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REAPROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS PARA MÁQUINAS DE
BENEFECIAMENTO E POLIMENTO DE FRUTAS.
VALMIR WENCESLAU
Prof. Jose Antônio Poletto
Faculdade de Tecnologia de Garça (FATEC) Caixa Postal 17400-000 – Garça/SP
Tecnologia em Mecatrônica Industrial.
Resumo: O presente artigo tem como objetivo descrever o desenvolvimento para
reaproveitamento de águas pluviais para máquinas de polimento de frutas. Devido a algumas
características da água de chuva o reaproveitamento, será utilizado apenas para realização de
limpeza externas nas frutas, que ira retirar sujidade decorrente de agrotóxicos e areia. Todo
processo é totalmente automatizado através de Clps. O ciclo da água dentro da cadeia de
processo irá da captação da água de chuva para limpeza das frutas e galpões e retornará para o
solo através da irrigação.
Palavras chaves: Reaproveitamento; Automatizado; Potável.
Abstract: This paper aims to describe the development of reuse watershed storm water
polishing machines for fruit, because some characteristics of rain water will be used only to
carry out external cleaning in fruits that will remove dirt and pesticides due to sand, where the
final consumption of fruit will have to undergo cleaning in clean water. All fully automated
process through PLCs. The cycle of water within the process chain will capture the rain water
for cleaning fruits and sheds and returned to soil through irrigation.
Keywords: Reuse; Automated; Potable.
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1 INTRODUÇÃO
A água de chuva faz parte do processo de troca do ciclo hidrológico na natureza, sendo
fundamental para a recarga dos rios, dos aquíferos e desenvolvimento das espécies vegetais e
retirada de partícula de poeira e poluição existente na atmosfera. A qualidade da água da
chuva pode variar em relação à quantidade de poluição do ambiente, onde o requisito de
qualidade e segurança sanitária das águas pluviais está diretamente relacionado com o fim a
que se destina sua aplicação. (AMBIENTE BRASIL 2012).
(TOMAZ, 2001) Define-se como uso racional da água um conjunto de atividades,
medidas e incentivos que têm como principais objetivos:
• Reduzir a demanda de água;
• Melhorar o uso da água e reduzir as perdas e desperdícios da mesma;
• Implantar práticas e tecnologias para economizar água;
• Informar e conscientizar os usuários.
Segundo Tomaz (2003) a composição da água de chuva varia de acordo com a
localização geográfica do ponto de amostragem, com as condições meteorológicas
(intensidade, duração e tipo de chuva, regime dos ventos, estação do ano, etc.), com a
presença ou não de vegetação e também com a presença de carga poluidora.
Segundo Fendrich (2009) o aproveitamento da água de chuva refere-se a um sistema
relativamente simples, que consiste na captação, filtragem, armazenamento e distribuição da
água que cai no telhado da edificação. A tecnologia para o uso da água de chuva nas
edificações é a soma das seguintes técnicas:
Coletar a água que precipita no telhado;
Eliminar a água do inicio da chuva (descarte inicial);
Unidade de sedimentação, filtragem, tratamento e melhoria da qualidade da
água;
Armazenar a água da chuva em reservatórios;
Abastecer os locais de uso;
Drenar o excesso de água de chuva, em caso de chuvas intensas;
Completar a falta de água em caso de estiagem prolongada;
Através dos estudos realizados pelos autores anteriores, e com conhecimentos
adquirido no curso Tecnologia de mecatrônica industrial, será dado inicio a um projeto que
visa ajudar o meio ambiente contra captação de água potável de forma predatória.
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2 OBJETIVO
2.1 Geral:
Construir um sistema de aproveitamento de água de chuva com tecnologia de
automação, que fornece água para máquinas de polimento de frutas, para fazer lavagem
superficial das frutas e que não necessita de água totalmente potável, pois esse tipo de
lavagem é para remoção de sujeiras provenientes de agrotóxicos, areias e folhas.
2.2 Especifico:
Otimizar todo sistema hídrico de máquinas de polimento de frutas, em propriedades
rurais.
