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Aproveitamento de ??gua da chuva


Colete ??gua da chuva para utilizar em descarga e na irriga????o do jardim

2221 Views - 67 Curtidas - Dificuldade

postado 19 de Julho de 2016 - atualizado 9 de Fevereiro de 2019

Autor: Alex Pisciotta


Neste artigo, mostro como estou construindo um sistema de capta????o de ??gua da chuva para uso em irriga????o e na descarga sanit??ria.

A primeira coisa a saber foi que eu previ o uso de ??gua da chuva j?? na constru????o da minha casa e, por isso, instalei uma segunda caixa d'??gua para alimentar exclusivamente as torneiras externas (do jardim) e as descargas da casa. Eu sabia que precisaria de mais tempo para projetar um sistema de capta????o de ??gua da chuva, ent??o instalei uma entrada de ??gua da rua (proveniente da concession??ria de abastecimento) para essa caixa d'??gua. Assim, enquanto eu n??o termino o sistema de capta????o, tenho ??gua nas torneiras externas e nas descargas dos banheiros. A ideia n??o ?? desativar essa entrada de ??gua depois que o sistema estiver finalizado, mas sim trabalhar em conjunto para garantir o n??vel m??nimo de ??gua nessa caixa nos per??odos mais secos do ano. A b??ia para entrada de ??gua da rua ficar?? regulada para manter um n??vel m??nimo, suficiente para garantir ??gua por dois dias de uso reduzido (sem irriga????o de jardim).

Iniciei o projeto pelo estudo do ??ndice pluviom??trico do meu munic??pio para poder dimensionar a capacidade de armazenamento ideal para as minhas necessidades, e tamb??m pelos estudos de t??cnicas de capta????o e de filtragem da ??gua.

Para melhor compreens??o, divido este artigo em tr??s partes:

  1. A capta????o da ??gua da chuva,
  2. o armazenamento dessa ??gua e
  3. o bombeamento dessa ??gua para a caixa d'??gua superior.

A Capta????o

Minha resid??ncia possu??a condutores da calha por correntes brancas, o que na minha opini??o ?? muito bonito, e eu n??o queria perder esse visual bacana. Ent??o desenvolvi um sistema de capta????o de ??gua que era colocado na descida das correntes, em uma esp??cie de funil confeccionado com duas garrafas PET cortadas e com o gargalo para baixo, sendo uma externa de 3 litros e outra de 1,5 litros com corte em 45?? na parte superior, formando um plano inclinado aonde se apoiava uma tela para impedir a entrada de insetos e de detritos s??lidos. Dentro da garrafa menor era colocado tecido para funcionar como uma segunda etapa de filtragem, e do gargalo sa??a uma mangueira de 1" para o reservat??rio. Durante uma chuva mais pesada, quando o funil interno n??o comportava o volume de ??gua pelas etapas de filtragem, o excesso de ??gua escorria por dentro da segunda garrafa, e era conduzido pelas correntes at?? o solo.

Contudo percebi o quanto de ??gua era desperdi??ada nesse sistema, e como ele ficou feio em pouco tempo de uso! Decidi banir o uso de correntes na minha casa, e substituir por condutores de PVC. Troquei a est??tica pela efici??ncia e pela praticidade do processo, e ent??o desenvolvi outro m??todo para a capta????o de ??gua. N??o tenho registros fotogr??ficos ou em v??deo desse primeiro sistema funcionando, mas asseguro que ele funcionou e cumpriu seu prop??sito, por??m muita ??gua se desprendia das correntes na descida antes de chegar ao captador, o que fazia aquela molhadeira nas paredes da constru????o, o que ?? mal??fico com o passar do tempo. As correntes brancas, em pouco tempo, se escurecem com o ac??mulo de detritos provenientes da polui????o atmosf??rica que decanta sobre os telhados de nossas casas. Abaixo se encontra uma foto do sistema j?? aposentado.

