do nordeste brasileiro que possui uma parcela territorial
classificada como semiárido e têm como características: solo pobre, escassez de
água e secas intensas. Essa região sofre com a falta de água histórica e tem como
uma das causas as grandes estiagens de chuva. De acordo com Marengo, a região
sempre foi afetada por grandes secas ou grandes cheias e, estatisticamente,
acontecem de 18 a 20 anos de seca a cada 100 anos, e existem apenas duas
estações bem definidas: a estação das chuvas com duração de três a cinco meses,
e a estação de seca, sendo determinante para a sobrevivência das famílias,
atividades agrícolas e pecuárias (MARENGO, 2006).
Algumas características fisiográficas naturais marcantes do semiárido que
favorecem a escassez hídrica são: pouca chuva, com precipitação média anual entre
550 mm e 1550mm dos anos de 1961 a 1990; Concentração de precipitações
pluviométricas em curto período do ano, aproximadamente 4 meses;
Evapotranspiração potencial elevada, variando de 1400 mm a 2000mm, trazendo
resultados negativos para o balanço hídrico; Índice de aridez da região, definido
como a razão entre a precipitação e a evapotranspiração potencial, variando de 0,21
– 0,50. Áreas com índice de aridez abaixo de 0,65 estão susceptíveis a
desertificação; Vegetação rala, com árvores de pequeno porte, formando bioma de
caatinga; Baixa disponibilidade hídrica superficial; Baixa vocação hidrogeológica, ou
seja, baixa capacidade de armazenamento de água subterrânea (BRASIL, 1998).
Ao analisar esses fatores e considerando que o solo do sertão alagoano é
constituído principalmente de rocha com minerais cristalizados, possuindo vastas
áreas de imensos e maciços aflorantes e subaflorantes, é possível identificar a
dificuldade de infiltração da água da chuva, somente se acumulando nas fraturas de
rocha formada pelo movimento das placas tectônicas da terra. Em consequência, as
águas subterrâneas tendem a possuir altos teores salinos tornando-as impróprias
para consumo humano, ressaltando que o sódio é um desagregador do solo e
favorece a desertificação.
Uma forma de melhorar a convivência da população dessa região com a seca
e a falta d’água é a implantação de um sistema de dessalinização de águas. O que
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consiste em transformar parte da água salina subterrânea em água própria para
consumo através de osmose reversa. A osmose reversa é um processo de
separação em que um solvente é separado de um soluto de baixa massa molecular
por uma membrana permeável ao solvente e impermeável ao soluto. Isso ocorre
quando se aplica uma grande pressão sobre este meio aquoso, o que contraria o
fluxo natural da osmose. Por essa razão o processo é denominado osmose reversa
(SILVA, 2013).
O resultado desse procedimento é a água potável, própria para consumo
humano, e a água de rejeito, água ainda mais salgada que a inicial e altamente
poluente é armazenada em tanques de concentração para evaporação natural como
destino paliativo.
A Secretaria de Estado do Meio Ambiente e de Recursos Hídricos de Alagoas
(SEMARH - AL) com apoio de órgãos federais implanta sistemas de dessalinização
por osmose reversa no semiárido alagoano. O sistema é composto por: um abrigo,
para o dessalinizador e o clorador, dois reservatórios de água, uma casa de bomba,
um chafariz, dois tanques de concentração de rejeito, poço e adutora. Os tanques de
concentração têm medidas de 30 metros comprimento e 12 metros de largura,
profundidade de 2 metros em taludes de 45° e coroamento de 1,5 metros em todos
os lados. São construídos com material local ou de empréstimo, a depender do tipo
e solo, e forrado com manta impermeabilizante de PVC com 0,80 milímetros de
espessura, para proteger o solo (BRASIL, 2012).
A produção diária de rejeito varia de acordo com a quantidade de famílias que
o sistema atende, considerando um retorno de 50% do dessalinizador é possível
dizer que o mesmo volume de água necessária para atender a demanda de uma
comunidade será o volume produzido de água de rejeito mostrando que a
sustentabilidade do sistema, no que se diz respeito a transbordamento do tanque, é
muito variável podendo ocorrer transbordamento com pouco tempo de instalação do
sistema ou nunca transbordar. O rejeito é altamente poluente além de ser disposto
em tanque a céu aberto está sujeito a todos os tipos de contaminantes e é
considerado impróprio para qualquer tipo de consumo. Uma problemática
identificada é a reutilização indevida da água de rejeito, devido a baixa oferta de
água na região e a baixa taxa de escolaridade e de informação, a população tem
reutilizado esse recurso não potável para outros fins, mas essa utilização é
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prejudicial ao meio ambiente,podendo causar desertificação do solo a longo prazo e
a saúde, pois é caminho de doenças com veiculação hídrica.
Com incentivos governamentais a sociedade reconheceu a sustentabilidade
como melhor forma de garantir a preservação do meio ambiente paralelo ao
crescimento mais saudável da humanidade como bem social e econômico
garantindo à diversas empresas o conhecimento sustentável tornando possível
adiminuição dos impactos ambientes aliado, também, a redução dos custos
operacionais, e consequentemente existindo o aumento da qualidade de vida e do
desenvolvimento humano.
A sustentabilidade dos sistemas de dessalinização começa através do destino
correto dado ao rejeito produzido, após pesquisa, foi possível identificar que um
destilador solar poderia ser uma forma de tratar essa água, que já é evaporada
naturalmente, para que ela seja reutilizada. A implantação de um destilador
aproveita o potencial solar da região, é de fácil manuseio, restringe o acesso da
água poluída e aumenta o volume de água disponível para a comunidade.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
Analisar a viabilidade para construção de um destilador solar aproveitando as
estruturas pré-existentes do tanque de água de rejeito dos sistemas de
dessalinização implantados na região semiárida do Estado de Alagoas.
1.2.2 Objetivos Específicos
▪ Identificar critérios para escolha da área de estudo;
▪ Identificar os materiais e as dimensões ideais para o destilador solar;
▪ Apresentar os benefícios e custo aproximado da implantação de um destilador
solar.
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2 REFERENCIAL TÉORICO
A água é um recurso indispensável a sociedade, áreas urbanas possuem
rede de distribuição de concessionárias que cobram pelo serviço e nas áreas rurais
é necessário abastecimento alternativo como caminhão pipa. Os aquíferos são
considerados reservas naturais de água para uso em caso de escassez nos
mananciais superficiais, e para o semiárido nordestino, que possui essas
características o uso de águas subterrâneas é eminente, mas devido as
características geológicas da região essas águas possuem teor de concentração de
sais muito elevado e para que seja consumida é necessário realizar o processo de
dessalinização (BRASIL, 2012).
2.1 A água no Brasil e no mundo
A água é um recurso indispensável ao meio ambiente e a sobrevivência
humana. O homem necessita da água para o consumo próprio e diversas atividades
que englobam atividades domésticas, agrícolas e industriais. A água está presente
em todos os aspectos do desenvolvimento humano. Quando as pessoas tem acesso
limitado a água potável no lar ou quando não tem acesso a água enquanto recurso
produtivo, as escolhas e a liberdade são limitadas pela doença, pobreza e
vulnerabilidade. A água da vida a tudo incluindo o desenvolvimento humano e a
liberdade humana (PNUD, 2006).