3 JUSTIFICATIVA
O desenvolvimento do projeto de reaproveitamento de água pluvial para
máquinas de polimento de frutas vai de encontro com a necessidade da preservação dos
recursos hídricos potáveis, mesmo não sendo feito utilização de quantidade expressiva de
água, dará uma grande parcela de contribuição para nosso meio ambiente.
O interesse pela melhoria desse tipo de máquina ocorreu em observação de produtores
rurais que possuem estufas para produção de tomate e pomares de laranja. Toda água utilizada
para realização do processo de limpeza vem de poço artesiano, sendo o ciclo da água no
processo aproveitado apenas para limpeza superficial das frutas e descartada. A melhoria fará
com que essa água seja utilizada para higienização dos galpões e irrigação das plantas na
estufa e pomares.
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4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.
O desenvolvimento do projeto terá base em revisão bibliográfica, de pesquisa
realizada dos autores citado anteriormente, e site de empresa que estão atuando com
tecnologia de captação de águas pluviais, junto com conhecimento adquirido na FATEC
GARÇA, principalmente na disciplina de automação industrial, pois todo processo ira ser
gerenciado por Clps.
Para o dimensionamento da área de coleta, utilizaremos a tabela 1 fornecida pela
empresa Acqua Save, para melhor compreensão da quantidade de água captada.
Tabela 1: Índice pluviométrico de captação águas pluvial.
INDICE
PLUVIMÉTRICO
ÁREA DO TELHADO (M²)
(mm) 100 200 300 400 500 1000 1500 2000
800 72 144 216 288 360 720 1080 1440
900 81 162 243 324 405 810 1215 1620
1000 90 180 270 360 450 900 1350 1800
1100 99 198 297 396 495 990 1485 1980
1200 108 216 324 432 540 1080 1620 2160
1300 117 234 351 468 585 1170 1755 2340
1400 126 252 378 504 630 1260 1890 2520
1500 135 270 405 540 675 1350 2025 2700
1600 144 288 432 576 720 1458 2400 2880
FONTE: Acqua save
De acordo com a tabela acima a região de Alvinlândia-SP, tem índice pluviométrico
de 1300 mm ao ano e o telhado que será feito a captação tem área de telhado de 800 m².
Capacidade de captação anual 936 m³, e mensal 78 m³. Se a captação mensal não for o dobro
do volume da cisterna, o sistema perde eficiência.
A canalização da água pluvial para cisterna será feita por calhas. As calhas têm por
objetivo coletar as águas de chuvas que caem sobre o telhado e conduzi-las aos condutores
verticais (prumadas de descida). As seções das calhas possuem variadas formas, dependendo
obviamente das condições impostas pelo projeto arquitetônico e dos materiais empregados
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em sua confecção (chapas de aço galvanizado, folhas de flandres, chapas de cobre, PVC
rígido, fibra de vidro, concreto ou alvenaria). (JÚNIOR, 2009).
Segundo o site www.sempresustentavel.com.br (2013) o dimensionamento de calhas e
tubo de descida, esta baseado na norma NBR 10884/89 das Instalações de Águas Pluviais da
ABNT, que esta descrita na tabela 2.
Tabela 2 Dimensionamento Das Calhas e Tubos de Descidas.
Diâmetro
do tubo.
D(mm)
Capacidade dos condutores Horizontais
(calhas) e seção circular (formato) com
vazões em litros/minuto
Capacidade dos condutores
verticais (tubos de descida da
água das calhas)
Tipo de material= plástico,
fibrocimento, aço, metais não fibrosos. Vazão Área do telhado (m²)
Incl
inaçã
o
0,5
%(0
,5
cm/m
)
Incl
inaçã
o
1%
(1cm
/
m)
Incl
inaçã
o
2%
(2cm
/
m)
Incl
inaçã
o
4%
(4cm
/
m)
Lit
ros/
segu
nd
os(
l/s)
Ch
uva
mu
ito f
ort
e
150 m
m/h
Ch
uva f
ort
e
120 m
m/h
50 32 45 94 90 0,57 14 17
75 95 133 188 267 1,76 42 53
100 204 287 405 575 3,78 90 114
125 370 521 735 1040 7,00 167 212
150 602 847 1190 1690 11,53 275 348
200 1300 1820 2570 3650 25,18 600 760
Fonte: WWW.sempresustentavel.com.br (2013).
