CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS COM CONTROLE AUTOMATIZADO DOS

RESERVATÓRIOS: ESTUDO DO CASO NA FACULDADE DE TECNOLOGIA DE

GARÇA

Bruno Miguel Santos Camilo brunomiguelcamilo@hotmail.com

Ronei Adão Gomes brazagomes@bol.com.br

Abstract: Water is a natural resource essential to life and limiting factor for the economic

development of cities. Therefore, develop sustainable projects that assist in the preservation of this

resource is essential to human progress. The capture of rainwater in buildings is a feature that helps in

this order, as well as reducing water consumption also helps fight the floods. The technology of

mechatronics is an interdisciplinary field that combines mechanical engineering, electronics and

computer science. Therefore, it covers various applications that extend beyond industrial processes. In

this paper is proposed a project to capture rainwater control microcontroller, performing a case study

in the faculty of technology from Garça (Fatec - Garça). The reservoir levels are controlled by the

system microcontroller, supported by the sensors, with the goal of leading the treated water to the

water tank College. The system has a treatment plant responsible for the process of drinking water. To

overcome the unevenness of the terrain, it requires the application of a lift pump. A valve is

responsible for controlling the entry of water from the dealership. The algorithm aims to process the

increased use of rainwater as possible, receiving only water concessionaire when the rain really does

not meet demand. The proof of the functioning of the applied technologies will be analyzed through a

prototype that seeks to reproduce the features of the site.

Key Words: Water catchment. Potability. Microcontrolador.

Resumo: A água é um recurso natural imprescindível à vida e fator limitante para o desenvolvimento

econômico das cidades. Portanto, desenvolver projetos sustentáveis que auxiliem na preservação desse

recurso, é fundamental para o progresso da humanidade. A captação de água de chuva em edificações

é um recurso que auxilia nesse intuito, pois além de diminuir o consumo de água, também auxilia no

combate às enchentes. A tecnologia da mecatrônica é uma área interdisciplinar que combina a

engenharia mecânica, eletrônica e a ciência da computação. Portanto, ela abrange diversas aplicações

que se estendem além dos processos industriais. Nesse artigo será proposto um projeto de captação de

água de chuva com controle microcontrolado, realizando um estudo de caso na faculdade de

tecnologia de Garça (Fatec – Garça). Os níveis dos reservatórios do sistema são controlados pelo

microcontrolador, através do respaldado dos sensores, com o objetivo de conduzir a água tratada até a

caixa d´água da faculdade. O sistema possui uma estação de tratamento responsável pelo processo de

potabilidade da água. Para superar o desnível do terreno, necessita-se da aplicação de uma bomba

elevadora. Uma válvula é responsável pelo controle da entrada de água proveniente da concessionaria.

O algoritmo do processo visa o maior aproveitamento da água de chuva possível, recebendo somente

água da concessionaria quando realmente a chuva não suprir a demanda. A comprovação do

funcionamento das tecnologias aplicadas será analisada através de um protótipo, que procura

reproduzir as características do local.

Palavras Chaves: Captação de água. Potabilidade. Microcontrolador.

1 INTRODUÇÃO

Atualmente, observa-se um notável crescimento da conscientização da população no

que se diz respeito à preservação dos recursos naturais. A água é o recurso mais valioso, pois

é indispensável e insubstituível para a vida dos seres vivos (Marinoski, 2007).

Apesar da imensa quantidade de água existente no planeta, observa-se que a

disponibilidade de água doce acessível ao ser humano é mínima. A Terra é coberta por ¾ de

água, porém apenas 3% é doce. Apenas 20% da água doce está imediatamente disponível ao

ser humano. O restante está em lugares de difícil acesso como geleiras e locais subterrâneos

(Oliveira, 2008).

O maior agravante desse cenário é a poluição e a degradação que a água doce sofreu

nos últimos séculos com a revolução industrial. Com a migração da população da zona rural

para a zona urbana, houve um crescimento repentino e mal planejado dos centros urbanos, e a

base da economia que antes era agrícola passou a ser industrial (Marinoski, 2007).

Hoje são evidentes os efeitos desse sistema capitalista, onde a poluição do planeta

começa a acarretar em mudanças climáticas e principalmente na falta de água, que segundo a

ONU até 2050, acredita-se que 45% da população do mundo terão problemas com o acesso à

água potável.