Estudos revelam que os aflorantes geológicos mais antigos encontrados em
ambiente aquático têm idade da ordem de 3,8 bilhões de anos, e assim é possível
supor que a existência da água na terra na forma líquida se dá, pelo menos, desde
então. E o planeta terra é o único corpo do Sistema Solar, até agora conhecido,
onde a água existe, ao mesmo tempo, nos três estados físicos fundamentais: sólida
ou gelo nas calotas polares e geleiras; líquida nos oceanos e formando os corpos de
água doce (menos de 1000 mg/L de sólidos totais dissolvidos) dos continentes –
rios, lagos, umidade do solo e o manancial subterrâneo; vapor de água na atmosfera
(REBOUÇAS, 2001).
A energia que é emitida pela estrela sol e que incide sobre a superfície da
Terra e a transpiração realizada pela biomassa vegetal e animal, inclusive o homem,
transformam uma porção importante da água que forma os oceanos em vapor,
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assim como acontece com as calotas polares, a umidade do solo e até as águas
subterrâneas que são acumuladas a profundidades inferiores a um metro. Este
vapor de água sobe à atmosfera, onde acontecerá um resfriamento progressivo e
então se condensará para dar origem às nuvens. Essas massas de água que estão
na atmosférica são atraídas pela gravidade e voltam a cair na Terra, principalmente
na forma de chuva, neblina e neve formando o ciclo hidrológico da água o meio de
renovação das águas da Terra que é movido pela energia solar (evaporação) e pela
força gravitacional (precipitação) há bilhões de anos (REBOUÇAS, 2001).
A água não é somente um matéria-prima, diferente dos demais recursos
naturais da Terra ela é um bem ambiental e pode se tornar um bem econômico. É a
única matéria-prima ambiental cuja utilização tem um efeito de retorno sobre o
manancial utilizado fazendo a gestão dos recursos hídricos, rios, lagos e lagoas
(superficial) e água provenientes de lençol freático (subterrâneas), e a reutilização
água de chuva e de reuso não-potável no meio urbano, nas indústrias e na
agricultura, principalmente, uma ferramenta de extrema importância para tornar o
uso mais eficiente da água disponível, ou seja, a obtenção de cada vez mais
benefícios com o uso de cada vez menos água e proteção da sua qualidade
(REBOUÇAS, 2001).
A poluição de corpos d’agua superficiais, o desperdício de água e ações do
homem, como a impermeabilização dos solos, vem degradando o meio ambiente e
tem como resultado a escassez e a degradação da qualidade da água disponível em
níveis jamais imaginados, principalmente nas regiões com menos disponibilidade
desse recurso natural (BRASIL, 1992).
Em qualquer situação fisiográfica, o uso dos recursos hídricos deve ser
avaliado com preocupação, mas em especial nas regiões como o semiárido do
Brasil, a preocupação assume maiores proporções. Nesse cenário, as
disponibilidades hídricas precisam ser ampliadas e, para tanto, são necessários
investimentos em pesquisa e desenvolvimento tecnológico para exploração racional
da água (REBOUÇAS, 2001).
O Nordeste, em geral, é uma região pobre em descarga dos rios. O fenômeno
da seca é a condição climática dominante, que provocam a existência de rios
temporários ou rios com regime muito irregular, apesar de permanentes. Nessa
região, as chuvas se concentram em um determinado período e provocam a
formação de uma estação úmida que se alterna com uma estação seca e o clima se
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torna mais árido quanto mais prolongada for a essa estação (ARAÚJO, 2011). O
semiárido corresponde a 53% da área do Nordeste, e é uma zona sujeita a períodos
cíclicos de secas e a irregularidade de ano para ano responsável pelas grandes
estiagens dificulta o planejamento para utilização dos recursos naturais (POLETTO,
2006). Os resultados desse período dependem da capacidade de resistência e de
convivência da população atingida quanto menor a renda mais e despreparada,
maiores serão os reflexos da seca.
Essa região é caracterizada pelos altos índices de: pobreza, taxas de
mortalidade infantil e analfabetismo, fome, subnutrição, bem como baixos salários e
elevada concentração de renda e de terra, sendo vistas como problemas sociais e
econômicos marcantes. As condições ambientais do semiárido, unido a pobreza
generalizada resulta no desmatamento excessivo, prática de irrigação inadequada, o
pastoreio excessivo e o sobre cultivo, acelerando o ritmo de degradação do solo e
dos recursos hídricos e levando ao processo de desertificação, que já atinge mais de
55% do território semiárido nordestino (FALCÃO, 2005). Segundo o Ministério do
Meio Ambiente, aproximadamente 181 milquilômetros quadrados da região vêm
sendo afetados seriamente pela desertificação (BRASIL, 1998).
Na tentativa de resolver o problema de abastecimento de água, tem-se
utilizado duas estratégias básicas no interior do Nordeste (CARVALHO, 2000):
▪ A construção de açudes, visando ao armazenamento da água superficial;
▪ A perfuração de poços, visando ao aproveitamento da água subterrânea.
Em relação aos rios do semiárido e sendo esses, em sua maioria, os
intermitentes, o uso de suas águas fica restrito às escavações de cacimbas em seus
leitos nos períodos de seca, com limitações tanto nos aspectos da concentração de
sais e exaustão do lençol freático, como da contaminação por microrganismos. Nos
casos específicos dos barreiros e pequenos açudes, existem algumas preocupações
no sentido de se resolver o problema da turbidez das águas que é muito comum
nesses tipos de fontes hídricas. A turbidez é uma característica resultante da
suspensão de partículas microscópicas de argila nas águas (SUASSUNA, 1999).
O abastecimento de água das cidades dessa região, normalmente, é feito por
adutoras que trazem água tratada de outros locais com melhor oferta hídrica, mas
esse método não é aplicado para toda a extensão do município pois existem
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comunidades pequenas e afastadas tornando a instalação de uma rede de
abastecimento economicamente inviável, o que dificulta na vida do sertanejo.
Algumas medidas são incentivadas pelo governo para ajudar no armazenamento de
água, como a construção de cisternas, reaproveitamento da água de chuva e outros
métodos ainda em implantação, porém ainda são insuficientes para a demanda da
população (BRASIL, 2012).
Nesses locais a água é um bem precioso e caro, toda e qualquer
disponibilidade de água é utilizada, sendo ela de qualidade ou não, tendo muito
reaproveitamento e a educação na hora de utilizar. As novas tecnologias e a gestão
correta dos recursos hídricos disponíveis se tornam o divisor entre desistir ou
sobreviver nos meses com maiores secasporque a falta d’água é inevitável.
2.1.1 Consumo de água diário por habitante
A importância de conhecer a quantidade de água suficiente para satisfazer as
necessidades básicas humanas tem, ao longo dos anos, inspirado debates sobre o
direito ao acesso a água. Nesse contexto, o conceito de “necessidade básica” traz
consigo a idéia de quantidade mínima de água suficiente para suprir a demanda
residencial (GLEICK, 1998).
A Agenda 21, produto da Conferência das Nações Unidas sobre o Meio
Ambiente e Desenvolvimento, em seu capítulo 18, Seção II, coloca que devem ser
garantidos suprimentos adequados de água de boa qualidade para toda a população
do mundo, preservando ao mesmo tempo os ecossistemas (BRASIL, 1992).