Toda água vai passar por filtro para eliminar a sujidade proveniente de folhas e fezes
de animais. Os filtros utilizados podem ser os comercializado industrialmente ou
confeccionado manualmente indo de acordo com poder aquisitivo do cliente. A figura 1 e 2
tem representado dois tipos de filtro sendo um confeccionado de forma caseira em tubo PVC,
e outro industrializado pela empresa Acqua save.
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Figura 1. Tipo de filtro de descarte caseiro primeira água para cisterna.
Fonte: www.sempresustentavel.com.br
Figura 2. Tipo de filtro de descarte industrializado.
Fonte: Empresa Acqua save
O deposito ou cisterna de água pluvial, terá o dimensionamento de acordo com a
quantidade de água utilizada pelas máquinas polidoras em observação na propriedade dos
produtores rurais. Uma máquina de pequeno porte utiliza 500 litros de água, sendo utilizada
em três ciclos de limpeza, ou seja, se utilizar a máquina todos os dias, a troca de água irá
ocorrer a cada três dia. A cisterna será colocada para ficar meio externo, e no seu interior o
revestimento da parede na coloração preta, para evitar a proliferação de algas. O fato de a
cisterna ficar externa em uma base suspensa, ira aproveitar a gravidade para escoamento da
água, que passará em um pré-filtro antes de chegar ao reservatório.
Para cálculo de vazão é utilizado à equação 1 de Bernoulli simplificada para
determinar a velocidade escoamento (HALLIDAY,2004).
√ (eq. 1)
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No qual:
V= Velocidade escoamento (m/s)
g= Gravidade (9,81 m/s²)
Z= Altura coluna d’água (m)
E através da velocidade de escoamento, pode-se determinar aproximadamente, a vazão
através da equação 2 (HALLIDAY,2004)..
(eq.2)
No qual:
Q = Vazão (m³/s)
V = Velocidade de escoamento (m/s)
A = Área (m²)
No controle de nível nos tanques a utilização de eletro-boia se faz necessária.
Eletro-boia é um instrumento para controle e indicação de nível em líquidos que, por ação da
flutuação assume posições que podem ligar ou desligar um circuito elétrico, de fácil
instalação. Podem ser utilizados em poços, tanques, caixas, efluentes industriais e bombas de
porão, seja uma residência, empresa ou qualquer construção civil que permita ao mesmo
tempo um controle do nível de água no reservatório alto de caixa d’água e do nível do
reservatório baixo de cisterna (MAR-GIRIUS, 2013). A figura 3 abaixo modelo fabricado
pela empresa Mar-Girius Continental Indústria de Controles Elétricos Ltda.
Figura 3 Tipo de Eletro-bóia.
Fonte: Mar-Girius Continental Ind. Com. El.
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Água coletada vai passar por um filtro lento, que pode ser caseiro. De acordo com
a, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), filtros de construção caseira,
geralmente são constituídos de recipientes (em alvenaria, PVC ou fibra de vidro) dotados de
elementos pétreos inertes, de diferentes granulométricas, colocados em camadas sucessivas,
desde o mais fino até o mais grosso (OLIVEIRA, 2005).
Segundo OLIVEIRA; KUNZ; PERDOMO, (2005), no dimensionamento do volume
do filtro e na escolha dos materiais, deve-se considerar a vazão de água escoada pela
cobertura, em função da precipitação pluviométrica incidente, a carga hidráulica e o
coeficiente e a resistência da passagem da água. A figura 4 mostra o esquema de um filtro de
construção caseira, construído com materiais disponíveis no mercado.
Figura 4 - Esquema de um pré-filtro para a limpeza preliminar da água da chuva.
Fonte: (OLIVEIRA; KUNZ; PERDOMO, 2005).
Esse filtro pode ser construído em alvenaria ou concreto, sendo que a granulométrica
deve ser escolhida de seguinte forma:
a) a camada mais fina é para reter os elementos mais finos em suspensão contidos na
água, porém se esta camada for muito fina, a filtragem será lenta e deve ser considerada para
grandes vazões;
b) a granulométrica deve ser crescente de forma a reter os grãos de granulométrica
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anterior.