Segundo Uniagua (2012) o Brasil é o país mais rico em água doce disponível do

mundo. Caso o país consiga preservar esse recurso, em um futuro próximo esse fator pode

projetar o país como umas das grandes potências econômicas mundiais, visto que a água é um

fator limitante para o desenvolvimento de todas as atividades industriais. Contudo vale a pena

ressaltar que a distribuição dessa imensa quantidade de água não está distribuída de forma

uniforme no território nacional, sendo que cerca de 68% da mesma encontra-se na região

norte e 16% na região centro oeste (Uniagua, 2012). Portanto as regiões sul, sudeste e

nordeste onde se encontra a maior densidade demográfica, a disponibilidade de água potável é

preocupante.

Diante dos fatos, é de suma importância desenvolver sistemas sustentáveis para

preservação da água. A captação de águas pluviais torna-se uma alternativa interessante, pois

utilizando a água de chuva é possível diminuir o consumo da água potável, além de aliviar as

galerias pluviais que em muitas cidades estão saturadas e provocam enchentes, acarretando

em prejuízos a população.

A captação de água pluvial não é uma ideia recente (Tomaz 2008). Os primeiros

registros de captação de água de chuva são de 830 a.C, na região de Israel. Porém nesse artigo

será proposto um projeto autônomo de captação de águas pluviais, com o gerenciamento dos

níveis dos reservatórios e a implementação de um sistema de tratamento, que transforma água

de chuva em água potável. O sistema é inteligente, pois é comandado pelo algoritmo do

microcontrolador.

O estudo do caso será realizado Fatec - Garça, que além de ter uma excelente área de

captação, trata-se de uma instituição de ensino formadora de profissionais. Dessa forma, o

sistema além de economizar água, também visa à conscientização dos alunos que passam por

essa instituição.

O artigo terá primeiro uma revisão bibliográfica das tecnologias existentes para a

realização das etapas do projeto, e por fim o estudo do caso da implementação de um sistema

de captação de águas pluviais na Fatec - Garça, com dimensionamento e desenvolvimento do

projeto de controle, além das conclusões obtidas com esse estudo.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 A contribuição da Mecatrônica na Otimização de um Sistema de Captação de Águas

Pluviais

Nos últimos anos houve uma evolução vertiginosa na microeletrônica, proporcionando

um aumentou da capacidade de processamento dos computadores e controladores eletrônicos

(Rosário, 2005). A mecânica também ganhou significativo progresso, o que tornou os

processos mais rápidos, confiáveis e precisos.

Toda essa revolução tecnológica possibilitou o desenvolvimento da mecatrônica que

pode ser definida como a integração dos conhecimentos na área da mecânica, eletrônica e

computação. Com essa união surge inúmeras possibilidades de otimização de atividades

existentes, que com a expressiva popularização e redução dos custos leva-se a pensar na

aplicação desses conceitos em diversos processos, inclusive na captação de águas pluviais.

Para melhor compreensão dos conceitos da mecatrônica, é possível fazer uma

comparação dos aspectos técnicos do projeto com a anatomia humana (Lório, 2000). O

controle do nível dos reservatórios, da estação de tratamento de água, da válvula e da bomba

elevadora, é semelhante ao celebro humano, que analisa os parâmetros monitorados e toma

decisões cabíveis. Já os sensores de nível são como os olhos humanos, que detectam os

acontecimentos e mandam a informação para o celebro. A bomba e a válvula se assemelham

aos membros humanos que transportam e limitam ou não o fluxo de água.

2.2 Controladores Eletrônicos

2.2.1 Microcontroladores

Segundo Pereira microcontrolador é um circuito integrado programável que contém

todos os componentes de um computador. Ele possui uma CPU (Central Processor Unit),

memórias de dados e programas, um sistema de clock, além de portas de entradas e saídas

para se comunicar com o mundo externo. Ele também pode conter outros periféricos como

módulos de temporização, além de conversores analógicos digitais (A/D), tudo integrado

dentro do microcontrolador.

Essa integração é uma característica marcante desse dispositivo, que possibilita a

simplificação de muitos circuitos de controle que antes eram complexos e caros. Porém, é

importante enfatizar que esse componente é específico para controle, tendo em vista que o

mesmo não tem alta capacidade de processamento.