Uma avaliação do cumprimento das metas do milênio, publicada pelas
Nações Unidas, mostra que a maioria dos países atingirá a meta relativa à água
potável no ambiente urbano, uma vez que os avanços até o momento têm sido
satisfatórios. Entretanto, estar próximo de alcançar a cobertura esperada, como é o
caso do Brasil,não significa atingir a universalização ou mesmo uma elevada
qualidade na prestaçãodos serviços. Na prática, percebe-se que mesmo com a
ampliação na cobertura doabastecimento de água ainda há uma grande parcela da
população de baixa rendasem água potável para a satisfação das suas
necessidades básicas (ONU,2006).
A Política Nacional de Recursos Hídricos estabelece que a água é um bem de
domínio público e que, em situações de escassez, o uso prioritário dos recursos
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hídricos é o consumo humano. Além disso, é objetivo dessa política assegurar à
atual e às futuras gerações a necessária disponibilidade de água, em padrões de
qualidade adequados aos respectivos usos (BRASIL,1997).
O acesso à água potável em quantidade suficiente deve ser visto como um
direito porque assume uma importância determinante em vários aspectos da vida.
Em comunidades carentes ter um acesso adequado aos serviços de abastecimento
de água, mesmo que por meio de pontos coletivos como chafarizes, contribui não só
para a melhoria da qualidade de vida e da saúde (OPAS, 2001 apud CARLOS;
KLIGERMAN, 2005).
De forma geral, a fixação da cota per capita diária é feita com base na adoção
e valores clássicos da literatura, por similaridade com sistemas que possuem as
mesmas características ou por meio de dados estatísticos da própria cidade, obtidos
de micromedidores instalados junto às ligações prediais ou pela leitura de
macromedidores na saída dos reservatórios de distribuição. Destaca-se que
normalmente esses volumes englobam não só o uso residencial de água, mas
também outros usos característicos do funcionamento de uma cidade como o
industrial, comercial, público e até mesmo as perdas no sistema de abastecimento
(TSUTIYA, 2005).
Figura 1 - Evolução temporal das cotas per capita médias de água nas regiões do Brasil. Fonte: SNIS, 2005.
Os dados brasileiros mais recentes referem-se ao acompanhamento dos
prestadores do serviço de abastecimento de água, em especial aqueles de
14
abrangência regional, que têm buscado aumentar o seu controle operacional por
meio da micromedição. A Figura 1 apresenta as cotas per capitamédias, do ano
2000 a 2004, nas diferentes regiões do País (SNIS, 2005).
Observa-se que a região sudeste possui as maiores cotas per capita de
água, com médias oscilando entre 150 e 200 l/hab.dia. As demais regiões do país
têm um consumo médio variando de 100 a 150 l/hab.dia, com destaque para a
região nordeste que apresenta os menores valores. Segundo os prestadores de
serviço, o consumo médio per capita para o país foi de 148,8 l/hab.dia em 2003 e
142,7 l/hab.dia em 2004 (SNIS, 2005).
Utilizando as informações apresentadas pelo diagnóstico dos serviços de
água e esgotos este trabalho utilizou como média para consumo humano em uma
comunidade rural do semiárido alagoano um total de 80 l/hab.dia (SNIS, 2005). A
instalação dos sistemas de dessanilização implantados em comunidades rurais
difusas tem como principal objetivo suprir tal demanda em sua totalidade para que
haja uma sustentabilidade da comunidade e independência no abastecimento de
água.
2.2 Águas Subterrâneas
Devido à grande escassez de água em diversas partes do semiárido e o
aumento significativo na poluição de águas superficiais um novo conceito aparece
através de estudos informando o quanto aumentou o índice de utilização de águas
subterrâneas.
Toda água encontrada sob a superfície da Terra é denominada como água
subterrânea, ela está sempre entre os poros da rocha recebendo a força por adesão
e por gravidade e se adequando a granulometria rochosa. Além disso a água
subterrânea tem como finalidade manter o solo úmido, protegendo-o. No ciclo
hidrológico essa água também tem um papel a ser cumprido por ter uma parte
formada por águas de chuvas (FITTS, 2015).
De acordo com a Associação Brasileira de Águas subterrâneas alguns fatores
refletem como a água infiltrará no solo (ABAS, sd):
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1. Porosidade do subsolo: quando existe argila no solo, faz com que a
permeabilidade diminua, dificultando a ainda mais a infiltração da água
precipitada;
2. Vegetação: quando o solo possui vegetação ele pode ser considerado
mais permeável, ou seja, existe uma facilidade para água ser penetrada,
ao se comparar com um solo que sofreu desmatamento;
3. Inclinação da superfície: quando maior o ângulo de inclinação mais rápido
a água consegue escorrer diminuindo a quantidade de água que
conseguirá infiltrar;
4. Tipo de chuva: chuvas intensas passam rapidamente pelo solo impedindo
delas infiltrarem, já as finas e demoradas têm mais tempo para penetrar no
solo.
Ao decorrer de chuvas as águas caem sobre a superfície do solo sendo
distribuídas em duas zonas: não saturada e saturada. Uma parte dessa água ao
sofrer a força de adesão permanece nas regiões mais próxima da superfície e a
outra parte segue para as profundidades do subsolo (BRASIL, 2007).
A zona não saturada também é conhecida como zona de aeração e vadosa e
é subdividida em: zona de umidade do solo, zona intermediária e franja de
capilaridade, nela acontece o processo de infiltração e autodepuração. Uma parcela
da superfície do solo está complementada com água, ou seja, partículas de água
são distribuídas uniformemente fazendo com que as raízes das plantas façam o
processo de transpiração. A zona de umidade do solo é a considerada mais
superficial tendo uma grande perda de água por adesão para a atmosfera terrestre,
geralmente esses solos acabam ficando salinizados porque grande parte das águas
precipitadas tem um alto teor de sais e a partir do momento que a água volta para o
ciclo hidrológico por meio de precipitação os sais depositados permanecem na
superfície do solo. Na zona intermediária, como o próprio nome já diz, é a região que
intermédia a zona de umidade do solo e a franja de capilaridade, possuindo uma
umidade menor que a zona acima e maior que a zona abaixo, nem sempre existem,
mas quando encontrados são denominados de brejos e alagadiços. Já a franja de
capilaridade é a camada mais próxima ao nível d’água do lençol freático e possui um
percentual de umidade grande, pois logo abaixo existe a zona saturada (TEIXEIRA,
2009).
16
Na zona saturada são encontrados poros e fissuras de rochas e por
consequência da zona não saturada as águas que penetram tem a finalidade de
preencher as imperfeições encontradas ali. Essas águas chegam por gravidade e
conseguem atingir a maior profundidade, que é a parte que as rochas já se
encontram muito saturadas e a penetração de água acaba se tornando impossível. A
partir disso um manancial de água é formado por águas que chegam em pequena
velocidade, desse manancial uma parcela das águas se transforma em fontes, e a
outra parcela serve para desagua em rios, lagos e oceanos como forma de
abastecimento nos períodos de seca (BRASIL, 2007).
Como toda a água subterrânea depende inteiramente do ciclo hidrológico e
das condições climáticas, elas acabam se tornando volátil, ou seja, para existir
águas subterrâneas em determinada região é necessário que seja analisado, a
frequência de chuvas na região, o tipo de chuvas e o tipo do solo, pois esses fatores
estão diretamente ligados a probabilidade de existência de água na zona saturada
(FITTS, 2015).
