avaliação energética da policlínica naval nossa senhora da...
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Avaliação Energética da Policlínica Naval Nossa Senhora da Glória
Felipe Iglesias Rosa
Rio de Janeiro
Março de 2014
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Elétrica da Escola Politécnica, da
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários a obtenção de
grau de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Jorge Luiz do Nascimento
II
Avaliação Energética da Policlínica Naval Nossa Senhora da Glória
Felipe Iglesias Rosa
PROJETO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO
ELETRICISTA.
Examinado por:
________________________________
Prof. Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng.
(Orientador)
___________________________________
Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D.
________________________________
Prof .Gustavo da Silva Viana, Eng. Eletric
III
Rosa, Felipe Iglesias
Avaliação Energética da Policlínica Naval Nossa
Senhora da Glória / Rio de Janeiro: UFRJ / Escola
Politécnica / Departamento de Engenharia Elétrica, 2013.
XIII, 67 p.: il.; 29,7cm
Orientador: Jorge Luiz do Nascimento
Projeto de Graduação – URFJ / Escola Politécnica /
Departamento de Engenharia Elétrica, 2013.
Referências Bibliográficas: p. 48-49
Avaliação Energética. 2. Sistemas de Iluminação. 3. Sistemas
de Ar Condicionado.
I. Nascimento, Jorge Luiz. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia
Elétrica. III. Avaliação Energética da Policlínica Naval
Nossa Senhora da Glória
IV
MOTIVAÇÃO
A motivação para a realização do estudo em questão baseia-se na preocupação
com o consumo de recursos energéticos, que, em muitos setores da sociedade, os
gastos são excessivos e muito além dos necessários para um bom funcionamento de
suas atividades.
O consumo exagerado de recursos energéticos tem grande impacto tanto
individualmente quanto coletivamente. Os estabelecimentos que não se mostram
efetivos em seus gastos acabam por sofrerem cobranças financeiras superiores, mas
não só a tarifação é importante, devemos analisar os impactos que a ineficiência de
recursos pode causar ao meio ambiente, devido ao maior esforço que, pela soma, é
imposto ao sistema energético brasileiro.
Por via do estudo, pretende-se demonstrar que é possível uma melhoria
significativa na diminuição dos gastos energéticos, utilizando para isso métodos de
eficientização nos principais sistemas de carga. O estudo de caso da avaliação
energética da Policlínica Naval Nossa Senhora da Glória evidencia as melhorias frente
ao subsetor hospitalar.
V
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica / UFRJ como parte
dos requisitos para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
Avaliação Energética da Policlínica Nossa Senhora da Glória
Felipe Iglesias Rosa
Março/2014
Orientador: Jorge Luiz do Nascimento
Curso: Engenharia Elétrica
O objetivo deste trabalho é uma avaliação do recurso de energia elétrica utilizada em
hospitais, mais especificamente na Policlínica Naval Nossa Senhora da Glória,
mostrando a viabilidade técnica-econômica de atuação especifica em sistemas de
iluminação, ar condicionado e substituição do sistema de aquecimento de água feito
exclusivamente por energia elétrica por um novo sistema utilizando-se energia solar.
No estudo também será analisada a melhor tarifa a ser contratada com a distribuidora
para o menor gasto financeiro local.
Palavras-chave: 1. Avaliação Energética. 2. Sistemas de Iluminação 3. Sistemas de
arcondicionado
VI
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the Degree of Electrical Engineer.
Energy Evaluation of Policlínica Nossa Senhora da Glória
Felipe Iglesias Rosa
March/2013
Advisor: Jorge Luiz do Nascimento
Department: Electrical Engineering
The purpose of this work is an analysis of electric energy resources used at hospitals,
mainly at "Policlínica Naval Nossa Senhora da Glória", showing technical-economic
feasibility of specific performance in lighting systems, air conditioning and the
replacement of water heating system, made exclusively by electric energy through a
new system using solar energy. During this study it will be also studied the best fare to
be chosen with the distributor, in order to reach lower local expenses.