Após o processo de polimento e limpeza das frutas, toda água descartada, será
utilizada para realização de limpeza do galpão ou depositada em reservatório para ser
utilizada na irrigação (OLIVEIRA; KUNZ; PERDOMO, 2005).
O gerenciamento do processo terá unidade de controle feita através de Clps. De acordo
com IEC (International Electrotechnical Commission) o CLP é definido como:
Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para a utilização em um ambiente
industrial, que possui uma memória programável para armazenagem interna de instruções
orientadas para o desenvolvimento de funções especifica, tais como lógica, sequencial,
temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas digitais ou
analógicas, vários tipos de processos em máquinas industriais. O controlador programável e
seus periféricos associados são desenvolvidos para serem facilmente integráveis em um
sistema de controle industrial e facilmente usados em todas suas funções previstas
(FRANCHI e CAMARGO, 2011).
Hoje no mercado existe uma infinidade de marcas e modelo. Nesse projeto os de
pequeno porte atende a necessidade e viabilidade para obtenção do resultado esperado. A
Figura 5 mostra a vista de um Clp do modelo LOGO da Siemens de pequeno porte, custo
acessível, aproximado de R$ 600,00 reais.
Figura 5 Clp logo Siemens.
Fonte: Siemens do Brasil.
Todo o processo de entrada de água, nível, tempo de ciclo da água no sistema,
bombeamento para reservatório de descarte, será gerenciado pelo clp, através de controle de
moto bombas e válvulas solenoides, na figura 6 ilustra um modelo de válvula solenoide
fornecido pela empresa Jefferson valves.
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Figura 6 Válvula solenoide.
Fonte: Empresa Jefferson valves.
De acordo com a empresa Jefferson valves, a válvula solenoide é a combinação de
duas unidades funcionais:
O pacote eletromagnético, constituído por um solenóide e seu correspondente núcleo
móvel, e um corpo de válvula contendo os orifícios de entrada(s), passagem(s) e
saída(s).Sobre os orifícios de passagem atuam obturadores tipo agulha, guilhotina de metal,
discos de vedação de elastômeros ou PTFE. Em alguns modelos, o fechamento é corrediço,
com anéis de vedação. As válvulas solenoides são classificadas pelo número de entradas e
saídas de 2 vias, 3 vias, 4 vias ou 5 vias.Desde o ponto de vista funcional, podem ser
monoestáveis ou biestáveis. Nas monoestáveis desenergizadas, seu único solenóide volta para
uma posição estável. Já as biestáveis contêm duas bobinas, uma para cada posição, e podem
funcionar com pulsos de corrente, e nas tensões de 12 V, 24V,110V,220V.
O bombeamento da água no processo utiliza uma moto bomba, que responsável para
levar a água para o esguicho de limpeza e esvaziar o deposito da máquina para reservatório de
descarte, sendo feito automaticamente. Moto bomba de pequeno porte e centrifuga atende ao
esperado no projeto, a tabela 3 abaixo tabela fornecida pela empresa Schneider motobombas.
Tabela 3 Tipos e modelos de bombas e características hidráulicas.
Fonte Schneider motobomba.
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Bomba centrífuga é o equipamento mais utilizado para bombear líquidos na irrigação
de lavouras, edifícios, residências, nas indústrias em geral, transferindo líquidos de um local
para outro. Ela funciona da seguinte maneira: Um motor elétrico, acoplado a bomba, e gira
um ou mais rotores dentro do corpo da bomba centrífuga, movimentando o líquido e criando a
força centrífuga que se transforma em energia de pressão (FRANKLIN/SCHNEIDER
MOTOBOMBA, 2012), a figura 7 é ilustração de uma moto bomba fornecida pelo catalogo
da empresa Schneider motobomba.
Figura 7 Tipo de Moto bomba.
.
Fonte: Schneider motobomba.
A empresa Jacuzzi do Brasil, fabricante de moto bombas, recomenda que a
velocidade de escoamento não ultrapasse 1,8 m/s na tubulação de sucção e 3m/s na tubulação
de descarga. A tabela 4 abaixo indica a vazão aproximada correspondente a essas velocidades
para tubos em PVC, para não exceder a pressão máxima admissível que será utilizada no
descarte para irrigação.