De acordo com os estudos apresentados por Shikwmanov em 1998 as águas
subterrâneas mundiais são bem mais fartas que as águas superficiais, ele até
afirmou que 100 vezes mais. O volume de águas subterrâneas é de 10.360.230
quilômetros cúbicos sendo distribuídas em uma área de 134.800.000 quilômetros
quadrados (SHIKWMANOV, 1998 apud ABAS, sd). Rebouças afirmou que no Brasil
a reserva de descargas de águas subterrâneas tem aproximadamente 112 mil e é
estimada em 3400 km³/ano (REBOUÇAS, 2001).
É importante salientar que, segundo estudos da Associação Brasileira de
Águas Subterrâneas, apesar da deficiência em recursos hídricos superficiais,
poderiam ser extraídos do subsolo da região nordestina, sem risco de esgotamento
dos mananciais, pelo menos 19,5 bilhões de metros cúbicos de água por ano, 40
vezes o volume explorado atualmente (ABAS, sd). Porém na maioria das vezes essa
água tem altos teores de sólidos totais dissolvidos (STD) e por isso é imprópria para
consumo humano. Esse fato sinaliza a necessidade de estudar as formas
alternativas de tratamento dessa água disponível para garantir um abastecimento
durante todo o ano para a população do semiárido brasileiro. Pois a sua utilização
sem tratamento prévio acarreta na salinização do solo, tornando-o impróprio para
cultivo e posteriormente traz o risco de formação de desertos.
17
2.3 O Programa Água Doce (PAD)
O Ministério do Meio Ambiente (MMA) aliado com as instituições federais,
estaduais, municípios e a sociedade civil do Brasil desenvolveu uma ação com o
objetivo de estabelecer uma política pública de acesso de água para o consumo da
população de comunidades do semiárido nordestino estável através do
aproveitamento das águas subterrâneas disponíveis na região, por meio da
dessalinização desses corpos hídricos, por osmose reversa, a incorporação dos
cuidados ambientais e sociais são fatores dominantes nessa aplicação de gestão
dos sistemas de dessalinização. Essa política pública foi instaurada nos estados
através do Programa Água Doce (PAD), com a colaboração de 200 instituições
distribuídas em 10 estados do Brasil o programa tem sido um destaque nas ações
que buscam o abastecimento de águas em comunidades carentes de difícil acesso e
baixa disponibilidade hídrica (BRASIL, 2012).
Desde que o PAD foi formulado mais de 100 mil pessoas foram beneficiadas
espalhadas por 150 comunidades do semiárido brasileiro, oferecendo, muitas vezes,
pela primeira vez a possibilidade de ter acesso a água de qualidade para todos os
habitantes daquelas comunidades. Para obter esse êxito de garantia de água o
programa precisou aprimorar os conhecimentos de 600 pessoas, sendo divididos em
técnicos estaduais e gestores dos sistemas de dessalinização (BRASIL, 2012).
O projeto básico do sistema é composto de um poço, já existente na
comunidade sendo necessário apenas a sua recuperação, duas caixas d’água de 5
mil litros, para água bruta e doce, um abrigo para o dessalinizador e clorador, um
chafariz e dois tanques de concentração de rejeito (BRASIL, 2012). Podendo haver
mudanças nas dimensões e distâncias entre os componentes se necessário e a
depender das características da comunidade. A Figura 2 mostra uma ilustração de
como seria a instalação do sistema completo:
18
Figura 2 – Representação esquemática do sistema de dessalinização adotado pelo Programa
Fonte: BRASIL, 2012.
A dessalinização das águas subterrâneas feita por esses sistemas é através
da osmose reversa, um fenômeno conhecido desde o fim do século XIX. A palavra
osmose vem do grego “osmos” e significa “impulso”.
Nos sistemas de dessalinização, a água de alimentação antes de passar
pelas membranas recebe um pré-tratamento com adição de anti-incrustante, solução
que evita a incrustação que se formam em tubos e canos, e depois é enviada para
um banco de filtros de cartucho. Por meio desse processo é possível gerar uma
água equilibrada em sais, além de ser isenta de microrganismos e de poluentes de
qualquer tipo. O resultado desse processo é água potável, apropriada ao consumo
humano, pois se encontra em conformidade com a Portaria MS no 2.914/2011 do
Ministério da Saúde e um rejeito que se torna ainda mais concentrado de sais
(BRASIL, 2012).
O sistema de produção do PAD foi desenvolvido pela Embrapa, que tem a
função de planejar sistemas simples, onde a principal ideia dela foi dividir em três
subsistemas dependentes começando com a piscicultura, utilizando um salino
orgânico para a irrigação de plantas halófitas, como aerva-salque é alimento para os
animais (BRASIL, 2012). Mas são poucas as comunidades que conseguem
implantar esses sistemas, e isso se dá por diversos motivos como: teor de sais no
concentrado maior que os sistemas desenvolvidos aceitam, falta de engajamento da
comunidade e outros.
Até 2019 o PAD pretende satisfazer 25% da população, esse dado está
sendo acompanhando desde 2010 com o auxílio de orientação dos Planos
19
Estaduais de Implementação e Gestão do Programa Água Doce. Alguns munícipios
foram avaliados como mais críticos e, portanto, foi definido que precisariam ser
beneficiados inicialmente. Ou seja, as comunidades que tem um alto percentual de
mortalidade infantil, dificuldade no acesso a recursos hídricos, índice pluviométrico
pequeno e o índice de desenvolvimento humano baixo serão as primeiras a serem
contempladas pelo programa (BRASIL, 2012).
É importante salientar que o PAD também se preocupa em se enquadrar com
as mudanças climáticas de cada região, fazendo com que cada família seja
beneficiada da forma que mais poderá trazer recursos financeiros próprios, como por
exemplo, utilizar essa água para a irrigação da agricultura familiar.
2.4 Destilador solar
Com o crescimento da população o consumo de água aumenta, mas a oferta
hídrica de água potável está diminuindo e isso se dá por motivos como a poluição de
rios e mananciais de água doce, o uso desordenado do recurso hídrico,
principalmente para agricultura e geração de energia, e períodos de seca mais
duradouros devido as mudanças climáticas. O semiárido nordestino é uma das
regiões que já sofre com a escassez de água, historicamente, devido ao clima
quente e seco da região e a baixa descarga de rios e uma solução para satisfazer as
necessidades hídricas da região é a produção de água doce através da
dessalinização de água subterrâneas.
O método normalmente utilizado para dessalinizar a água salgada é o
destilador solar. O processo de destilação solar que consiste no aquecimento da
água salobra através da luz solar que atravessa uma superfície de vidro (1) até o
seu ponto de evaporação (2), o vapor sobe e ao entrar em contato com a superfície,
mais fria, condessa e se transforma em liquido (3), livre de moléculas de sal e
impurezas, escorre e é coletado por canaletas (4), conforme a Figura 3.
20
Figura 3 – Imagem ilustrativa de como funciona o procedimento de um destilador solar.
Fonte: AUTOR, 2018.
O destilador solar é um dos equipamentos para dessalinização de água mais
simples e com uma boa taxa de eficiência, quase sem custos operacionais e que
purifica água contaminada ou salgada. É de baixo custo, fácil instalação e requer
como operação apenas a limpeza periódica do sal depositado no fundo e como
manutenção, requer serviços simples de substituição de vidros que sejam
eventualmente quebrados e desobstrução de canaletas (GARCIAS, 1985).
