Gerenciamento de Energia Elétrica no Ambiente Hospitalar

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1 Gerenciamento de Energia Elétrica no Ambiente Hospitalar José Eduardo Zagato Rosa, Sérgio Santos Mühlen Departamento de Engenharia Biomédica (DEB), Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) e Centro de Engenharia Biomédica (CEB). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Caixa Postal 6040, Campinas, SP. Fone: +55 (019) , Fax: +55 (019) / zagato@ceb.unicamp.br, smuhlen@ceb.unicamp.br Resumo - A crise de energia elétrica e a escassez de recursos têm despertado a consciência da necessidade de conservação de energia, bem como do benefício financeiro desta atividade. Neste cenário, destacam-se os estabelecimentos assistenciais de saúde (EAS), principalmente os hospitais, instituições que além de utilizarem amplamente a energia elétrica para suas atividades, convivem com orçamentos cada vez mais restritos, em um mercado sempre competitivo. Os hospitais possuem diversas oportunidades de conservação de energia e recursos financeiros que podem ser alcançadas através de um programa de gerenciamento de energia, principalmente naqueles onde nenhum trabalho deste tipo tenha sido realizado. Além disso, o gerenciamento também representa uma oportunidade para os grupos internos de gestão de tecnologias e infraestrutura dos hospitais agregarem valor ao seu trabalho, propondo, implantando ou supervisionando tal atividade. Neste artigo são discutidos alguns tópicos de um programa de gerenciamento de energia e são apresentadas algumas oportunidades de conservação comumente encontradas em hospitais. Palavras-chave: Engenharia hospitalar, Conservação e gerenciamento, Energia elétrica. Abstract - The electric energy crisis in Brazil at the present time and the shortage of funds have emerged awareness about the need of energy conservation and its financial benefits. Healthcare units, mainly hospitals, are institutions that depend essentially on electric energy and have to carry on with low revenue, in a market that is becoming more competitive each day. Hospitals have many opportunities for energy conservation and money savings that could be reached by means of an energy conservation program, especially on those where not anything of this activity have been done. Energy management also represents an opportunity for the in-house technology and facilities management groups to add value to their work by proposing, setting up or supervising such as programs. In this article some topics about an electric energy management program are discussed, and some energy conservation opportunities commonly found in hospitals are presented. Key-words - Hospital engineering, Conservation and Management, Electrical energy. Introdução O mercado brasileiro de energia tem enfrentado sérios problemas devido à escassez de recursos, e que acabam afetando seus consumidores. Tal crise tem despertado a consciência da necessidade de conservação de energia bem como o benefício financeiro desta atividade. Este benefício deve aumentar em breve devido à perspectiva de aumento em curto prazo do custo da energia elétrica. Neste cenário destacam-se os hospitais, pois além de utilizarem largamente a energia elétrica para suas atividades, convivem com recursos escassos em um mercado cada vez mais competitivo. Além da atual crise, a preocupação com a racionalização do uso de energia elétrica no país já data de 1986, quando a ELETROBRÁS criou o Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Energia (PROCEL). O PROCEL desenvolveu projetos na área da saúde com a finalidade de identificar o potencial de eficiência energética e incentivar a conservação de energia neste setor, que está entre os maiores consumidores de energia do setor terciário. Em 1996, o projeto COGERBA, realizado através de um convênio entre o Governo do Estado da Bahia, SEBRAE-BA e ELETROBRÁS (através do PROCEL), apresentou os resultados de uma série de auditorias realizadas no setor de saúde do Estado da Bahia. Esses resultados mostram a distribuição do consumo de energia

2 em um hospital considerado de médio porte em Salvador-BA (tabela-1) e o potencial médio de economia de recursos nos sistemas que foram abordados pelas auditorias (tabela 2) (Alvez Lima e David, 1996). Tabela 1 Distribuição do consumo de energia em hospital de Salvador-BA (modificado de Alvez Lima e David, 1996). Ar Condicionado 49% Aquecimento de Água 13% Iluminação 23% Outros 15% Tabela 2 Potencial médio de economia de custos (modificado de Alvez Lima e David, 1996). Compra de Energia 54% Iluminação 25% Aquecimento de Água 17% Fator de Potência 7% Um programa de gerenciamento de energia pode abranger desde ações simples e de baixo custo, como campanhas de conscientização, até soluções mais complexas que envolvam maiores investimentos e