Tabela 4 - Vazão em tubulação de PVC
Tubo colável
diâmetro
(mm)
25 32 40 50 60 75 85 110 140 160 200 250 300
Tubo roscável
(bitola) ¾’ 1’ 1.1/4’ 1.1/2’ 2’ 2.1/2’ 3’ 4’ 5’ 6’ - - -
Vazão na
sucção (m³/h) 2,2 3,7 6,2 9 15 21 32 50 80 105 160 260 360
Vazão na
descarga
(m³/h)
3,6 6,2 10 15 25 35 53 83 135 175 265 430 600
Fonte: Empresa Jacuzzi do brasil.
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4 METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO
Nas propriedades rurais que cultivam hortaliças em estufas é utilizada quantidade
muito grande de água, e sua captação é através de poço artesiano. O tomate quando colhido é
lavado na máquina de polimento para melhorar seu aspecto para venda em mercados. A
máquina de polimento utiliza cerca de 500 l de água de poço artesiano em seu reservatório
para execução de limpeza. Foi observando esse sistema ,que veio a ideia de utilizar águas
pluviais para esse processo que será devolvida para irrigação das estufas e pomares de
laranjas. A figura 8 abaixo mostra como é esse tipo de máquina que foi observado na
propriedade rural sitio dois irmão em, Alvinlândia-SP.
Figura 8 vista de máquina de polimento de hortaliça e fruta.
O autor
Para desenvolvimento do projeto, a realização de análise da água pluvial é essencial. A
coleta da amostra da água pluvial foi feita no dia 17/10/2012 sobre telhado de amianto após 5
minutos de chuva e para conhecer melhor a características dessa água. Foi feito uma parceria
com empresa de refrigerante, que analisou apenas os sólidos contidos na amostra da água
pluvial e necessitando de uma amostragem microbiológica, para verificação de coliformes
fecais. A água pluvial analisada ficou próximas a característica de água tratada em relação a
sólidos. Deve se observar que a água pluvial analisada é do interior de são Paulo, podendo ter
alteração considerável caso seja próximo a grandes centros industrializados.
Os dados coletados estão descrito na tabela 5, observando a característica dessa água
em comparação a poços e água tratada.
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Tabela 5 Dados comparativo dos sólidos nas águas.
DADOS Água Pluvial Poço Artesiano Água tratada
(Telha amianto)
TURBIDEZ 2,47 0,44 0,08
PH 6,80 7,79 7,53
Fe 0,038 - 0,007
Al 0,01 - 0,01
Cloretos 0,6 0,40 7,3
Dureza Total 40 - 96
Sólidos totais dissolvidos 10ppm 108ppm 116ppm
Total SC - 16,20 47,3
DC 30 - 70
Sulfatos 0,3 1,0 40
Alc. 0.5 10.60 78
Cloro - - -
O autor
Toda água coletada vai passar por calhas e um pré-filtro para descarte da primeira
água, como foi citado na revisão bibliográfica, e será depositada na cisterna, que terá sua
dimensão de acordo quantidade de captação de água pluvial como descrito na tabela 1 da
pagina 3 da empresa Acqua save e com a quantidade da água utilizada no processo, pois
existem máquinas de vários tamanhos. A água da cisterna passará por um pré-filtro lento de
areia antes de chegar ao reservatório de processo da máquina para retirar sólido misturado à
água coletada. Essa água terá 3 ciclos de utilização na limpeza de polimento das frutas e
hortaliças, quando será descartada para utilização de limpeza do barracão ou depositado em
outro reservatório para ser utilizado na irrigação das estufas e pomares.
Para obtenção de resultados satisfatórios, todo sistema vai ser automatizado com Clp ,
que atende todo requisito é adequado para ambiente rústico. Através de lógica de
programação é possível diminuir o tamanho do painel elétrico. O gerenciamento de todo o
processo, desde monitoramento de captação da água pluvial até o descarte da água utilizada,
será monitorado por meio de chave bóia instalados nas caixas de água, descrito na revisão
bibliográfica. A disposição dos componentes esta ilustrada no esquema hidráulico, de acordo
com a figura 9.
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Figura 9 Diagrama hidráulico do protótipo.