Vários países de regiões desertas como a Arabia Saudita ou o Quatar
apresentam problemas no abastecimento de água e construíram destiladores de
água salgada seja com o uso de energia solar ou com a queima de derivados do
petróleo (SOARES, 2004).
O destilador solar tem vantagem de que seu produto, a água doce, é
produzido de acordo com a insolação, sendo, portanto maior a produção diretamente
proporcional a incidência solar. Supondo que a radiação solar diária disponível tenha
um valor médio de 5000 kcal/m² por dia, e considerando, que para a destilação da
água, ocorra por volta de 600 kcal/kg, um destilador com superfície de 1 metro
quadrado poderia fornecer, teoricamente, cerca de 8 l/dia de água destilada
(COMETTA, 1977 apud SOARES, 2004).
Um estudo realizado por Senem no ano de 2000 indicou que um destilador
solar de 1 metro cúbico com cobertura de vidro e inclinação de 45° com a horizontal
21
e base de aço galvanizado pintado de preto pode destilar água do mar com uma
produção de 3,5 l/m². dia (SENEM, 2000).
Em comparação com a osmose reversa é um método menos eficaz nos
termos de produção de água dessalinizada, mas ele é considerado mais sustentável
e barato por não utilizar energia elétrica e por ter uma manutenção e operação mais
fácil e barata e que pode ser muito bem aplicada em regiões com alta incidência
solar e pouco acesso a água potável.
22
3 METODOLOGIA
Com o intuito de aproveitar o potencial energético solar da região, restringir o
acesso da população a água poluída e como uma nova forma de aumentar o volume
de água disponível para a comunidade rural foi avaliado a viabilidade da instalação
de um destilador solar como alternativa de tratamento rejeito utilizando as estruturas
pré-existentes do tanque de concentração, por isso foi necessário caracterizar a área
de estudo e dimensionar a estrutura do destilador, como mostra a Figura 4.
3.1 Caracterização do semiárido alagoano e da situação dos recursos hídricos
disponíveis na região
Inicialmente foram realizadas pesquisas bibliográficas, informações publicadas
em artigos científicos e os dados disponibilizados por diversos órgãos públicos que
se relacionam com o assunto, tais como o Ministério do Meio Ambiente (MMA), a
Agência Nacional de Águas (ANA), a Secretaria de Estado de Meio Ambiente e
Recursos Hídricos de Alagoas (SEMARH-AL), entre outros para complementar a
caracterização da área focada para este estudo. Informações tais como aspectos
físicos e socioambientais da área, oferta e demanda de recursos hídricos, principais
usos da água pela população, entre outras, foram analisados no contexto do objetivo
proposto. Deu-se uma ênfase maior ao Estado de Alagoas, na tentativa de abordar
melhor a realidade local e suas particularidades.
A identificação foi dada através de uma análise socioeconômica e ambientalda
região,disponibilizado pelo Programa Água Doce, Alagoas, que foi realizado pela
empresa vencedora da licitação, Gama Engenharia no ano de 2015,contendo, entre
outros, os seguintes dados: número de pessoas, escolaridade, renda per capita,
demanda necessária de água por dia para cada família, formas de acesso a água, a
capacidade de produção de água, o número de famílias a serem atendidas e demais
informações pertinentesque foram coletados pelo estudo socioeconômico das
comunidades, disponibilizado pela SEMARH-AL.
23
3.2 Dimensionamento do destilador solar
Para dimensionar a estrutura do destilador solar é necessário estimar o tempo
de transbordamento do tanque que pode ser calculado a partir de um balanço
hídrico apresentado nos resultados desse trabalho e levar em consideração os
seguintes dados: produção de rejeito, evapotranspiração e precipitação, esses
dados foram utilizados para dimensionar a área total necessária para melhor
eficiência do destilador solar, a coleta, o armazenamento e a distribuição da água
produzida para a comunidade. Foi avaliado também a distância entre a cobertura de
vidro à superfície da água e o ângulo de inclinação desta cobertura de vidro uma vez
que influência na quantidade de radiação solar que entra no destilador.
Para escolha do material a ser utilizado foi necessário realizar um estudo das
suas características com relação as propriedades físicas, com intuito de obter o
material com maior eficiência, visto que os materiais precisam ter uma vida útil longa
nas condições às quais serão expostos ou um custo baixo para serem substituídos
quando necessário além da avaliação de resistência às intempéries, foi avaliado
também o seu nível de toxidade e emissão de vapores que poderiam transmitir à
água um sabor desagradável quando exposto a altas temperaturas. O peso,
transporte e montagem também foi levado em consideração para essa avaliação.
A estimativa da capacidade de produção e outros aspectos utiliza os dados de
clima e tempo da série histórica da estação município de Palmeira dos Índios, estado
de Alagoas. Esses dados foram disponibilizados pelo Instituto Nacional de
Meteorologia – INMET.
24
Figura 4 – Fluxograma de todo o processo da metodologia. Fonte: AUTOR, 2018.
ESCOLHA DA COMUNIDADE PARA
APLICAR A PROPOSTA
ESCOLHA DO TEMAPESQUISA
BIBLIOGRÁFICA
CARACTERIZAÇÃO DAÁREA DE ESTUDO
ESTUDO DA DEMANDA DE ÁGUA DA ÁREA
ESCOLHIDA
ESTUDO DA PRODUÇÃO DE REJEITO E DA
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
PROJETAR O DESTILADOR SOLAR NO
AUTOCAD
ESTUDO DA VIABILIDADE DE APLICAÇÃO DO
PROJETO
VANTAGENS PARA IMPLANTAÇÃO
DESVANTAGENSPARA IMPLANTAÇÃO
CUSTO BENEFÍCIO DO SISTEMA IMPLANTADO
PROJETO DO DESTILADOR SOLAR
25
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Área de estudo
Após pesquisa bibliográfica nos estudos disponibilizados pela SEMARH-AL a
escolha da área de estudo e sua caracterização, a comunidade escolhida através
dos critérios citados na metodologia é a Belo Horizonte que pertence ao município
de Traipu, esse município está localizado na região centro-sul do Estado de
Alagoas, limitando-se a norte com os municípios de Girau do Ponciano e Jaramataia,
a sul com o rio São Francisco, a leste com Campo Grande, Olho D’ Água Grande e
São Brás e a oeste com Batalha e Belo Monte, como é apresentado na Figura 5.
Figura 5 – Mapa do Estado de Alagoas: divisão das mesorregiões. Fonte: ALAGOAS,2014.
A área municipal ocupa 698,8 quilômetros quadrados corresponde a 2,51%
de Alagoas, inserida na mesorregião do Agreste Alagoano e na microrregião de
Traipu. A sede do município tem uma altitude de aproximadamente 10 metros e
coordenadas geográficas de 9°58’14’’ de latitude sul e 37°00’12’’ de longitude oeste.
26
O acesso a partir de Maceió é feito através das rodovias pavimentadas BR-316, BR-
101, AL- 220 e AL-115, com percurso em torno de 188 quilômetros, com uma
população de 28.070 habitantes (IBGE, 2017) a densidade demográfica é de 36,82
hab/km² com clima muito quente com estação chuvosa no inverno que se inicia em
março e se estende até setembro, o município está inserido na bacia hidrográfica do
Rio São Francisco, ele também é banhado pela sub bacia do Rio Traipu, cujo
afluente principal é o Riacho Priaca, a drenagem é densa e, em sua maior parte,
secundária, o padrão de drenagem principal é o dendrítico. Todo esse sistema fluvial
deságua no Rio São Francisco (GAMA ENGENHARIA, 2015).