retorno em longo prazo, como a instalação de um sistema de cogeração. O mais importante é que qualquer que seja o escopo do programa de gerenciamento de energia, o seu sucesso está intimamente ligado ao comprometimento e apoio de toda comunidade do hospital, principalmente da alta administração. Vale lembrar que tal comprometimento pode ser conquistado através da apresentação de uma avaliação prévia das oportunidades e perspectivas de economia. As equipes responsáveis pela gestão das tecnologias e instalações médico-hospitalares (equipes de engenharia clínica e engenharia hospitalar), por conhecerem amplamente os sistemas e equipamentos em operação na unidade, devem desempenhar um papel fundamental no gerenciamento de energia, seja na elaboração, implantação ou supervisão deste programa. Objetivo Este trabalho tem por objetivo apresentar, propor e discutir alguns métodos e benefícios de um programa de gerenciamento de energia elétrica no setor hospitalar. São apresentados alguns tópicos de ordem técnica, dando maior enfoque aos procedimentos e soluções que podem ser facilmente executados pela própria equipe do hospital. Programa de Gerenciamento de Energia Elétrica Um programa de gerenciamento de energia abrangente não é restrito apenas à eletricidade, mas a todas as formas de energia empregadas nas atividades da unidade (gás, aquecimento de água por fontes alternativas, óleo combustível, etc.). No entanto, seguramente a eletricidade é o meio mais empregado para a transmissão de energia em um hospital, portanto é no gerenciamento de energia elétrica onde podemos encontrar as maiores oportunidades de economia. Antes de abordar os meios para este gerenciamento, deve-se ter em mente alguns fundamentos: 1) o programa não deve prejudicar a qualidade do ambiente e dos serviços prestados pelo hospital, e nem pode comprometer a segurança de pacientes e funcionários. Para tanto, toda provável medida de conservação de energia deverá respeitar normas e leis de segurança, e ser avaliada e discutida com a equipe responsável pela área ou departamento alvo do hospital, a fim de determinar sua viabilidade. 2) o escopo do programa de gerenciamento de energia não deve focalizar apenas oportunidades de conservação de energia, mas também o controle e a redução dos custos da mesma. Conforme é apontado de diferentes formas na literatura (Capehart, 1997; Hyman, 1998), um programa de gerenciamento de energia é composto pela caracterização do insumo e suas aplicações, caracterização do perfil de consumo, avaliação das unidades e instalações, análise do contrato e de possibilidades alternativas de aquisição da energia, identificação e avaliação das oportunidades de economia e, por fim, elaboração de um plano de implantação e monitoração do programa. Vale ressaltar que este processo deve ser continuado, sendo constantemente reavaliado com o propósito de monitorar seus resultados e encontrar novas oportunidades. É importante buscar dados sobre como a energia elétrica é adquirida e utilizada no hospital para embasar a avaliação dos sistemas e unidades que serão abordados no programa. A eletricidade pode ser caracterizada como energia intermediária entre a fonte produtora e a aplicação final (Creder, 1995). São raros os processos que empregam a eletricidade para produzir diretamente um determinado resultado, mas esta é freqüentemente transformada em outra forma de energia que realizará o trabalho desejado. A partir desse raciocínio, nota-se que é preciso estar atento às perdas que ocorrem na transformação de energia nos diversos sistemas utilizados no hospital. Neste ponto deve-se realizar também uma caracterização mais prática. É preciso conhecer como a energia é recebida e distribuída para as instalações do hospital. A caracterização do perfil de consumo da unidade deverá ser feita através da coleta e análise das faturas de eletricidade dos últimos

3 dois anos ou mais, se possível. Das faturas podem ser extraídos os dados de consumo, seus componentes de custo e detalhes e cláusulas do contrato com a concessionária. Estes dados deverão ser organizados em tabelas e apresentados em gráficos que permitirão a identificação do perfil característico de consumo e demanda do hospital, bem como anormalidades. Esses gráficos também deverão servir para projetar o consumo dos próximos anos, servindo como instrumento de avaliação do programa. Conforme a disponibilidade de recursos, pode-se realizar também uma monitoração do consumo individual de cada sub-unidade e sistema do hospital, a fim de obter um maior detalhamento, que poderá contribuir para identificar novas oportunidades de economia. A avaliação das unidades e instalações consumidoras terá sua abrangência definida pelo escopo do programa. No entanto esta é a oportunidade para se conhecer melhor o hospital e seu padrão de operação. Portanto, em