Gerenciamento de Energia Elétrica no Ambiente Hospitalar

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, 13084-971 Campinas, SP.
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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
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
Aquecimento de Água
Iluminação
Outros
49%
13%
23%
15%
Tabela 2 – Potencial médio de economia de
custos (modificado de Alvez Lima e David, 1996).
Compra de Energia
Iluminação
Aquecimento de Água
Fator de Potência
54%
25%
17%
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
Elétrica
de
Gerenciamento
de
Energia
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
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
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
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.
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.
Conservação de energia em computadores
Agradecimentos
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
Os autores agradecem à Diretoria do
CAISM/UNICAMP e à CAPES pelo patrocínio ao
presente trabalho.
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PROCEL.
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Hospitais” (folheto), Rio de Janeiro, 4p.
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