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REAPROVEITAMENTO DAS ÁGUAS PLUVIAIS PARA MÁQUINAS DE

BENEFECIAMENTO E POLIMENTO DE FRUTAS.

VALMIR WENCESLAU

vwenceslau@hotmail.com

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

61

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.

63

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.

65

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.

66

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

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