qualquer programa devem ser levantados os períodos de operação das unidades, realizar um levantamento dos equipamentos e sistemas (ar condicionado, iluminação, etc.) de maior consumo (ou de todos) e suas características operacionais, pois esses dados são essenciais para a identificação e avaliação de oportunidades de conservação. À luz das informações obtidas, o contrato de fornecimento de energia elétrica deve ser reavaliado. Devem ser consideradas as alternativas de estrutura tarifária para o fornecimento de energia elétrica e a possibilidade de utilização de uma fonte alternativa de energia em alguns sistemas do hospital. Como exemplo, podemos citar o emprego da energia solar no aquecimento de água. Em paralelo com estes levantamentos, deve ser feita a identificação preliminar das oportunidades de conservação e redução de custos. Estas oportunidades serão reavaliadas quanto a sua viabilidade técnica e econômica, e novas oportunidades deverão ser identificadas através da análise crítica de todo o conjunto de informações obtido. Após todo o levantamento de informações, identificação de oportunidades e análise das mesmas, um plano de implantação das ações deverá ser elaborado. O planejamento das atividades de gerenciamento deve ser composto por uma seqüência lógica de implantação das ações de conservação, de metas a serem atingidas e de meios de reavaliação e realimentação do plano, pois durante este processo, que é contínuo, podem surgir novas oportunidades. O plano de implantação será mais eficiente se seguir uma seqüência tal que os resultados de uma determinada ação gerem, através da economia, recursos para a atividade seguinte. Oportunidades de Conservação A seguir serão abordadas algumas oportunidades de conservação de energia comumente encontradas em hospitais. Vale lembrar que tais oportunidades podem variar muito de um hospital para outro, pois estão relacionadas diretamente com as características de cada unidade. Instalação elétrica A instalação elétrica do hospital pode ser responsável por uma parcela das perdas de energia. Instalações fora de norma e com desequilíbrio de cargas por fase apresentam perdas de energia por aquecimento de condutores, além de facilitar a ocorrência de curto-circuitos, entre outros efeitos. Portanto, o projeto e a manutenção adequados das instalações elétricas, além de ser uma questão de segurança e confiabilidade, também é importante para a conservação de energia. Muitos hospitais, senão todos, recebem energia elétrica em alta-tensão. A energia é rebaixada em transformadores próprios e distribuída em baixa tensão para os diferentes circuitos do hospital. Nesse rebaixamento de tensão ocorrem perdas inerentes ao processo de transformação. Essas perdas podem ser significativas caso os transformadores não estejam carregados adequadamente, ou seja, se estiverem trabalhando fora de seu ponto ótimo de operação (acimaa ou muito abaixo da potência nominal). A Resolução n 456 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANNEL) determina que: Art. 35. Quando a concessionária instalar os equipamentos de medição no lado de saída dos transformadores, para fins de faturamento com tarifas do Grupo A, deverá também colocar equipamentos próprios de medição das perdas de transformação ou fazer os acréscimos de que trata o art. 58. Portanto o redimensionamento ou a redistribuição de cargas nos transformadores pode ser uma boa oportunidade de conservação. Outro ponto que deve ser avaliado é o excesso de energia reativa na instalação. As instalações que possuem um baixo fator de potência (menor que 0,92) estão sujeitas à aplicação de multas e cobrança por excesso de energia reativa. Se constatado, este problema pode ser resolvido através da instalação de um banco de capacitores. Sistema de Iluminação Como foi mostrado na tabela 1, o sistema de iluminação é responsável por uma parcela considerável do consumo de energia. Oportunidades de conservação neste item podem gerar valores de economia significativos no consumo geral. Através de um levantamento dos

4 tipos, quantidades e potências de luminárias e lâmpadas instaladas em cada unidade, juntamente com seus requisitos de iluminação, é possível identificar diversas oportunidades de conservação de energia elétrica, dentre as quais o emprego de lâmpadas e luminárias mais eficientes que permitam manter ou melhorar o nível de iluminação com um consumo menor; divisão do circuito em setores, permitindo a iluminação de apenas parte de um ambiente grande; automação de parte do sistema de iluminação utilizando sensores de presença, temporizadores e fotosensores para controle dos níveis de iluminação; adequação destes níveis para cada ambiente (baseados nas normas pertinentes); manutenção e limpeza de lâmpadas e luminárias; alteração da disposição das luminárias; melhor