O segundo m??todo de capta????o da ??gua foi desenvolvido por mim (tamb??m n??o ?? c??pia de nenhum outro projeto existente) e utiliza uma conex??o Y (deriva????o 45??) de PVC, na qual coloquei uma tela de nylon colada conforme o croqui apresentado. Essa tela possui algumas fun????es:

  • evitar que res??duos s??lidos sejam levados para dentro do reservat??rio
  • impedir que insetos acessem o interior dos reservat??rios e os utilizem como criadouro
  • escape do excesso de ??gua (uma esp??cie de ladr??o da caixa de ??gua)

A ??gua vem da calha e entra nesse Y invertido, e encontra uma tela na diagonal, que leva qualquer res??duo s??lido para o cano de descarte junto com um m??nimo de ??gua, enquanto a maior parte da ??gua continua seu percurso na vertical, chegando a um redutor que possui tecido (peda??os de panos) em seu interior para conter res??duos menores que eventualmente passem pela primeira tela. Portanto a ??gua passa por duas etapas de filtragem. Essa redu????o possui um tape (uma tampa) com um orif??cio no centro de onde sai uma mangueira que leva a ??gua at?? o reservat??rio. Eu decidi deixar uma mangueira de 1" para facilitar a manuten????o dos reservat??rios, pois com uma mangueira flex??vel ?? f??cil movimentar os tanques vazios.

Dessa forma acabei com os problemas de respingos de ??gua na parede (que causam problemas no acabamento da casa no m??dio prazo) e j?? consigo captar uma boa quantidade de ??gua para uso posterior. Veja agora os detalhes sobre o armazenamento dessa ??gua.


O Armazenamento

Inicialmente adquiri dois recipientes de material de limpeza (conhecidos como ton??is ou bombonas), sendo um de 100 litros com boca larga e um de 200 litros com duas bocas estreitas com tampa rosque??vel; assim eu poderia analisar os pr??s e contras de cada um. O custo/benef??cio do recipiente de 200l ?? muito maior do ponto de vista do armazenamento, por??m o de 100l se mostrou muito bom para permitir a retirada de ??gua utilizando um balde devido ?? boca larga - muito ??til quando se deseja lavar o quintal. Ent??o defini que a situa????o ideal ?? interligar diversos recipientes de 200l e ao menos um recipiente de 100l para facilitar o uso da ??gua em caso de pane na futura bomba de ??gua.

Com base no estudo de ??ndice pluviom??trico dos ??ltimos anos em minha cidade eu pude verificar que o per??odo de estiagem vai de abril a setembro, com pior resultado no m??s de junho com 29,3mm de chuva, e que o pico pluviom??trico ?? em dezembro com 244,6mm de chuva. Desse modo, observa-se que o m??s de junho ?? o melhor para se executar a manuten????o e limpeza do sistema, quando os ton??is estar??o mais vazios. Para se definir a capacidade de armazenamento ideal, primeiro estimei meu consumo di??rio e multipliquei pelo per??odo de estiagem. Tamb??m foi levado em considera????o a ??rea de telhado dispon??vel para a capta????o prim??ria.

  • Consumo di??rio:
    • Descarga: 3 pessoas x 4 vezes ao dia x 6 litros por descarga = 72 litros/dia
    • Irriga????o: 1 litro x 14 ??rvores + 0,2 litros x 25 vazos = 19 litros / 2 (dia sim, dia n??o) = 9,5 litros/dia
  • Dias de estiagem (com acumulado mensal inferior a 70mm de chuva) = 180 dias
  • Capacidade de armazenamento ideal = (72 + 9,5)*180 = 14.670 litros
  • Quantidade de reservat??rios = 14.670/220 litros = 67
  • Ou seja, INVI??VEL!!!! R$4.690,00 investidos em ton??is!!! De jeito nenhum.