A comunidade está situada a 30,2 quilômetros a leste da sede do município
de Traipu, apresentada na Figura 6, com aproximadamente 500 habitantes, a
principal atividade produtiva da comunidade é a agricultura de subsistência, com
cultivo de feijão, milho e mandioca, não há rede coletora de esgoto e o mesmo é
disposto a céu aberto, não há coleta de lixo pela rede pública o mesmo é queimado
nos quintais das residências, a água é armazenada em cisternas com tampa, há
energia elétrica em todas as casas. O abastecimento de água é feito por um poço
artesiano com sistema de dessalinização e é distribuído através de chafariz, a
alternativa para completar os gastos diários é a compra de água através de
caminhão pipa, já que o poço é insuficiente, também não há açudes, barreiros ou
outros tipos de recursos hídricos na comunidade, cada família tem direito a coletar
100 litros de água por semana, e essa água é utilizada apenas para consumo
humano (GAMA ENGENHARIA, 2015).
27
Figura 6 – Croqui de localização da comunidade Belo Horizonte. Fonte: Google Earth, 2018.
A partir das informações do diagnóstico feito pela empresa Gama Engenharia
para o Programa Água Doce foi possível desenvolver a Figura 7, que representa a
produção de rejeito, teórica, de diversas comunidades do semiárido alagoano,
incluindo a comunidade Belo Horizonte. Foi levado em consideração alguns
parâmetros para construção do quadro: número de habitantes da comunidade,
vazão do poço, um consumo médio de 7,2 l/hab.dia de água e eficiência de retorno
de 50% para água potável e rejeito (GAMA ENGENHARIA, 2015).
28
Figura 7 – Expectativa de produção de rejeito mensal. Fonte: AUTOR, 2018.
Após estimar de rejeito mensal das comunidades com o uso do dessalinizador
por osmose reversa e que os tanques que possuem um volume útil de
aproximadamente 492 metros cúbicos, cota máxima da lâmina de água é 1,80
(GAMA ENGENHARIA, 2015), foi realizando o balanço hídrico do tanque de
concentração com os dados de precipitação e evaporação da região sendo possível
estimar o tempo se o sistema é sustentável ou se em algum momento ocorreria o
transbordamento do tanque. Para esse balanço hídrico foi utilizado dados da normal
climatológica de 1981 a 2010 da estação pluviométrica monitorada pelo Instituto
Nacional de Meteorologia – INMET e localizada na cidade de Palmeira dos Índios –
Carneiros Malhador I 200 1931 3099,9 1,44 1,44 43,2
Craíbas Bom Jesus/Riachão 400 6000 10470,8 2,88 2,88 86,4
Caraíba Dantas 1000 2597 13657,3 7,2 7,2 216
Logrador das vassouras 250 2295 7216,4 1,8 1,8 54
Inhapi Sítio Jurema 200 1650 2500,3 1,44 1,44 43,2
Campinhos 150 1302 9625,8 1,08 1,08 32,4
Lagoa da Vaca 150 1494 11122,1 1,08 1,08 32,4
Faveira 165 4235 2780,0 1,188 1,188 35,64
Ouricuri 750 2200 4867,5 5,4 5,4 162
Olho D'água
do CasadoSítio Capelinha 100 2364 2229,0 0,72 0,72
21,6
Brasilinha 250 2859 3641,2 1,8 1,8 54
Várzea do Marinho 500 5280 6301,7 3,6 3,6 108
Serrotinho 130 1931 1459,3 0,936 0,936 28,08
Sítio Barro Vermelho 500 3300 2314,4 3,6 3,6 108
Riacho dos Porcos 345 2800 10635,7 2,484 2,484 74,52
Araça 350 4146 3754,2 2,52 2,52 75,6
Serrote dos bois 200 560 6831,7 1,44 1,4443,2
Torrões 1000 3399 3355,4 7,2 7,2 216
Quixabeira 210 1050 21849,7 1,512 1,512 45,36
Malhada Bonita 210 1290 7264,0 1,512 1,512 45,36
Cava Ouro 200 1200 7190,1 1,44 1,44 43,2
Malhada dos Angicos 200 3206 8170,1 1,44 1,44 43,2
Maravilha Passagem Velha 100 3500 15351,3 0,72 0,72 21,6
Igaci Cachoeira 1100 1430 9078,6 7,92 7,92 237,6
Assentamento do
Riacho Grande115 1320 2451,0 0,828 0,828
24,84
Assentamento Boa
Sorte150 2200 2879,7 1,08 1,08
32,4
Traipu Belo Horizonte 500 1895 2452,0 3,6 3,6 108
Rejeito
esperado
(m³/mês)
Feed
simulado
(M³/dia)
Poço das
Trincheiras
Santana do
Ipanema
Senador Rui
Palmeira
Pão de
Açucar
Estrela de
Alagoas
Municipio ComunidadePopulação
estimada
Vazão do
poço (l/h)
Demanda
estimada
(m³/dia)
Major
Izidoro
Mata
Grande
Ouro
Branco
Sólidos Totais
(mg/L)
São José da
Tapera
29
AL (Cód. 82992). A escolha da estação se deu através de regionalização dos dados
e pela similaridade do clima entre o local da estação e a área de estudo (INMET, sd).
Figura 8 – Normal Climatológica do Brasil 1981 – 2010 para precipitação. Fonte: Adaptado INMET, sd.
Figura 9 – Normal Climatológica do Brasil 1981 – 2010 para evaporação total.
Fonte: Adaptado INMET, sd.
Considerando uma média anual de lâmina de 878,2 milímetros de
precipitação e 1800,1 milímetros para evapotranspiração, conforme as Figuras 8 e 9,
respectivamente, na região uma área de 448 metros quadrados de área de
contribuição e com a estimativa de produção de rejeito mensal podendo chegar a
108 metros cúbicos, conforme a Figura 10. O reuso do rejeito zero é considerado o
balanço hídrico do tanque estima um volume médio de sobra de rejeito no tanque de
73,59 metros cúbicos por mês levando em consideração o total anual, o volume real
irá variar de acordo com as estações do ano, o volume precipitado e evaporado,
segundo a série histórica fornecida pelo INMET, para a estação de Palmeira dos
Índios em Alagoas. A maior sobra de rejeito pode ser prevista para os meses entre
maio e julho, período chuvoso na região, e menor sobra entre novembro e janeiro,
período seco (INMET, sd).