Keywords: 1. Energy Evaluation. 2. Lighting Systems. 3. Air Conditioning Systems
VII
Sumário
Motivação ................................................................................................................................... IV
Resumo ........................................................................................................................................ V
Cápitulo 1 – Introdução ........................................................................................................ 1
1.1 – Local de Estudo ...................................................................................................... 3
1.2 – Estrutura do Trabalho ............................................................................................ 3
1.3 – Objetivo ................................................................................................................. 4
1.4 – Metodologia .......................................................................................................... 4
1.5 – Relevância .............................................................................................................. 5
Capítulo 2 – Principais Cargas ............................................................................................... 6
2.1 – Sistema de Iluminação ........................................................................................... 6
2.1.1– Tipos de Lâmpadas ................................................................................. 6
2.1.2– Características das Lâmpadas ................................................................. 7
2.1.3– Luminárias .............................................................................................. 8
2.1.4– Escolha Adequada do Nível de Iluminância ........................................... 9
2.2 – Sistema de Condicionamento de Ar ...................................................................... 9
2.2.1 Importância dos Sistemas de Ar Condicionado em Hospitais ................. 10
2.2.2 Impacto do Sistema de Ar Condicionado em Hospitais .......................... 10
2.2.3 Tipos de Sistemas de ar condicionado .................................................... 11
2.2.3.1 Sistemas de Expansão Direta ................................................... 11
2.2.3.2- Sistemas de Expansão Indireta ............................................... 12
2.2.3.2.1 Tudo Água ................................................................ 12
2.2.3.2.2 Ar-Água .................................................................... 13
2.2.3.2.3 Tudo Ar .................................................................... 13
2.2.3.2.3.1 Sistemas Multizona .................................. 13
2.2.3.2.3.2 Sistemas VAV ........................................... 13
VIII
2.2.4 Eficiência nos sistemas de ar condicionado ............................... 14
2.2.4.1 Coeficiente de Performance .................................................... 14
2.2.4.2 Energy EfficiencyRate .............................................................. 14
2.2.4.3 Eficiência em kW/TR ................................................................ 14
2.3 – Equipamentos Médico-Hospitalares .................................................................... 15
2.3.1 – Classificação dos Equipamentos ........................................................... 15
2.3.1.1 Equipamentos de Cirurgia ....................................................... 15
2.3.1.2 Equipamento de Terapia ......................................................... 15
2.3.1.3 Equipamento de Diagnóstico .................................................. 16
2.3.1.4 Equipamentos de Apoio .......................................................... 16
2.4 – Sistema de Aquecimento de Água ....................................................................... 17
Capítulo 3– Tarifação .......................................................................................................... 18
3.1 – Introdução ............................................................................................................ 18
3.2 – Conceitos ............................................................................................................. 18
3.3 – Classificação dos Consumidores .......................................................................... 19
3.4 – Modalidades Tarifárias ......................................................................................... 19
3.4.1– Tarifação Convenciona l......................................................................... 20
3.4.2– Tarifação horo-sazonal Verde ............................................................... 21
3.4.3– Tarifação horo-sazonal Azul .................................................................. 22
3.5 – Tarifas para Energia Reativa ................................................................................. 23
Capítulo 4 – Avaliação energética ....................................................................................... 25
4.1 – Introdução ............................................................................................................ 25
4.2 – Levantamento do Sistema de Iluminação ............................................................ 25
4.3 – Levantamento do Sistema de Ar Condicionado ................................................... 28
4.4 – Sistema de Aquecimento de Água ....................................................................... 29
4.4.1 – Introdução ............................................................................................ 29
4.4.2 – Análise do Sistema Atual ...................................................................... 30
IX
4.5 – Equipamentos Medico-Hospitalares .................................................................... 31
Capítulo 5 – Alternativas para solução ................................................................................ 36
5.1 – Alternativa para Iluminação ................................................................................. 36
5.1.1 – Avaliação da Alternativa para Iluminação ......................................................... 39
5.2 – Alternativa para Condicionamento de Ar ............................................................ 39
5.2.1 – Avaliação da Alternativa para Ar Condicionado ................................................ 40
5.3 – Alternativa para Aquecimento de Água ............................................................... 41
5.3.1-Determinação da fração solar ............................................................................. 42
5.3.2 – Avaliação da Alternativa para Aquecimento de Água ....................................... 43
5.3 – Alternativa para Tarifação .................................................................................... 44
Capítulo 6 – Conclusão ........................................................................................................ 47
Capítulo 7 – Referências Bibliográficas ................................................................................ 49
1
Capítulo 1 – Introdução
Esse estudo analisa a capacidade de melhoria de um sistema energético de um
hospital de grande porte, através de medidas de eficiência energética aplicadas
principalmente aos sistemas de iluminação, climatização e aquecimento de água.