Figura 1 - Arquitetura básica de um Microcontrolador

Fonte: Adaptado de (Pereira, 2005).

2.2.2 Controlador Lógico Programável (CLP)

Segundo Morais e Castrucci (2001), o CLP é um aparelho eletrônico digital que

possui uma memória programável para armazenamento interno de instruções, visando

implementações especificas como lógica, sequenciamento, temporização, aritmética e

contagem para controlar através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou

processos.

Esse dispositivo surgiu para solucionar os problemas das indústrias automobilísticas

que usavam os painéis de relés para controlar suas linhas de produção. O sistema projetado

com relés apresentava grandes transtornos em sua manutenção, por ser de difícil reparo e

ocorrer inúmeros maus contatos.

No CLP toda a lógica fica no software, o que simplificou o controle de processos e

máquinas na indústria.

Suas principais vantagens são a fácil manutenção, alta flexibilidade, grande

confiabilidade, entre outros fatores. O principal problema desse dispositivo é que se trata de

uma tecnologia cara para aplicações mais comuns, sendo empregado em grande maioria das

vezes na indústria.

2.3 Sensores

Sensor é o termo empregado para designar componentes sensíveis a alguma forma de

energia do meio externo, que pode ser cinemática, térmica, luminosa, entre outras

(Thomazini, Albuquerque, 2009). De acordo com (Garcia, 2008) para a escolha correta do

tipo de sensor deve-se considerar alguns parâmetros como:

O objeto a ser detectado;

Local de instalação;

Tensão de alimentação;

Características como repetibilidade, precisão e tempo de resposta;

Custo do sensor e sua vida útil;

2.3.1 Sensor de nível

Os sensores de nível são utilizados para o controle de líquidos ou grãos sólidos,

contidos em reservatórios, silos, entre outros (Thomazini, Albuquerque, 2009). O sensor de

nível pode enviar um sinal discreto ou proporcional. Os que enviam sinal discreto são aqueles

que trabalham apenas com dois estados, ou seja, estão acionados ou não acionados. Já os

proporcionais trabalham com uma faixa de valores que varia conforme muda o nível do

reservatório (Garcia, 2008).

2.3.1.1 Flutuador com acionamento magnético reed switch

O reed switch é uma chave formada por duas ou mais lâminas de metal encapsuladas

numa ampola de vidro. Aproximando um campo magnético externo, que no caso é o imã, as

lâminas são induzidas de modo que se flexionam para fechar o circuito. Esses tipos de

sensores são usados na ativação e desativação de bombas hidráulicas, no controle de nível de

caixa d’água, nível de tanque de combustíveis, entre outras aplicações (Thomazini,

Albuquerque, 2009).

Figura 02: Sensor flutuador magnético

Fonte: Icos.

2.3.1.2 Chave de nível por eletrodo

O sensor de chave de nível por eletrodo utiliza a condutividade elétrica do fluido para

detectar o nível do reservatório. Seu funcionamento consiste em fixar um eletrodo com uma

tensão de referencia no fundo do reservatório e conforme o fluido vai se elevando atinge os

eletrodos de nível, conforme a figura 3. O sistema de controle aciona um rele que funciona

como contado elétrico do sensor.

Figura 03: Sensor com eletrodo

Fonte: Thomazini, Albuquerque (2009).

2.3.1.3 Sensor de nível ultrassônico

Esse tipo de sensor baseia-se no principio da reflexão das ondas sonoras. Quando uma

onda sonora atravessa um meio capaz de absorver som e incide em outro meio com um

obstáculo, a maior parte da onda é refletida pelo obstáculo. O tempo que o sinal leva para ser

emitido, refletido e depois recebido, é o parâmetro utilizado para calcular o nível do

reservatório. Este tipo de sensor é utilizado principalmente quando não se deseja o contato do

sensor com o fluido, e a frequência da onda gerada é de 1 a 20 KHz (Thomazini,

Albuquerque, 2009).

Figura 4: Sensor Ultrassônico

Fonte: Garcia (2008).