Código Nome da Estação UF Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Ano
82704 CRUZEIRO DO SUL AC 59,3 50,1 52,4 51,8 57,6 60,5 75,5 82,1 78,5 71,4 59,6 58,3 757,1
82915 RIO BRANCO AC 41,9 37,5 43,0 41,8 51,6 55,3 87,9 111,2 115,4 76,9 53,8 47,5 763,8
82807 TARAUACA AC 47,5 40,1 45,2 44,6 48,8 51,3 65,9 79,6 75,9 63,9 49,6 51,8 664,2
82989 AGUA BRANCA AL 201,4 176,9 153,1 120,7 86,2 56,7 59,1 80,1 128,6 182,0 205,9 205,2 1655,9
82994 MACEIO AL 113,3 102,1 105,1 89,4 82,4 66,8 74,0 79,6 91,0 98,3 103,2 98,2 1103,4
82992 PALMEIRA DOS INDIOS AL 220,8 195,2 191,1 130,9 95,0 66,1 66,3 78,5 112,7 179,7 226,7 237,1 1800,1
82990 PAO DE ACUCAR AL 244,0 209,2 208,3 179,4 110,1 81,4 91,2 125,0 184,7 225,1 277,2 283,5 2219,1
Normal Climatológica do Brasil 1981-2010
Evaporação Total (Evaporímetro Piche)(mm)
Código Nome da Estação UF Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Ano
82704 CRUZEIRO DO SUL AC 247,0 258,3 292,6 232,8 155,6 89,7 59,1 76,4 113,2 191,0 222,2 229,5 2167,4
82915 RIO BRANCO AC 294,4 298,4 278,1 207,4 87,7 32,8 31,9 56,5 84,8 153,0 206,7 265,9 1997,6
82807 TARAUACA AC 281,7 257,6 326,8 200,9 135,9 60,9 48,7 62,5 112,0 193,1 262,3 270,5 2212,9
82989 AGUA BRANCA AL 39,7 57,0 108,5 85,0 147,9 178,4 164,9 99,8 41,5 29,5 28,4 42,0 1022,6
82994 MACEIO AL 83,0 72,9 117,4 207,5 296,9 353,8 265,2 201,5 120,2 61,6 46,9 40,5 1867,4
82992 PALMEIRA DOS INDIOS AL 38,5 42,9 68,2 99,0 131,0 167,7 134,2 86,6 41,8 19,0 15,9 33,4 878,2
82990 PAO DE ACUCAR AL 56,5 36,7 50,9 59,8 86,5 90,0 81,5 56,1 24,6 19,3 12,0 12,8 586,7
Normal Climatológica do Brasil 1981-2010
Precipitação Acumulada (mm)
30
Figura 10 – Expectativa da sobra de rejeito mensal. Fonte: AUTOR, 2018.
Pressupondo uma demanda de 80 l/hab.dia a comunidade Belo Horizonte no
município de Traipu/AL, com 500 habitantes, tem uma demanda de consumo de 40
m³/dia. O sistema de dessalinização instado na comunidade atende 3,6 m³/dia desta
demanda, correspondente a quantidade mínima de água necessária para ingestão
humana.
4.2 Materiais e dimensões
Conforme a Figura 11 é possível observar as cotas em que foram construídos
os tanques de concentração de rejeito, 30x12x2 metros (comprimento, largura e
profundidade), portanto é preciso avaliar os materiais e quais seriam as dimensões
de construção do destilador solar para que a avaliação de viabilidade seja a mais
próxima do real.
Vol Evapo
(m³) 98,9 87,4 85,6 58,6 46,4 29,6 29,7 35,2 50,5 179,7 101,6 106,2 909,3
Vol Precip
(m³) 17,2 19,2 30,6 44,4 58,7 75,1 60,1 38,8 18,7 8,5 7,1 15,0 393,4
Média
Saldo
(m³)
Médias
Precip
(m³/mês)
Jan JulJun Set
67,2 73,59
Fev AnualAbr Maio
Rejeito
esperado
(m³/mês)
DezOut NovAgoMar
108 32,79
Médias
Evapo
(m³/mês)
31
Figura 11 – Projeto básico do tanque de concentração. Fonte: GAMA ENGENHARIA,2015.
O vidro seria o material ideal para a cobertura do destilador, devido a suas
características: transparência, refração da luz, baixo índice de dilatação,
condutividade térmica e resistência (BUENO, 2000). Porém tem um preço de
mercado mais elevado, segundo a tabela Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e
Índices da Construção Civil (SINAPI) disponibilizado pela Caixa Econômica
Federalna base de fevereiro de 2018 para o estado de Alagoas, onde o metro
quadrado de vidro temperado incolor, espessura 6 milímetros, com fornecimento,
instalação e massa para vedação, código 72118, custa R$146,79 (cento e quarenta
e seis reais e setenta e nove centavos) (SINAPI, 2018).
Para sustentação da estrutura de coberta do destilador, neste caso, uma viga
metálica inoxidável é a ideal. Devido a sua elevada resistência que permite vencer
grandes vãos com peças relativamente delgadas e leves, além da facilidade de
instalação e durabilidade, comparado a vigas de concreto armado (BUENO, 2000).
O custo desse material, estrutura metálica em aço estrutural perfil “I” 12 x 5 ¼,
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código 73970/001, por quilo, segundo o SINAPI de fevereiro de 2018 é de R$8,98
(oito reais e noventa e oito centavos) (SINAPI, 2018).
Para coleta da água destilada e água pluvial é possível projetar a utilização
calhas de PVC com diâmetro de Ø125 mm, com seção cortada, em que a altura da
lâmina d'água máxima é de 62,5 mm. A escolha deste diâmetro é referenciada na
norma ABNT nº 10844/89, instalações prediais de águas pluviais, e o custo por
metro desse material, calha de beiral, semicircular de PVC, diâmetro 125 mm (NBR
10884, 1989) incluindo cabeceiras, emendas, bocais, suportes e vedações,
excluindo condutores, código 94230, é de R$47,77 (quarenta e sete reais e setenta
e sete centavos) já o armazenamento pode ser feito em uma caixa d’água de fibra
de vidro ou cisterna já existente no local (SINAPI, 2018).
Em posse das dimensões e características do tanque foi possível escolher a
geometria apropriada para a cobertura do destilador solar, com o intuito de conseguir
a maior área de cobertura possível e harmonizar a estrutura com a região o modelo
de telhado 4 águas é a melhor alternativa para este projeto e por isso a
nomenclatura utilizada nesse trabalho irá se comparar a utilizada com telhados de
casas.
A inclinação do telhado escolhida é de 15º pois a partir desta inclinação é
possível escoar 100% da água condensada desde o ponto mais alto até as suas
calhas (SOARES, 2004). A sustentação da estrutura é prevista é para ser feita com
quatro apoios, um em cada canto externo do tanque, para elevar e sustentar a
estrutura cada um deles terá 50,0 centímetros de altura, 75,0 centímetros de
comprimento e largura, essas medidas foram pensadas para facilitar a instalação
das calhas com a declividade correta para escoar a água e para que haja espaço
para eventuais manutenções. A coberta foi projetada para ter 14,0 metros de largura
e 32,0 metros de comprimento, a distância horizontal entre o centro do beiral e a
cumeeira é de 7,0 metros, a distância horizontal entre o canto externo do beiral e a
cumeeira na diagonal será de 9,9 metros.
Após a definição das distâncias horizontais dos elementos e da inclinação do
destilador solar é possível, através das relações trigonométricas de seno, cosseno e
tangente, encontrar que a altura da cumeeira estará a 2,65 metros do apoio, e o
comprimento das arestas, distância entreo canto externo do beiral e a cumeeira com
elevação de 15° será de 10,24 metros, a área descoberta é de 448 metros
quadrados.