Com o desenvolvimento tecnológico crescente, houve um grande acréscimo de
carga elétrica em diversos setores da sociedade, inclusive no de Serviços, no qual são
enquadrados os hospitais pelo Balanço Energético Nacional (BEN,2012). O gráfico
abaixo mostra o crescente consumo de energia elétrica nos setores do ano de 2010
para o ano de 2011.
Figura 1 - Variação do Consumo de Energia Elétrica Entre o Ano de 2010 e 2011 [1]
Apesar do crescimento tecnológico, muitas vezes os recursos não são aplicados
de forma correta, são utilizados equipamentos fora de suas funções específicas e
ocorrem por diversas vezes sistemas superdimensionados, devido à substituição de
equipamentos antigos por equipamentos novos de maior potência sem uma análise
profunda, gerando um gasto além do necessário.
Na grande maioria das vezes os hospitais não têm equipes de manutenção, e os
equipamentos principalmente dos sistemas de iluminação e ar condicionado acabam
sofrendo grande degradação, prejudicando sua capacidade e eficiência.
2
Além dos problemas de manutenção geralmente a instalações elétrica dos
hospitais, principalmente públicos, não são feitas corretamente, sendo colocados
muitos equipamentos num condutor, gerando assim possíveis quedas de tensão
indesejadas que podem acarretar mau funcionamento e diminuição da vida útil dos
equipamentos.
Sendo assim, é necessário um olhar mais crítico sobre esse setor que tem
grande representatividade no parâmetro geral energético, como pode ser visualizado
através da análise da porcentagem de uso da energia elétrica em diferentes setores.
Figura 2 - Utilização Energética de Diversos Setores em Percentual [1]
Os sistemas de iluminação e climatização que serão analisados costumam
corresponder juntos a aproximadamente 67% do consumo de energia elétrica dos
hospitais [2].
3
1.1 – Local de Estudo
O local a ser estudado é uma policlínica de caráter público, de grande porte
segundo Associação Brasileira de Hospitais, pois apresenta número superior a 150
leitos. Como característica do setor hospitalar público, apresenta algumas deficiências
nos setores de iluminação e condicionamento de ar que comprometem a eficiência
dos sistemas e geram gastos excessivos.
Apresenta o sistema de aquecimento de água para pacientes feito
exclusivamente por uso de energia elétrica, acrescentando assim um considerável
gasto energético.
No local de estudo, existe uma grande quantidade de equipamentos médico-
hospitalares que devem ser contabilizados, pois tem uma influência sobre o consumo
energético final da policlínica, sendo juntamente com o sistema de iluminação, ar
condicionado e aquecimento de água, para muitos desses estabelecimentos
hospitalares, as maiores cargas.
1.2 – Estrutura do Trabalho
O trabalho é dividido em sete capítulos. No primeiro capítulo é apresentada a
idéia da realização desse projeto, algumas características do setor energético frente ao
setor de serviço e aspectos gerais da Policlínica Naval Nossa Senhora da Glória.
No segundo capítulo são apresentados os sistemas que representam as maiores
cargas do hospital, sistemas de iluminação, condicionamento de ar, aquecimento de
água e equipamentos médico-hospitalares.
O terceiro capítulo mostra como é realizada a tarifação da energia elétrica,
apresentando diversos tipos de cobranças e para quais tipos de consumidores as
diferentes tarifas se aplicam.
No quarto capítulo são apresentadas as características levantadas da policlínica
referentes às cargas descritas nos capítulos anteriores.
O quinto capítulo engloba as propostas para as modificações do sistema de
iluminação e condicionamento de ar e o novo sistema para aquecimento de água, bem
4
como a proposta para a tarifação e serviços a serem contratados à distribuidora de
energia.
No sexto capítulo conclui-se o trabalho, mostrando quais as vantagens das
propostas apresentadas no capítulo anterior e como essa análise pode ser utilizada
para a realização de projetos futuros que visem a uma melhor utilização dos recursos
energéticos.
Por fim, são listadas as referências bibliográficas conforme as normas da ABNT
e os anexos contendo informações necessárias para a realização e análise desse
projeto.
1.3 – Objetivo do Trabalho
O trabalho em questão tem como objetivo buscar as melhores medidas de
eficientização energética que podem ser utilizadas no subsetor hospitalar, levando em
consideração as principais cargas presentes nesses estabelecimentos.
Objetiva-se atuar sobre os setores de iluminação, ar condicionado e
aquecimento de água para banho para que esses sistemas demandem e consumam
uma menor quantidade de energia elétrica.