Ent??o o racioc??nio mudou para armazenar o m??ximo que meu telhado pode me proporcionar. Considerando que meu telhado possui ??rea de 150m??, e considerando o m??ximo ??ndice pluviom??trico da minha regi??o em Dezembro com 245mm, posso calcular o m??ximo de ??gua que posso coletar. Mas, por hora, me contento com os 2080 litros que estou armazenando em meus ton??is.

Outro ponto importante ??: como interligar os reservat??rios sem precisar realizar furos na base e ter o risco de vazamentos? Al??m disso, conex??es na base dos ton??is iriam dificultar a manuten????o futura (lavagem dos reservat??rios, por exemplo). Assim, pensei, pelo mesmo princ??pio utilizado quando se necessita transferir gasolina de um tanque para outro, explicada pela equa????o de Bernoulli (que relaciona grandezas como press??o altura e velocidade dos fluidos em um sistema fechado), a interliga????o dos tanques atrav??s de mangueiras preenchidas por l??quido faria a equaliza????o dos n??veis sem a necessidade de furar os tanques.

Se podemos equalizar a altura do volume de ??gua entre dois recipientes quaisquer utilizando uma mangueira cheia de ??gua, mesmo que o meio da mangueira esteja acima do n??vel m??ximo de qualquer dos recipientes, ent??o certamente isso seria poss??vel com mais de dois recipientes. Fiz ent??o uma experi??ncia com mangueiras e cotovelos 90??, e obtive sucesso. Fiz ent??o um aparato hidr??ulico utilizando canos de PVC 3/4" para garantir agilidade no processo de equaliza????o das alturas de l??quido, como pode ser observado nas figuras abaixo.

A dist??ncia entre os T's foi tal que permitisse o posicionamento dos ton??is de ??gua a 10cm uns dos outros para permitir o acesso para limpeza. Se os ton??is ficarem muito pr??ximos, ser?? imposs??vel retirar o mato que certamente crescer?? naquele espa??o. A figura anterior mostra o detalhe da ponta de cada tubo vertical, para que fique apoiado no fundo dos ton??is sem interromper o fluxo de ??gua.

Depois, o solo foi nivelado e os ton??is foram posicionados lado a lado com o sistema de equaliza????o servindo de refer??ncia.

Por fim, o sistema de equaliza????o foi inserido nos reservat??rios, um pouco de ??gua teve que ser colocado em cada tonel e depois houve a suc????o do ar na parte superior do sistema de equaliza????o. Com a remo????o do ar, a press??o atmosf??rica empurra ??gua para dentro do sistema de equaliza????o, e o peso da coluna de ??gua criada em cada uma das deriva????es faz com que haja o nivelamento em todas elas, at?? a remo????o total do ar. Quando o ar foi retirado, houve a equaliza????o r??pida do n??vel de ??gua de todos os reservat??rios (foi poss??vel ouvir o fluxo de ??gua entre os recipientes). N??o aparece nessa foto, mas depois preparei capas de tecido para evitar ac??mulo de ??gua na parte superior dos ton??is, evitando assim a prolifera????o de mosquitos, incluindo os temidos transmissores da Dengue. A boca dos reservat??rios foi vedada com espuma, pois impede a entrada de insetos mas permite a passagem de ar enquanto o n??vel de ??gua no reservat??rio sobre ou desce.



O Bombeamento

Quero bolar uma solu????o que n??o gaste energia el??trica (afinal, o valor da conta de energia el??trica ?? bem mais alto do que o da conta de ??gua...), mas tamb??m vou utilizar uma bomba el??trica at?? concluir alguma outra solu????o sustent??vel, e vou mant??-la como backup para o caso da solu????o sustent??vel n??o der conta do recado. Ent??o vou dividir em dois subsistemas de bombeamento: o el??trico e o sustent??vel.

Bombeamento El??trico

Eu preciso que o bombeamento ocorra na mesma tubula????o de sa??da da caixa d'??gua. Por isso preciso de um sistema de controle que monitore o n??vel de ??gua para que n??o haja falta de ??gua nem transbordamento.