2.4 Bomba elevadora

A solução dos problemas ligados ao deslocamento dos líquidos tem sido uma das

preocupações da humanidade e um permanente desafio desde a antiguidade

(MACINTYRE,1997). Nesse artigo será comentada sobre a bomba hidráulica centrifuga, pois

ela é a mais difundida e utilizada no mercado.

2.4.1 Bomba centrifuga

É aquela transforma energia elétrica em mecânica através do emprego de forças

centrifugas. Ela possui pás cilíndricas, com geratrizes paralelas ao eixo de rotação, sendo

essas pás fixadas a um disco e a uma coroa circular, compondo o rotor da bomba (Filho,

2010).

O funcionamento baseia-se basicamente na criação de uma zona de baixa pressão e de

uma zona de alta pressão. É necessário que a carcaça esteja completamente repleta, ou seja,

que o rotor esteja mergulhado no liquido.

Devido à rotação do rotor, ligada geralmente ao motor elétrico, o liquido presente

entre as palhetas no interior do rotor é arrastado do centro para a periferia pelo efeito da força

centrífuga. Desta maneira forma-se uma pressão negativa interna ao rotor, acarretando em um

fluxo vindo através da conexão de sucção. O liquido impulsionado sai do rotor pela sua

periferia, em alta velocidade e é lançado na carcaça que contorna o rotor. Na carcaça grande

parte da energia cinética do liquido é transformada em pressão durante a sua trajetória para a

boca de recalque.

É necessário essa transformação de energia, pois a alta velocidade do liquido na saída

do rotor é prejudicial à tubulação de recalque, além de que a energia cinética pode ser

facilmente dissipada por choques nas conexões e peças de recalque (FOX, 2001).

Figura 5: Bomba Centrifuga

Fonte: Sulzer.

2.5 Tratamento da água

O tratamento de água é o conjunto de processos e atividades, realizado com a

finalidade de adequar as características físico-químicas e biológicas da água, com padrão

agradável que não ofereça riscos à saúde humana (Cipriano, 2004).

As tecnologias para tratamento de água são classificadas em:

Convencionais: que incluem todas as etapas tradicionais do processo como

(coagulação, floculação, decantação e filtração);

Não convencionais: que incluem a filtração direta ascendente e descendente, a dupla

filtração e a filtração lenta;

2.5.1 Desinfecção por radiação ultravioleta

A radiação por ultravioleta na água atinge principalmente os ácidos nucléicos dos

microrganismos, promovendo reações fotoquímicas que inativam os vírus e bactérias

(DANIEL, 2001). O emprego da radiação UV é, portanto, uma importante alternativa à

desinfecção química de águas residuais. Nenhum tipo de produto é adicionado à corrente

líquida, resultando em processos simples, de baixo custo e com pouca exigência de operação e

manutenção. Com esse processo é possível se obter água potável, porém a transparência da

água fica comprometida, o que torna a mesma desagradável ao consumo humano

(GONÇALVES, 2003).

2.5.2 Osmose reversa

A osmose reversa é um processo de purificação físico-químico e mecânico que

permite a passagem do solvente, que no caso é a água, e retém todas as impurezas passando

somente a água pura (Soares, 2006).

Uma membrana semipermeável composta de um material orgânico polimérico, como

o acetato de celulose é colocada no caminho da água contaminada sob alta pressão (Soares,

2006). A camada superficial da membrana tem cerca de 2μm de espessura e é pouco porosa,

quando comparada com o restante da estrutura.

Com a passagem da água pura, a solução contaminada vai se tornando cada vez mais

concentrada, sendo no fim descartada. Esta técnica surgiu em Israel para produzir água

potável a partir de água do mar. É uma técnica útil na medicina e nas unidades de tratamento

renal para produzir água livre de íons. Em águas poluídas, é especialmente indicada para

remover íons de metais alcalinos e alcalinos terrosos, assim como todas as impurezas.

Portanto, essa tecnologia pode ser utilizada nas diversas necessidades de produzir água

potável, pois independente da água que entra no processo, obtemos água potável na saída

(Fator pH, 2012).

Figura 06: Estação de Osmose Reversa

Figura 06: Fator pH.