Ao final do estudo pretende-se chegar a uma análise energética, que indicará
quais modificações podem ser feitas para uma melhor adequação do local de estudo,
tal com qual melhor tarifação a ser escolhida para o hospital.
1.4 – Metodologia
Primeiramente serão identificados os setores que apresentam maior
representatividade no consumo do setor energético hospitalar, para que assim
possamos investigá-los mais a fundo.
No passo seguinte será feito uma pesquisa sobre ações de eficientização
energética tal como as melhores medidas a serem aplicadas nos setores que
apresentam as maiores parcelas de consumo energético hospitalar.
5
Após a pesquisa, será feito um levantamento do local de estudo, quantificando
o consumo energético das suas principais atividades e aplicando os métodos
pesquisados anteriormente a cada um desses setores.
Após a aplicação dos métodos será feita uma análise dos principais resultados
adquiridos com as medidas de eficientização e serão propostas modificações no setor
energético do hospital em questão para que haja uma maior eficiência de seus
recursos, reduzindo custo com energia elétrica e demandando menos do sistema
energético. Dentro das propostas também será analisada a melhor tarifação a ser
utilizada.
1.5 – Relevância
A Avaliação Energética da Policlínica Nossa Senhora da Gloria tem como intuito
demonstrar que por muitas vezes pode-se melhorar muito a eficiência do setor
energético hospitalar, diminuindo o custo financeiro com energia elétrica e os esforços
requeridos pelo sistema.
6
Capítulo 2 – Principais Cargas
Nesse capítulo serão introduzidas as principais cargas hospitalares, aquelas que
apresentam maiores contribuições para o consumo energético e que serão estudadas
nesse trabalho.
2.1 – Sistema de Iluminação
A iluminação adequada de um ambiente é muito importante, ela deve ser
definida para cada realização de atividades, podendo ser encontrada na norma
NBR5413, não deve ser exagerada para que não haja um esforço visual grande por
parte das pessoas no local.
O sistema de iluminação é de grande importância para o setor de saúde, sendo
responsável por cerca de 23 por cento da carga de um hospital [2], podendo variar de
acordo com o porte e finalidade do hospital. Quanto menos equipado for o
estabelecimento maior será a o percentual de contribuição de carga do sistema de
iluminação.
Para um projeto de iluminação devem ser consideradas algumas opções
preliminares, escolhendo-se entre iluminação incandescente, mista ou fluorescente e
se a iluminação será direta, indireta, semi-direta, semi-concentrante direta. Estas
opções envolvem aspectos da decoração do ambiente e principalmente o
conhecimento da destinação do local e as atividades a serem desenvolvidas no local
[3].
No ambiente hospitalar a iluminação indireta é recorrentemente utilizada nos
quartos de pacientes, pois o acamado tem como visão o teto e a luz direta é fonte de
desconforto, ocasionando ofuscamento. Já a iluminação direta esta presente nos locais
de trabalho, onde se necessita de uma maior quantidade de iluminância para a
realização das tarefas.
7
2.1.1 Tipos de Lâmpadas
São elementos que transformam energia elétrica em energia luminosa e
energia térmica. Existem diversos tipos de lâmpadas, cada um com suas características
distintas, e são utilizadas com diferentes propósitos.
Os principais tipos de lâmpadas utilizadas são:
Lâmpadas incandescentes, nas quais a emissão de luz é produzida por
elemento aquecido até a incandescência, pela passagem de corrente
elétrica [2].
Lâmpadas de descarga, a energia é emitida sob forma de radiação, que
provoca uma excitação de gases ou vapores metálicos, devido à tensão
elétrica entre eletrodos especiais. Estão englobadas nessa categoria as
lâmpadas fluorescentes, luz mista, a vapor de mercúrio, a vapor de
sódio e multivapores metálicos [2].
Lâmpadas tipo LEDs (light emitting diodes - diodos emissores de luz),
que funcionam por luminescência [4].
Lâmpadas de tipos distintos costumam ter diferentes eficiências em lúmens por
watt, observa-se por meio da figura abaixo, que entre os principais tipos de tecnologia
a lâmpada LED é a que atingem melhor eficiência, enquanto a incandescente tem a
menor eficiência entre todas.
Figura 3 - Eficiência de diferentes tipos de lâmpadas [5]
8
2.1.2 Características das Lâmpadas
Algumas das principais características das lâmpadas são:
Temperatura de cor indica a cor aparente da luz emitida. Vem
quantificada em graus Kelvin; ao aumentar a temperatura de cor, a cor
da luz emitida passa de uma tonalidade quente a uma tonalidade mais
fria, isso é, do avermelhado para o azul [6].