A figura abaixo mostra o sistema fixado na parede, com a bomba e o filtro e a v??lvula de reten????o acoplados ao sistema. Nesse momento a ??gua dos reservat??rios chega ?? bomba com a utiliza????o de uma mangueira de jardim, mas vai ser substitu??do por um encanamento melhor.

Eu estava lecionando Eletr??nica Digital na faculdade Anhanguera da minha cidade e me senti na obriga????o de desenvolver o circuito de controle utilizando apenas portas l??gicas e latches. Pra quem n??o se lembra, um Latch ?? um circuito integrado com a mesma fun????o de um Flip-Flop mas que funciona sem a necessidade de um sinal de Clock para sincronizar suas comuta????es. Voc?? imagina o motivo de ter que utilizar um Latch? A resposta ?? que para o funcionamento do controlador, se espera que haja uma condi????o para iniciar a transfer??ncia de ??gua para a caixa, e essa transfer??ncia deve se encerrar apenas quando for atingido o limite de ??gua, quando a bomba seria desligada e, do mesmo modo, a bomba permaneceria desligada at?? que o n??vel m??nimo fosse novamente atingido. Percebeu que a regi??o intermedi??ria da caixa d'??gua (entre o m??nimo e o m??ximo) precisa permanecer com a bomba ligada SOMENTE SE ela j?? estiver ligada anteriormente (caixa enchendo) e precisa manter a bomba desligada se ela j?? estiver desligada anteriormente (caixa esvaziando)? Isso ?? chamado de Histerese. Ent??o eu preciso de um circuito de memorize o estado anterior da sa??da at?? que uma certa condi????o a fa??a ser alterada, e um circuito com portas l??gicas (combinacional) simples n??o consegue armazenar uma condi????o em mem??ria (simplesmente porque n??o existe mem??ria em um circuito combinacional puro). Ent??o o uso do Latch introduz a condi????o de memoriza????o da qual preciso, sem a necessidade de empregar sistema microcontrolados para gravar resultados em mem??rias caras. Abaixo se observa a tabela verdade do circuito controlador necess??rio:

Simplificando a tabela com a condi????es m??nimas necess??rias, obtive a pr??xima tabela:

Comecei pesquisando quais os Latches comerciais, e encontrei o HEF4043B, um CI com 4 Latch R/S com sa??das 3-state. Fiz ent??o uma compara????o entre as duas tabelas verdade e pude verificar que se eu considerar que o sensor 1 far?? a habilita????o do circuito em EO (pois se n??o houver ??gua armazenada nos reservat??rios inferiores, n??o se deve acionar a bomba), e se eu inverter o sinal do Sensor 2, obterei exatamente o que preciso para o controle da minha bomba el??trica. E s?? me custou R$4,50 na Loja do M??rio em Taubat??.

E ent??o o circuito controlador feito totalmente com l??gica digital ?? exibido na figura abaixo. Note que a invers??o do sinal do Sensor 2 ?? obtida com a simples invers??o do resistor de pull-down para pull-up.

Podem estar me perguntando: Por qu?? n??o controlar com um Arduino? Eu pensei em controlar com um microcontrolador, mas foi um desafio pr??prio fazer um circuito digital, e como a tarefa sempre ser?? igual, n??o preciso de algo program??vel.