3. ESTUDO DO CASO

3.1 Sistema de captação de água pluvial na Fatec Garça

O estudo foi desenvolvido na Fatec Garça, localizada no município de Garça – SP. A

cidade se encontra a 22°12´38´´S de latitude e 49°39´22´´W de longitude, na região centro

oeste paulista. Esse projeto tem o objetivo de implementar um sistema de captação de água

pluvial em edificações. A ênfase do estudo é a incorporação da tecnologia mecatrônica a fim

de gerar novas opções para sistemas que auxiliem na preservação da água.

Essa integração da mecatrônica tem o objetivo de viabilizar a utilização de água

potável proveniente de água de chuva, de forma autônoma. Para isso foi utilizado um

microcontrolador que monitora o nível dos reservatórios, e mediante essas informações

controla a estação de tratamento de água, a bomba elevadora além da válvula de retenção. A

verificação do funcionamento do microcontrolador, recebendo o sinal dos sensores e

acionando os atuadores foi realizado através da confecção de um protótipo.

Pensando em uma possível realização do projeto na Fatec Garça, foi feito um

levantamento de dados do local, além do estudo de alguns conceitos de engenharia civil para

o dimensionamento do reservatório. Para maior clareza e objetividade o sistema foi dividido

em etapas, de acordo com a figura 7.

Figura 7: Etapas do sistema de captação de água pluvial

Fonte: Camilo e Gomes (2012)

A figura 7 ilustra as etapas que compõe o processo de captação de água de chuva na

Fatec Garça. A metodologia se divida da seguinte forma:

1- Área de Captação;

2- Reservatório de Água;

3- Estação de Tratamento;

4- Bomba Elevadora;

5- Caixa D’água;

6- Controle;

3.1.1 Área de Captação

A área utilizada para captação da água de chuva é o telhado do bloco central do

campus da Fatec Garça. A água incide sobre o telhado e por gravidade é conduzida até o

sistema de escoamento pluvial existente em torno do prédio, que fica ao nível do solo. Como

a água não será captada por calhas, a área de captação é calculada pelo contorno do ralo,

conforme ilustrado na figura 8.

Figura 08 - Visão Superior da área de captação do prédio da Fatec

Fonte: Camilo, Gomes (2012).

Para calcular a área de captação (Ac), também conhecida como área de contribuição, o

bloco foi dividido em três partes (figura 8).

Calculo da Área 1 (A1):

A área 1 tem a forma geométrica de um retângulo com lados de 6m x 16m.

Portanto:

A1 = 6.16

A1 = 96 m²

Calculo da Área 2 (A2):

A área 2 tem a forma geométrica de um retângulo com lados de 6m x 16m.

Portanto:

A1 = 6.16

A1 = 96 m²

Calculo da Área 3 (A3):

A área 3 tem a forma geométrica de um retângulo com lados de 64,6m x 28m.

Portanto:

A3 = 64,6.28

A3 = 1808,8 m²

A área de captação total é a somatória das três áreas:

Ac = A1 + A2 + A3

Ac = 96 + 96 + 1808,8

Ac = 2000,8 m²

De acordo com os resultados obtidos a área de captação total do prédio central da

Fatec – Garça é de 2000,8 m².

3.1.2 Dimensionamento do reservatório de Água

Para o dimensionamento do reservatório é fundamental o conhecimento da área de

captação, da pluviometria local, do coeficiente de aproveitamento de água pluvial e do

volume de água a ser substituída por água pluvial (Silvia, Tassi, 2008).

Portanto foi realizado um levantamento de dados para o estudo da implementação do

projeto na Fatec Garça.

3.1.2.1 Regime Pluviométrico de Garça – SP

Foi pesquisado o regime pluviométrico mensal do período de fevereiro de 2003 à

dezembro de 2010. Os valores estão medidos em mm.

Tabela 1: Regime Pluviométrico de Garça - SP

Fonte: Adaptado de Ciiagro.

3.1.2.2 Demanda da Fatec Garça

Com o intuito da obtenção da demanda de água mensal da Fatec Garça, foi consultada

as leituras do medidor de vazão realizadas mensalmente pelo Serviço Autônomo de Água e

Esgoto (SAAE) no período de 2011 (tabela 2).