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4.3 Avaliação da implantação do equipamento
4.3.1 Estimativa de produção de água destilada e do acumulo de água pluvial.
Pesquisas bibliográficas mostram valores aproximados da produção de água
diária de destilador solar com características similares ao que está sendo estudado
nesse trabalho. De acordo com a dissertação de Bezerra, 2004 essa produção varia
de 2,85 a 7,14 l/dia.m², valores obtidos através de testes na cidade de Natal – RN –
Brasil, já Soares, 2004 afirma que a maior produção de água tratada atingida pelo
seu equipamento foi de 3,12 l/dia.m² na cidade de Florianópolis – SC – Brasil e
Alves, 2009 também em sua dissertação, apresenta uma média 4l/dia.m² na cidade
de Fortaleza – CE – Brasil. Ponderando os valores descritos por esses autores com
a região escolhida, o semiárido nordestino, que possui valores de incidência solar e
temperatura mais elevados é possível, para essa avaliação, adotar o valor de
5l/dia.m². Com isso pode-se estimar que a produção diária de água destilada seria
de 2240 l/diae 817,6 m³/ano para uma área de 448 metros quadrados como é
previsto em projeto.
Além da produção de água destilado o equipamento será capaz de captar
água da chuva, porque tem uma área de contribuição considerável e como a
utilização de água de chuva é uma prática muito comum em comunidades rurais e
tem metodologia de coleta muito simples, o projeto prevê instalação de calhas e
tubos de queda que levaram a água que escoa pelos telhados para ser guardada em
cisternas e poderá ser utilizada pelas famílias nos períodos mais secos da região. O
equipamento é projetado para ter uma área de coberta igual a 448 metros
quadrados, a normal climatológica da região disponibilizado pelo INMET mostra um
total médio de lâmina de precipitação corresponde a 878,2 milímetros por ano
(INMET, sd), então é possível calcular que o sistema de captação de águas pluviais
do destilador solar poderia acumular um volume médio de 393,4 metros cúbicos de
água por ano.
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4.3.3 Comparação dos custos entre água destilada e a água fornecida por caminhão
pipa
A viabilidade da implantação do equipamento tem um fator decisivo, o custo,
e por isso este trabalho traz um comparativo dos valores monetários médios de
algumas formas de abastecimento de água para comunidades rurais já utilizadas no
semiárido alagoano. David Cerqueira apresenta uma composição de custo de duas
formas de abastecimento de água, dessalinização por osmose reversa e destilador
solar, com variáveis vão desde os custos das obras civis para implantação do
equipamento, à sua operação e manutenção realizando comparando com a sua
capacidade de produção de metro cúbico e mostra um resultado de
aproximadamente R$ 2,34/m³ de água produzida para destilador solar e R$4,07/m³,
de acordo com a Figura 12, para dessanilização por osmose reversa (CERQUEIRA,
sd), os valores foram atualizados para o ano de 2018 de acordo com o Índice
Nacional de Custo da Construção – INCC (FGV, 2018) sendo cotado em, R$ 5,41/m³
e R$9,42/m³, respectivamente, já o valor por metro cúbico de água fornecida por
caminhão pipa para entrega na região estudado por este trabalho foi cotado e pode
variar entre R$20,00/m³ e R$25,00/m³.
Figura 12 – Custos de produção de água dessalinizada com osmose reversa. Fonte: CERQUEIRA, sd.
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Figura 13 – Custos de produção de água dessalinizada com destilador solar. Fonte: CERQUEIRA, sd.
Após a análise das composições de custos apresentados nas figuras 12 e 13
é possível identificar que as variáveis com maior influência no custo final do metro
cúbico de água é a manutenção e a operação do sistema. A dessalinização operada
por energia elétrica, por exemplo, tem um custo maior, a complexidade e
modernidade dos equipamentos torna o investimento de instalação mais caro e tem
manutenção e operação com valores monetários muito significativos mesmo
produzindo uma quantidade maior de água por hora de funcionamento com o custo
do metro cúbico de água se torna mais caro quando comparado a dessalinização
com energia solar.
Ofornecimento de água por caminhão pipa também tem um valor monetário
alto, mesmo não sendo necessário construção ou operação de nenhum
equipamento o transporte se tornou prática de comércio e os preços cobrados por
metro cúbico são 3 ou 4 vezes maior que o custo de qualquer implantação de
sistema de dessalinização e pode, também, variar de acordo com a distância entre
local a ser abastecido e a fonte de água.
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O metro cúbico de água fornecida do destilador solar é o mais barato fazendo
o comparativo entre essas três fontes, como tem instalação mais barata, não
necessita de operação e tem manutenção esporádica, mesmo produzindo uma
quantidade menor de metro cúbico por hora de funcionamento ela se torna mais
viável para a realidade do semiárido alagoano pois pode garantir a independência
hídrica da comunidade com baixo custo.
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5 CONCLUSÃO
A comunidade Belo Horizonte, localizada na zona rural do município de Traipu
– Alagoas, analisada nesse estudo, é caracterizada por um clima quente e seco,
com alto índice de radiação solar e chuvas concentradas em um único período do
ano, sofre com a falta de água potável devido a pobre descarga de rios na região e
ao tipo de solo no qual está inserida. Sua população é de aproximadamente 500
habitantes e possui um sistema de dessalinização por osmose reversa instalado,
com dois tanques de concentração já construídos, que produz aproximadamente
3600 l/dia de água que é distribuído para as famílias, o complemento da demanda
hídrica necessária feito através da compra de água fornecida por caminhões pipa e
água da chuva que é armazenada em cisternas no período chuvoso.
Para complementação da demanda diária de água da comunidade este
trabalho sugere a implantação de um destilador solar aproveitando as estruturas dos
tanques de concentração do sistema de dessalinização por osmose reversa já
instalado. A tecnologia do destilador solar é simples e não necessita de operação
pois funciona somente com energia solar, a manutenção podeser feita
trimestralmente e comtempla a limpeza da estrutura e das calhas e a realização da
desinfecção da água com adição de cloro, essa atividade não necessita de
capacitação ou maior instrução da pessoa que irá realizá-la. O projeto prevê uma
cobertura de vidro e estrutura de sustentação em vigas de aço, já as calhas e tubos
de queda serão no material PVC. A área do equipamento é de 448 metros
quadrados, tem altura de 2,65 metros com inclinação de 15º num formato de telhado
4 águas.
A capacidade de produção, estimada, para o destilador solar é de 2240 l/dia a
estruturatambém é projetada para captar água da chuva. O destilador solar
podeacrescentar um total de 817,6 m³/ano de água para a comunidade além do
volume de água de chuva, que irá variar de acordo com a quantidade de chuvas do
período, mais pode ser previsto em 393,4 m³/ano de acordo com a normal
climatológica apresentada. O custo do fornecimento de água destilada previsto neste
trabalho comparado ao fornecimento de caminhão pipa mostra que a construção e
operação do equipamento se torna mais viável, tanto pelo valor monetário, que é
mais baixo, quanto pela autonomia de produção de água da comunidade e, também,
por significar a sustentabilidade do sistema de dessalinização por osmose reversa já
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instalado na comunidade, pois um dos fatores que acelera o transbordamento do
tanque é a contribuição de chuva e a partir do momento que o equipamento for
instalado o tanque estaria protegido das intempéries e seria anulado o fator chuva
do balanço hídrico, o acesso de pessoas a água de rejeito, que é poluída, será
restringido garantindo assim a proteção ao meio ambiente e a saúde da comunidade
pois não existiria mais o uso irregular da água poluída.
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