Restituição de cores indica a capacidade de uma fonte luminosa restituir
fielmente as cores de um objeto ou de uma superfície iluminada. É
expressa por um índice chamado de “índice de restituição cromática”
(IRC). Este índice vem expresso por um número compreendido entre 0 e
100. A máxima fidelidade de restituição de cores do objeto iluminado é
por definição indicada por 100 [6].
Duração de vida média indica o número de horas após as quais
cinquenta por cento de um lote significativo de lâmpadas acesas deixa
de emitir fluxo luminoso. A duração de vida média varia entre as mil
horas, nas lâmpadas de incandescência ate as cinquenta mil horas, no
caso de lâmpadas de LED [6].
Fluxo luminoso é a radiação total emitida em todas as direções por uma
fonte de luminosa [7]. A unidade de medida do fluxo luminoso é o
lúmen, representado pelo símbolo Ø [8].
2.1.3 Luminárias
As luminárias têm um papel extremamente importante num sistema de
iluminação, comportam as lâmpadas de maneira que devam manter uma boa conexão
mecânica e elétrica entre as lâmpadas e os equipamentos auxiliares. Além de
proporcionar proteção, as luminárias atuam sobre o conforto visual , auxiliando na
orientação do facho luminoso, difundindo a luz, reduzindo a brilhança e o
ofuscamento.
Na escolha da luminária, além dos objetivos de iluminação, devem-se atender
fatores de ordem econômica, durabilidade e facilidade de manutenção [3].
9
Numa primeira análise, pode-se citar como características gerais para a utilização
das luminárias os seguintes aspectos:
Em ambientes muito grandes a reflexão nas paredes pode ser considerada
desprezível.
As luminárias com refletor de alumínio sem aletas representam a melhor
solução para redução de carga instalada, seguida pela luminária com refletor
de alumínio com aletas brancas.
Luminárias com difusor são as que exigem a maior carga instalada
2.1.4 Escolha Adequada do Nível de Iluminância
Cada ambiente tem sua peculiaridade de técnica, alguns ambientes são
utilizados para atividades que demandam muita precisão, necessitando um nível de
iluminância alto, enquanto outros ambientes somente necessitam de iluminação
suficiente para orientação básica das pessoas no local. Sendo assim a NBR-5413
classifica os ambientes e fornece o valor de nível de iluminância que deve ser escolhido
para a realização do projeto em cada circunstância.
No caso de ambientes hospitalares os ambientes gerais devem ter uma
iluminância de cerca de 200 lux, enquanto áreas de trabalho devam ser mais
iluminadas atingindo cerca de 500 lux. Alguns valores de iluminância em ambiente
hospitalar podem ser vistos na tabela 18, em anexo.
O nível de iluminância adequado é alcançado utilizando-se uma boa
composição de lâmpadas, escolhendo seus tipos e potências, juntamente com escolha
de luminárias com bons fatores de utilização.
2.2 – Sistema de Condicionamento de Ar
O sistema de condicionamento de ar é responsável pela climatização,
refrigeração e ventilação dos ambientes.
A climatização trata o ar, ajustando sua temperatura em valores geralmente de
20 °C a 22 °C no inverno e 23 °C a 25 °C no verão. Pode controlar além da temperatura
do ar no recinto, a pureza do ar e sua umidade relativa.
10
A climatização pode ser utilizada como finalidade de conforto ambiental (como
no uso residencial, em escritórios, comercio, etc.) ou Industrial, para controlar
variáveis de processo.
A refrigeração é o processo no qual se utiliza o ar como fluido para controle da
temperatura. O ar é resfriado a temperaturas próximas a 0 °C, podendo chegar a
temperaturas abaixo de -10 °C. Como aplicações típicas, o uso de câmaras ou balcões
frigoríficos.
Na ventilação o ar é introduzido num ambiente para controlar a sua
temperatura, limitando sempre em relação à temperatura do ar exterior, removendo a
energia térmica gerada no seu interior por pessoas, equipamentos, e etc. Neste caso,
não há como controlar a temperatura a um valor fixo. A ventilação é também usada
para remover poluentes e odores [11].