Tabela 2: Demanda da Fatec Garça

Fonte: SAAE – Garça

Jan Fev Mar Abr Mai

o

Jun Jul Agost

o

Set Out Nov Dez

2003 - 61,6 58,5 75,5 34,6 22,7 8 1 17,8 59,5 62,3 197,2

2004 203 135,5 80,1 146,

5

170 62,9 50,7 0 0 126,

6

63,9 127,9

2005 475,2 74,2 106,

5

64,4 46,6 78,2 23 2 85,1 159,

1

23 167,4

2006 89,6 185 50,6 18 21 0 15,5 7,5 98,4 78,7 47,3 274,3

2007 477,4 101 77 32,2 61,4 0,5 252 0 10,5 57,5 190 92,2

2008 192,1 261,9 84,6 118 64 50 0 63,5 36 85 103 157

2009 450,5 178 160 39 55 38,3 78 120 108,

3

160 303 196

2010 177,4 63,3 79 68 18 28 48,6 0 73 100,

3

61 295

Média 295,0

2

132,5

6

87,0

3

70,2 58,8

2

35,0

7

59,4

7

24,25 53,6

3

103,

3

106,

6

188,3

Para calcular a demanda diária foi realizado o quociente da média do consumo de água

pelo numero de dias do mês. Para facilitar o cálculo, considera-se que todos os meses

possuem 30 dias. D diária = 97,5 / 20 = 3,25 m³ por dia.

3.1.2.3 Calculo do volume do reservatório

Com as áreas totais disponíveis para captação, junto com os dados de precipitações, é

possível estimar o volume de água que pode ser captado pelo sistema. Como existem perdas

no escoamento da água no telhado, utiliza-se o coeficiente de Runoff que é considerado de 0,8

para telhados cerâmicos (Tomaz, 2003). O volume é obtido pelo produto desses três fatores.

Tabela 3: Capacidade de captação de água

Meses Área m² Precipitação Média Coeficiente de Runoff Volume em m³

Jan 2000,8 295 0,8 472

Fev 2000,8 132 0,8 211

Mar 2000,8 87 0,8 139

Abr 2000,8 70 0,8 112

Maio 2000,8 59 0,8 94

Jun 2000,8 35 0,8 56

Jul 2000,8 59 0,8 94

Ago 2000,8 24 0,8 38

Set 2000,8 53 0,8 84

Out 2000,8 103 0,8 164

Nov 2000,8 106 0,8 169

Dez 2000,8 188 0,8 300

Media - - - 161 Fonte: Camilo, Gomes (2012)

A média da capacidade de captação mensal é de 161 m³ e a média da demanda mensal

da Fatec Garça é de 97,5 m³, portanto a fim de construir um reservatório com o menor custo

possível, adota-se um reservatório de 100 m³. Os sensores tipo flutuador com acionamento

magnético reed switch, monitoram o nível do reservatório de acordo com a figura 9.

Figura 9: Reservatório de Água

Fonte: Camilo, Gomes (2012)

3.1.3 Estação de Tratamento

O padrão de potabilidade da água para consumo humano vigente no Brasil, consta da

Portaria nº 518, de 25 de março de 2004 do Ministério da Saúde, publicada no Diário Oficial

da União. O Tratamento por osmose reversa atendeu a essa portaria, e o por ultravioleta não,

devido à cor aparente (GONÇALVES, 2003). Portanto para o estudo do projeto na Fatec

Garça foi escolhido o tratamento por osmose reversa, que garante todos os parâmetros de

potabilidade (Fator pH, 2012).

Como a demanda diária da Faculdade é de cerca de 3m³ por dia, então será necessário

uma estação que tenha a capacidade de processar cerca de 100 litros de água por hora.

Figura 10: Tratamento de água

Fonte: Camilo, Gomes (2012)

3.1.4 Bomba elevadora

O dimensionamento da bomba elevadora centrífuga foi baseado nas tabelas produtos

da SCHNEIDER MOTOBOMBAS. O desnível a ser vencido é de 13,9 metros, valor esse

obtido através da utilização de um teodolito, que forneceu o ângulo do desnível. Esse valor foi

utilizado para aplicar a função tangente no triangulo retângulo imaginário formado entre o

reservatório e o topo da caixa d’água.

Os fatores técnicos de dimensionamento da potência das bombas e dos sistemas de

bombeamento de água são dependentes da altura manométrica, da vazão e do rendimento da

bomba e do motor.