aproveitamento da iluminação natural. Sistema de Ar Condicionado O sistema de ar condicionado consome a maior parcela da energia em um hospital, conforme a tabela 1. O primeiro passo para a conservação de energia neste sistema, caso ele ainda não esteja instalado ou venha a ser substituído, é o dimensionamento adequado e o emprego de sistemas de condicionamento de ar com a melhor relação entre potência consumida e produzida. Normalmente os sistemas de grande porte possuem melhor rendimento, sendo empregados conforme a configuração do prédio. É possível realizar uma série de ações para melhorar ou evitar redução no rendimento deste sistema, algumas das quais são apresentadas a seguir. Manutenção periódica dos equipamentos do sistema de ar condicionado, incluindo a limpeza de trocadores de calor, desobstrução das saídas de ar, inspeção e reparo de dutos e troca ou limpeza de filtros; garantir a isolação adequada dos ambientes condicionados, mantendo portas, janelas fechadas e outros meios de passagem do ar fechados, evitando a troca de calor com outras áreas. Esta medida reduz a carga de trabalho do equipamento; conscientização de usuários, ou instalação de sistemas de automação para o controle dos níveis adequados de temperatura para cada ambiente e desligamento do sistema quando este estiver desocupado. Adequação tarifária Um fato constatado nos hospitais auditados através do projeto COGERBA (citado anteriormente) foi a falta de conhecimento da estrutura tarifária empregada no Brasil e a conseqüente inadequação dos contratos de fornecimento de energia elétrica. Tal inadequação resulta em desperdício de recursos financeiros por parte do hospital, já que este geralmente acaba gastando mais com multas, tarifas mais caras ou uma com demanda contratada maior que a necessária, em função do potencial de economia com compra de energia apresentado na tabela 2. Tal fato mostra que o conhecimento da estrutura tarifária brasileira é uma ferramenta importante na identificação de oportunidades de economia na aquisição da energia elétrica. A seguir são apresentadas algumas características da estrutura tarifária. Para fins de contrato e definição da tensão de fornecimento, as unidades consumidoras são classificadas em dois grupos (A e B). Os consumidores do grupo B são aqueles cuja carga total instalada é inferior a 75 kw. Estes têm seu fornecimento de energia em tensão inferior a 2,3 kv e seu faturamento de energia é relativo apenas ao consumo (em kwh) verificado em um determinado período (tarifa monômia). Os consumidores do grupo A são aqueles cujo fornecimento de energia é em tensão superior a 2,3 kv, cujo faturamento é através de tarifa binômia, convencional ou horo-sazonal. O conjunto de tarifas de fornecimento é constituído por preços aplicáveis ao consumo de energia elétrica ativa e à demanda faturável. A estrutura de tarifa horo-sazonal é dividida em dois subgrupos, Azul e Verde. A tarifa Azul é caracterizada pela aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os períodos do ano, bem como de tarifas diferenciadas de demanda de potência de acordo com as horas de utilização do dia. Já a tarifa Verde é caracterizada pela aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os períodos do ano, bem como de uma única tarifa de demanda de potência (conforme definições da Resolução n 456 da ANEEL). Cada um desses modelos tarifários possui particularidades, como a cobrança de uma demanda fixa definida em contrato, mesmo que utilizada por poucos minutos no mês (tarifa Azul); tarifa no horário de ponta muito maior que a tarifa em horário fora de ponta (tarifa Verde); e tarifa única (sem distinção de horário), mas cerca de duas vezes maior que as tarifas dos outros modelos (tarifa binomial convencional). Além dessas particularidades, as tarifas variam conforme a faixa de tensão em que a unidade se enquadra e, no caso de ultrapassar a demanda contratada, é cobrada uma tarifa de ultrapassagem. Baseando-se nestes dados, é possível notar que na reavaliação do contrato de fornecimento de energia, juntamente com o perfil de consumo do hospital, é muito provável que se encontre um potencial de economia elevado. Mas a decisão de alterar o contrato de fornecimento deve ser cautelosa e levar em consideração