Esse circuito ficou guardado por um tempo, pois eu n??o tinha uma bomba el??trica funcional (at?? havia ganhado uma de meu cunhado, mas apesar de o motor estar funcionando, a bomba estava muito oxidada e n??o funcionava). Comprei em outubro de 2017 uma bomba perif??rica com capacidade de bombear a at?? 22m de altura, al??m de um filtro para remover as impurezas da ??gua. Fiz os suportes e o encanamento necess??rio e j?? estou aproveitando a ??gua da chuva. Eu n??o quis fazer furos na minha caixa d'??gua e nem nos ton??is, por isso utilizei pressostados retirados de m??quinas de lavar. Por isso mesmo, mudei a liga????o do sensor 1 (n??vel m??nimo dos reservat??rios inferiores que impede a bomba de ligar caso n??o haja ??gua nesses reservat??rios), fazendo o pressostado em s??rie com a bobina do rel??. Assim, caso n??o haja ??gua, contato do pressostato est?? aberto, rel?? n??o atraca, e bomba n??o aciona. Com isso, n??o preciso de mais um par de fios para levar a informa????o de volta para o controlador.

Um pressostato ?? uma pe??a que possui uma membrana que empurra um contato el??trico quando uma certa press??o ?? atingida. Geralmente os pressostatos possuem uma regulagem para acionar o contato el??trico na press??o desejada. Com esse dispositivo, somente uma mangueira fica em contato com a ??gua, e conforme o n??vel vai subindo, vai comprimindo o ar dentro dessa mangueira, aumentando a press??o, at?? que o contato el??trico seja fechado. Dessa forma, n??o exponho a parte eletr??nica ?? umidade presente no interior dos reservat??rios e nem preciso fazer furos nas paredes da caixa.

Primeiro fiz o teste do circuito de controle em matriz de contatos utilizando duas chaves moment??neas para simular os sensores de n??vel, e o resultado foi positivo, como pode ser observado no v??deo que gravei com a ajuda do meu filho. O bot??o azul representa o sensor de n??vel baixo, enquanto o bot??o vermelho representa o sensor de n??vel m??ximo, e ao pressionar cada um desses bot??es simula-se a ??gua atingindo aquele n??vel. O LED verde representa o acionamento da bomba d'??gua.



Ap??s essa simula????o, foi montado o dispositivo com dois pressostatos para monitorar o n??vel da ??gua na caixa. Trata-se de uma c??mara feita ?? partir de uma garrafa pl??stica com o fundo aberto, e em sua tampa foi colado um tubo, do qual derivam duas mangueiras que s??o conectadas aos dois pressostatos. O conjunto ?? mantido no fundo da caixa d'??gua atrav??s de um pequeno bloco maci??o de concreto. ?? medida que a ??gua vai subindo, o ar dentro dessa garrafa ?? pressionado, conduzindo tal press??o pelas mangueiras at?? os pressostatos que ficam do lado de fora da caixa. Desse modo, n??o h?? exposi????o dos contatos el??tricos ?? umidade presente no interior da caixa, aumentando a vida ??til e a confiabilidade do meu sistema. Depois os pressostatos foram regulados: um para n??vel baixo (o menor n??vel admitido para ent??o ligar a bomba) e o outro para o n??vel m??ximo (aonde se deve desligar a bomba). Importante observar que os pressostatos possuem histerese, um fen??meno que faz com que a press??o de ativa????o dos contatos n??o seja a mesma do desligamento desses mesmos contatos.

Um par tran??ado* de cabos foi instalado para levar a energia de 12V proveniente do transistor at?? o rel?? localizado pr??ximo ?? bomba el??trica. L??, antes de ser aplicado ao rel?? de acionamento, passa por um terceiro pressostato que s?? fecha seus contatos em caso de exist??ncia de ??gua nos reservat??rios. Dessa forma, s?? se ativa a bomba d'??gua quando existe a necessidade sinalizada pelo controlador da caixa superior E existe ??gua no reservat??rio inferior. N??o faria sentido ligar uma bomba se n??o houvesse ??gua no reservat??rio inferior. O circuito eletr??nico montado ?? exibido na figura abaixo:

*Nota: O par tran??ado que ficou exposto ao tempo teve sua isola????o danificada pelo sol e oxidou devido ?? chuva, e necessitou ser trocado por um cabo de antena, pois esse tipo de cabo ?? preparado para ficar exposto ao tempo.