Dados da instalação necessários para o cálculo:

Altura da Sucção (desnível entre a bomba e a lamina de água do reservatório) é de 2,5

metros (AS).

Altura do recalque (desnível entre a bomba a o ponto mais alto da instalação) é de 13,9

metros (AR).

Comprimento da tubulação (comprimento da tubulação de sucção mais a de recalque)

é de 88.5 metros (CT).

Determinação da vazão = consumo solicitado = 100 litros/h ou 0,1 m3/h

O diâmetro da tubulação foi selecionado conforme tabela de “Sugestão de Diâmetro de

Tubulação por Vazão”.

Diâmetro da Tubulação de Recalque: ¾ ou 25 mm.

Diâmetro da Tubulação Sucção: ¾ ou 25 mm.

Listas de conexões e tubulações: quatro curvas 90°, uma curva 45°, uma válvula de

retenção vertical, um registro de esfera aberto, um T de passagem direta, duas luvas de união

e uma válvula de pé. O comprimento da tubulação ficou em 88,5 m.

Determinação da Altura Manométrica Total (AMT):

Altura Manométrica Total:

AS+AR+Perdas de Cargas = 2,5+13,9+15.4 = 31,8 mc.a.

Acrescentando 5% nas considerações das perdas de carga nas conexões temos:

AMT = (AS+AR+PCtubos) +5%

AMT = (33,1) + 5%

AMT = 33,6 m c.a. 34 m c.a.

Determinação de Perda de Carga:

PC = CT x Fpc (%)

PC = 88,5 x 1,5%

PC = 1,3 mc.a.

Seleção da Bomba Schneider para:

AMT = 34 m c.a.

Vazão = 0,1 m3/h

Resultado:

Modelo da bomba: BC-92 S/T K.

Potência do motor: 1CV.

3.1.5 Caixa D’água

A caixa d’água já existente na faculdade vai armazenar a água potável e distribuir para

toda a Fatec Garça. A mesma vai receber água do reservatório da osmose reversa quando

houver água disponível, ou do SAAE quando a chuva não for suficiente. Um sensor vai

garantir que a caixa d’água se mantenha sempre cheia, pois ela é a segurança caso os dois

meios de se obter água potável falharem.

Figura 11: Caixa D’água

Fonte: Camilo, Gomes (2012)

3.1.6 Controle

O sistema de captação de água pluvial é controlado por um microcontrolador. Este tipo

de controle foi escolhido, pois possui uma série de dispositivos integrados dentro de um único

chip, o que simplifica muito circuitos de controle que antes eram complexos e caros (Pereira,

2005).

Nessa pesquisa foi construído um protótipo que simula o projeto de captação de água

pluvial na Fatec Garça. O microcontrolador usado foi um Freescale M9S08SH8 com

programação em linguagem C. O mesmo possui 20 pinos, onde os pinos 1 e 2 foram usados

para gravação do software, os pinos 3 e 4 para alimentação de 5V e o restante foi utilizado

como entrada ou saída. A figura 12 ilustra a ligação elétrica dos pinos do microcontrolador.

Figura 12: Esquema elétrico do microcontrolador

Fonte: Camilo, Gomes (2012).

3.1.6.1 Funcionamento do circuito

Toda a lógica de funcionamento do circuito está no algoritmo do software do

microcontrolador. Para estruturar e facilitar à lógica, o algoritmo foi dividido em blocos,

também conhecido como rotinas, de acordo com a figura 7.

O circuito possui seis sensores de nível que quando acionados fecham um contato e

enviam um sinal negativo para o microcontrolador de acordo com a figura 13.

Figura 13: Esquema elétrico do sensor

Fonte: Camilo, Gomes (2012)

A bomba, a estação de tratamento e a válvula de retenção são acionados pelo

microcontrolador através do contato de rele.

3.1.6.2 Controle dos reservatórios

O reservatório de captação é monitorado por três sensores que indicam se o nível é

mínimo, médio ou máximo. O microcontrolador fica lendo esses valores que podem assumir 0

ou 1, ou seja, contato aberto ou fechado. Para a visualização do nível do reservatório, o

microcontrolador aciona leds indicadores para a visualização humana.