5 possíveis mudanças no hospital (reformas, resultados do programa de gerenciamento de energia ou qualquer outra atividade que modifique o seu perfil de consumo), pois há um período de carência mínimo onde não será possível alterar o contrato novamente. Gerenciamento da demanda Além de reduzir o custo de aquisição de energia elétrica, também é possível economizar controlando a demanda nos horários de ponta (período definido pela concessionária e composto por três horas diárias consecutivas, exceção feita aos sábados, domingos e feriados nacionais) ou quando houver a possibilidade do hospital ultrapassar da demanda contratada. Isto pode ser feito evitando que equipamentos de grande consumo operem nesse horário, e utilizando geradores para suprir parte da demanda do hospital. O desligamento de equipamentos da lavanderia, concentrando o trabalho em atividades de dobramento e guarda de roupa; uso de aparelhos de raios-x, tomografia, mamografia e outros equipamentos que demandam potência elevada durante curto tempo, somente em casos de emergência (no horário de ponta); e restrição ao uso de destiladores e autoclaves com gerador de vapor, são alguns exemplos de controle para a redução da demanda no horário de ponta. Mas é importante salientar que tais medidas devem ser tomadas somente após uma avaliação criteriosa dos requisitos de utilização de cada equipamento, e dentro de uma política aceita e assumida por todos os setores do estabelecimento. O emprego de geradores para suprir parte da demanda do hospital no horário de ponta também é uma ação que pode ser economicamente viável. Muitos hospitais possuem geradores de emergência, que são pouco utilizados e que poderiam atuar nos horários de ponta. No entanto, esta decisão deve ser precedida por um estudo criterioso do desgaste, manutenção e depreciação do gerador, seu custo de operação e uma avaliação do risco de falta de energia da rede. Conservação de energia em computadores Atualmente, muitos hospitais empregam uma grande quantidade de micro computadores em suas atividades. Apesar de cada um destes equipamentos sozinho não consumir uma quantidade muito grande de energia, dezenas deles podem representar um consumo significativo. Muitos microcomputadores e monitores atuais atendem aos requisitos do programa Energy Star da Environmental Protection Agency (EPA), sendo dotados de recursos de gerenciamento de energia (Nordman, 1997). A utilização adequada destes recursos representa, para hospitais que possuem grande quantidade de microcomputadores, uma oportunidade, praticamente sem custo, de conservar um volume significativo de energia. Para isto basta um programa de treinamento de usuários e configuração do sistema de gerenciamento de energia dos microcomputadores. Outras fontes de energia e cogeração De acordo com Ostroy (1981), a instalação de aquecedores solares de água e sistemas de cogeração representa uma boa oportunidade para conservação de energia em grandes hospitais. Além destes sistemas, pode-se citar também aquecedores de água a gás e diferentes tipos de caldeiras de vapor que operam com combustíveis mais baratos que a energia elétrica. Os sistemas de cogeração podem ser muito interessantes economicamente, pois possuem alta eficiência energética devido ao fato de gerarem energia elétrica, e a energia térmica que seria perdida no processo é aproveitada para aquecimento de água ou outros trabalhos. Mas, apesar de atrativa, a implantação de um sistema de cogeração exige um investimento e elevado e pode ser inviável para pequenos hospitais. Discussão e Conclusões Um programa de gerenciamento de energia, mesmo empregando soluções simples que exigem poucos recursos financeiros, pode resultar em reduções significativas no consumo de energia elétrica, principalmente em hospitais onde nenhuma atividade de conservação de energia foi realizada. Pode-se notar que a implantação e manutenção de um programa de gerenciamento de energia é uma atividade contínua, com resultados a curto e longo e prazos. Outro ponto importante é que o gerenciamento de energia é uma atividade que pode ser iniciada, mantida e supervisionada pelos grupos de engenharia do próprio hospital, valorizando e destacando o grupo dentro da instituição. Agradecimentos Os autores agradecem à Diretoria do CAISM/UNICAMP e à CAPES pelo patrocínio ao presente trabalho. Referências ELETROBRÁS, PROCEL. Combate ao Desperdício de Energia Elétrica em Hospitais (folheto), Rio de Janeiro, 4p. Alvez Lima, L. M., David, R. S., Como

6 Economizar Energia em Hotéis, Clínicas, Hospitais, Shoppings e Supermercados (apostila). 1996, 19p. Capehart, B.L.; Spiller, M.B. Energy Auditing. In: Energy Management Handbook, Eds: TURNER, W.C. 3.ed. Lilburn: The Fairmont Press, Chap. 3, p Hyman, W. A., Energy Conservation Revisited. Journal of Clinical Engineering, Gaithersburg, v.23, n.1, p , jan./feb.1998 Creder, H., Instalações Elétricas. 13ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, p. BRASIL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Estabelece, de forma atualizada e consolidada, as Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica, Resolução, n.456, de 29 de novembro de Nordman, B., et al, User Guide to Power Management for PCs and Monitors, Berkeley, eports/39466/, p. Ostroy, L., Energy Conservation in Large Hospitals & Medical Centers. Journal of Clinical Engineering, Gaithersburg, v.6, n.2, p , abr./jun.1981.