Foi confeccionada a placa de circuito impresso conforme o projeto abaixo. A placa de rel?? foi montada em PCB matriz padr??o, e tamb??m ?? exibida nas figuras abaixo. O sistema foi instalado e os testes indicaram sucesso.

Ao ser energizado, o circuito verifica a condi????o dos pressostatos que, de acordo com o n??vel da ??gua, indicam se a bomba precisa ser ligada. A bomba permanece acionada at?? que o n??vel de ??gua chegue ao m??ximo, quando a bomba ?? desligada, e assim permanece at?? que o n??vel fique abaixo do n??vel m??nimo estipulado.



Atualiza????o

Foi modificado o circuito de comando da bomba para acrescentar mais um LED indicador para saber quando n??o existe ??gua nos reservat??rios inferiores. O LED fica em s??rie com o rel??, e quando existe ??gua, o pressostato permite o rel?? se energizar, permitindo passagem da corrente el??trica, acendendo o LED. Caso o LED verde esteja apagado, significa que o rel?? n??o foi energizado, indicando que n??o existe ??gua nos reservat??rios inferiores OU existe algum defeito no sistema inferior, facilitando o diagn??stico. O novo esquema el??trico, PCB e fotos s??o mostrados a seguir.

Na minha placa eu fiz apenas uma adapta????o, mas j?? fica registrada a atualiza????o do circuito.


Al??m dessa mudan??a, finalizei o dispositivo para permitir a perman??ncia aberta do registro da boia da caixa d??gua, permitindo o sobe e desce do n??vel de ??gua da chuva, permitindo a entrada de ??gua da rua apenas quando o n??vel baixar do limite m??nimo. Dessa forma posso dizer que agora o sistema est?? funcionando completamente autom??tico.

O dispositivo consiste em uma articula????o de madeira com a boia em uma das extremidades, a outra extremidade acoplada no bra??o da boia original, e um conjunto de molas para deixar o bra??o da v??lvula sempre fechado. As fotos a seguir mostram seu funcionamento.



Bombeamento Sustent??vel

Em outubro de 2016 eu constru?? uma bomba manual com duas bolinhas de gude e algumas conex??es hidr??ulicas, resultando em uma bomba de baix??ssimo custo e com desempenho satisfat??rio. Testei seu funcionamento na ??poca, e a guardei para melhorias posteriores. Depois consegui tempo para testar a minha bomba hidr??ulica na situa????o desejada: bombear ??gua para a caixa d'??gua localizada sobre a minha casa. E deu certo!!!!!!!!!!

Fiz uma alavanca e coloquei a bomba para levar ??gua para a caixa d'??gua, mas mesmo assim confesso que cansa bastante.

Agora quero fazer com que essa bomba manual seja impulsionada por um motor el??trico DC que possa utilizar energia solar para levar essa ??gua at?? o reservat??rio superior. Estou convencido de que essa solu????o deve funcionar. Assista no v??deo abaixo todo o processo de constru????o da bomba hidr??ulica, uma explica????o de como funciona e como foram os testes.


Alguns outros compromissos est??o me impedindo de concluir essa importante etapa do projeto, mas quero compartilhar com voc??s que depois de algum tempo de trabalho ocorreu um dano no ??mbolo da minha bomba: ele se entortou devido aos esfor??os e com isso o sistema parou de funcionar. J?? fiz as modifica????es necess??rias para evitar esse problema novamente, inserindo uma articula????o para aliviar os esfor??os no conjunto. Mas quero ainda trocar o material de veda????o do ??mbolo, e fiquei um bom tempo imaginando qual seria o material ideal. Assistindo ao canal Manual do Mundo observei que posso utilizar sola de chinelos tipo Havaianas para isso. Usei e foi ??timo mesmo.

Tamb??m desejo construir meus pr??prios equipamentos Fitness, utilizando a energia que seria jogada fora em algo ??til para a casa. Aguarde...