3.1.6.3 Estação de tratamento

O microcontrolador é responsável por ligar ou desligar a osmose reversa de acordo

com o nível dos reservatórios. Se o reservatório de água potável estiver abaixo do nível

máximo e tenha água no reservatório de captação, a estação é ligada. Caso essa condição

anterior não esteja sendo atendida, a estação é desligada.

3.1.6.4 Bomba elevadora

A bomba elevadora é responsável em levar a água do reservatório da osmose reversa

até a caixa d’água da faculdade. O microcontrolador vai acionar a mesma, caso a caixa d’água

não esteja no nível máximo e tenha água no reservatório na estação da osmose reversa. Se

não, à bomba permanece desligada.

3.1.6.5 Caixa D’água

A caixa d’água é monitorada por um sensor que indica se a mesma está cheia ou não.

Caso não esteja no nível máximo, ela recebe água do sistema do reservatório da osmose

reversa e a válvula retém a entrada da água proveniente do SAAE. Se o reservatório da

osmose reversa estiver abaixo do nível mínimo e a caixa d’água não estiver no nível máximo,

a válvula se abre e o abastecimento passa a ser feito pelo SAAE. Esse sistema garante que a

caixa d´água permaneça sempre cheia, aproveitando sempre que possível à água pluvial.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Através desse estudo foi avaliado como a tecnologia da mecatrônica pode otimizar um

sistema de captação de água pluvial. Com a automação dos níveis dos reservatórios,

empregando um sistema inteligente integrado a aplicação da estação de osmose reversa, foi

possível comprovar por meio de um estudo exploratório do protótipo, que é possível

desenvolver um sistema autônomo de captação de água de chuva que forneça água potável ao

ser humano.

Apesar desse artigo não trazer a relação de custo do sistema, é importante ressaltar que

a estação de osmose reversa tem alto custo de investimento e manutenção, o que pode gerar

um retorno financeiro não muito atrativo. Porém, mediante as circunstancias de ser uma

instituição de ensino formadora de profissionais do futuro, conclui-se que pela motivação,

conscientização e divulgação da tecnologia, vale a pena buscar parceiros para implementar

um projeto desses na Fatec Garça.

Espera-se que esse projeto sirva de motivação para que cada vez mais, profissionais

desenvolvam projetos usando a tecnologia para auxiliar na preservação da água.

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MAY S.; PRADO R, T, A. Estudo da Qualidade da Água para Consumo Não Potável em

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SCHNEIDER MOTOBOMBAS. Disponível em < http://www.schneider.ind.br/> . Acesso em

12 out. 2012.

APÊNDICE A - Algoritmo de controle do microcontrolador

//Rotina dos Leds que indicam o nível de agua do reservatório de captação

void led(void){

if(!sensor1){

ledmax=1;

}else{

ledmax=0;

}

if(!sensor2){

ledmed=1;

}else{

ledmed=0;

}

if(!sensor3){

ledmin=1;

}else{

ledmin=0;

}

}

/***************************************************************************

*****/

// Rotina da bomba do tratamento de água

void tratagua(void){

if(!sensor3 & sensor5){

bomba1=1;

}else{

bomba1=0;

}

}

/***************************************************************************

*****/

// Rotina da bomba que leva água até a caixa d'agua

void sobeagua(void){

if(!sensor4 & sensor6){

bomba2=1;

}else{

bomba2=0;

}

}

/***************************************************************************

****/

// Rotina da bomba que controla a entrada da água proveniente do SAAE

void saae(void){

if(sensor6 & sensor4 & sensor3){

bomba3=1;

}else{

bomba3=0;

}

}

/***************************************************************************

****/

//Rotina da chuva

//Liga chuva

void chuva(void){

if(!onchuva){

filtro1++;

if(filtro1>=500){

filtro1=0;

bomba4=1;

}

}else{

filtro1=0;

}

}

// Desligando a Chuva

void nchuva(void){

if(!offchuva){

filtro2++;

if(filtro2>=500){

filtro2=0;

bomba4=0;

}

}else{

filtro2=0;

}

}

/***************************************************************************

****/

APÊNDICE B - Esquema elétrico completo do controle

Fonte: Camilo, Gomes (2012).

APÊNDICE C – Esquema da ligação do circuito hidráulico

Fonte: Camilo, Gomes (2012).