Sistemas de aproveitamento de águas pluviais em habitações unifamiliares: funcionamento hidráulico de um sistema de drenagem sifónica

Abstract

Os sistemas de aproveitamento de águas pluviais permitem substituir a água de uso doméstico, sem exigência de potabilidade, por água pluvial devidamente recolhida, tratada e fornecida. Para que um sistema de aproveitamento de águas pluviais seja considerado sustentável, é preciso que seja: ecologicamente correto, economicamente viável, socialmente justo, e culturalmente diverso. O elemento chave num sistema de aproveitamento de águas pluviais é o dispositivo first-flush, que permite desviar as primeiras chuvas, que transportam consigo uma carga significativa de elementos poluentes e não são adequadas sequer para usos não potáveis. Esta dissertação apresenta um estudo teórico e experimental da problemática do aproveitamento das águas pluviais em habitações unifamiliares. Tem como objetivo específico adaptar um sistema de aproveitamento de águas pluviais instalado em laboratório, incorporando um dispositivo first-flush, e descrever o seu funcionamento hidráulico em sistemas de drenagem sifónica. Efetuaram-se ensaios experimentais para determinar os volumes de água rejeitada e armazenada em função do período de funcionamento das válvulas. Optou-se, na realização dos ensaios, por um igual caudal debitado próximo de 3,5 Ls-1, por diversas durações de precipitação (4, 5 e 6 min) e diversos períodos de funcionamento do dispositivo first-flush (aproximadamente o valor de 1, 2, 3, 4 e 5 min). Observou-se, igualmente, o escoamento no interior das condutas, utilizando um corante (azulde- metileno). Os resultados obtidos evidenciaram que o modelo experimental utilizado apresenta, já transposto para a realidade, uma área de cobertura próxima de 150 m2, segundo a ETA 0701. Relativamente ao período de tempo em que ocorre o desvio de água a rejeitar, este deve ser sempre inferior a 3 minutos e 18 segundos. Os maiores níveis de água alcançados na cobertura são no momento de entrada em pressão devido ao aumento do volume de água existente na tubagem. Por fim, em relação à visualização do escoamento verificou-se que o movimento da água ocorre sem qualquer retorno, evitando a possível contaminação de água mais limpa, e a sua velocidade é elevada e uniforme para tubagem de igual diâmetro.

Rainwater harvesting systems allows the use of properly collected, treated and supplied rainwater for domestic use in situations without good water quality requirement. To be sustainable, a rainwater harvesting system must be truly ecological, economically viable, socially fair and culturally diverse. The key element for this system is the first-flush device, which allows the deviation of the collected rainwater during the first few min of a major rainfall event, which carry a significant load of pollutants and are not suitable even for non potable use. This dissertation presents a theoretical and experimental study of rainwater harvesting in single family dwellings. The main aims are to adapt a rainwater harvesting system installed in a laboratory, by incorporating a first-flush device, and to describe the hydraulic operation of siphonic drainage systems. Experiments were carried out in order to determine the volumes of stored and discarded water, according to the period of valves operation. It was chosen, during the experiments, an equal water flow rate around 3,5 Ls-1 and different rainfall durations (4, 5 and 6 min), as well as different periods of operation of the first-flush device (about 1 2, 3, 4 and 5 min). The flow inside the pipelines was observed by means of a tracer (methylene blue). The results from the experimental model used show (transposed into reality) a coverage area around 150 m2. Relating to the period of time in which the rejected water diversion occurs, this should be always less than 3 minutes and 18 seconds. The higher water levels in the coverage were achieved instant when the system becomes pressurized due to the increase of water volume into pipes and because it was a free surface flow. Finally, in relation to the visualization of the flow, it was found that the movement of water occurs without any feedback, avoiding possible contaminations of the clean water, and its velocity is high and uniform for pipes with the same diameter.