SIMBOLOGIA
LT 102,103 SENSORES DE NIVEL
VE 001,002,003,004 VALVÚLAS SOLENÓIDES
M01 MOTOBOMBA
CLP CONTROLADOR LOGICO PROGRAMAVEL
O autor
Foi desenvolvido um protótipo pequeno para fazer simulação do projeto desenvolvido.
As imagens mostram como ficou a disposição na figura 10.
Figura 10 Protótipo inicial.
O autor
67
Figura 11 Protótipo Final.
.
O autor.
Tabela 6 Descrição dos componentes no protótipo.
1- Tubo simulação chuva. 10- Válvula solenoide saída cisterna.
2- Calha e tubo descida de água. 11- Motor máquina de beneficiamento.
3- Eletro-bóia. 12- Válvula solenoide recirculação.
4- Cisterna. 13-Válvula solenoide para irrigação.
5- Caixa de processo da máquina. 14- Telhado captação.
6- Eletro-bóia. 15- Caixa de água poço artesiano.
7- Motor processo (M1). 16- Pomar
8-Máquina de beneficiamento e polimento. 17- Sistema de tubulação de irrigação.
9- Chuveiro de água para limpeza.
O autor
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS.
Ao fim desse trabalho pode ser verificado que não é muito difícil o reaproveitamento
de águas pluviais e que com algumas pesquisas esse processo pode ser melhorado, pois é um
desperdício ver tanta água cair do céu e não ser utilizada para quase nada. Cabe a nós
estudantes e pesquisadores a missão de sempre buscar pesquisa para conter o mal uso de
forma predatória das águas potáveis de nossa região. Dando nossa parcela de contribuição
para as futuras gerações, pois por menor que seja essa parcela, se somado com o tempo irá ser
de grande ajuda para nós mesmo.
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6 REFERÊNCIAS:
ACQUA SAVE. Produto para captação de aguas pluviais
<http://www.acquasave.com.br/>disponível em 29/09/2012
FENDRICH e OLIYNIK. Manual de utilização das águas pluviais (100 maneiras
práticas). 1ª Ed. – Curitiba: Livraria do Chain Editora. 2002.
FENDRICH, R. Aplicabilidade do armazenamento, utilização e infiltração das águas
pluviais na drenagem urbana. 2002. 504p. Tese (Doutorado em Geologia Ambiental) –
Setor Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2002.
FRANCHI e CAMARGO. Controladores Lógicos Programáveis: Sistema Discreto, 2
edição- São Paulo: Editora Érica Ltda.2011.
FRANKLIN/SCHNEIDER. Moto bombas,<< http://www.schneider.ind.br/empresa.php>>
disponível em 11/2012.
HALLIDAY, David, RESNIK Robert, KRANE, Denneth S. Física 2, volume 1, 5 Ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2004. 384 p.
JACUZZI DO BRASIL. Bombas Hidráulica,<<HTTP://www.jacuzzi.com.br/>> disponível
em 02/2013.
JEFFERSON VALVES. Válvulas Solenoides. Acesso
<< http://www.jeffersonvalves.com/repositorio/pdfs-portugues/general-catalog.pdf>> em
04/2013
JÚNIOR, R. C. Instalações Hidráulicas e o Projeto de Arquitetura. São Paulo: Blucher,
2009, 2ª edição.
69
MAR-GIRIUS. Eletro-boia. Acesso << http://www.margirius.com.br/default.aspx>> em
05/2013.
OLIVEIRA, P. A. V. Filtro para cisterna. Acesso <<www.fazfacil.com.br/reforma-
construcao/filtros-para-cisternas/>> em 11/2012.
TOMAZ, P. Aproveitamento de Água de Chuva Para Áreas Urbanas e Fins não Potáveis.
2ª Ed. São Paulo: Navegar. 2003.
TOMAZ, P. Economia de água para empresas e residências: um estudo atualizado sobre
o uso racional da água. São Paulo: Navegar Editora, 2001.
USO E REUSO DA ÁGUA. Acesso
<<http://ambientes.ambientebrasil.com.br/agua/uso_e_reuso_da_agua/aproveitamento_da_ag
ua_de_chuva.html>> em 07/2012.