2.2.1 Importância dos Sistemas de Ar Condicionado em Hospitais
Condicionamento de ar em hospitais vai muito além do fato de proporcionar
conforto aos pacientes. A presença de um sistema de climatização deve ser capaz de
garantir a melhora na qualidade do ar e contribuir no tratamento das pessoas. Ao
mesmo tempo em que se mantém uma temperatura favorável, os aparelhos precisam
combater doenças de transmissão aérea, de modo que diminua o risco de infecções no
local.
A qualidade do ar de um hospital está relacionada ao seu sistema de filtragem.
Locais de tratamento a doenças podem facilmente se tornar a fonte de contaminação,
caso não possuam um sistema adequado e bem monitorado.
Por isso, quanto mais bem equipado o local, maiores são as chances de circular
um ar puro, com uma quantidade mínima de bactérias, impedindo que pacientes
debilitados sejam infectados por alguma doença originada durante a estadia no
hospital [12].
11
2.2.2 Impacto do Sistema de Ar Condicionado em Hospitais
O sistema de climatização é um dos maiores consumidores de energia elétrica
em um hospital, sua participação é cerca de 44 por cento, podendo variar de acordo
com o porte do hospital, sendo essa porcentagem característica de hospitais de maior
porte [4].
Em geral, instalações de ate 100 Toneladas de Refrigeração estão presentes em
instalações de pequeno porte e utilizam condicionadores unitários do tipo janela e/ou
condicionadores do tipo “Split”. Instalações de maior porte utilizam sistemas mais
complexos, constituídos de condicionadores tipo “self contained” (auto portante),
redes de dutos para distribuição do ar, torre de resfriamento, bomba de agua de
condensação e respectivas tubulações [4].
Nesse projeto iremos analisar um hospital de grande porte, porém iremos focar
na análise dos ar condicionados do tipo janela e split que pertencem ao
estabelecimento, analisando seu rendimento que geralmente é aquém do desejado. A
eficiência dos sistemas de condicionamento central não será avaliada.
2.2.3 Tipos de Sistemas de ar condicionado
Os sistemas de condicionamento de ar podem ser classificados quanto aos
fluidos utilizados para a remoção da carga térmica e arranjo dos equipamentos.
2.2.3.1 Sistemas de Expansão Direta
Um sistema é dito de Expansão Direta, quando o ar é diretamente resfriado pelo
fluído refrigerante. Geralmente são aplicados em instalações de pequenas e médias
capacidades, onde são usados aparelhos dos seguintes tipos:
Janela: Dotados de compressor, condensador resfriado a ar, dispositivo de
expansão, serpentina de resfriamento e desumidificação, do tipo expansão
direta, filtros e ventiladores para circulação do ar condicionado e para
resfriamento do condensador. Normalmente o aquecimento é feito por meio
de uma bateria de resistências elétricas, embora possam existir aparelhos de
janela que operam como bomba de calor, através da inversão do ciclo
12
frigorífico. Estes equipamentos são compactos e não requerem instalação
especial, são de fácil manutenção, não ocupam espaço interno (útil) e são
relativamente baratos. Suas desvantagens são: sua pequena capacidade, maior
nível de ruído, não são flexíveis, são menos eficientes, promovem a distribuição
de ar a partir de ponto único e provocam alterações na fachada da edificação.
Splits: São equipamentos que, pela capacidade e características, são um pouco
menos recorrentes que os condicionadores de janela. Estes aparelhos são
constituídos em duas unidades divididas (evaporadora e condensadora), que
devem ser interligadas por tubulações de cobre, através das quais circulará o
fluido refrigerante. São compactos e de fácil manutenção, podem promover a
distribuição do ar através de dutos ou não e também podem operar como
bomba de calor (ciclo reverso). No entanto, sua instalação requer
procedimentos de vácuo e carga em campo, não operam com renovação de ar
(exceto alguns equipamentos mais modernos) e possuem custo inicial superior
aos condicionadores de ar de janela.
Self Contained: São condicionadores de ar compactos ou divididos que
encerram em seus gabinetes todos os componentes necessários para efetuar o
tratamento do ar, tais como: filtragem, resfriamento e desumidificação,
umidificação, aquecimento e movimentação do ar. Nestes equipamentos
também se pode conectar uma rede de dutos de distribuição de ar a baixa
velocidade. Podem ser encontrados com capacidades variando entre 5 a 30 TR,
sendo TR equivalente a 12.000 BTU/h. São equipamentos simples, de fácil
instalação, com baixo custo específico (R$/TR), a sua fabricação seriada leva a
aprimoramentos técnicos constantes e resultam em grande versatilidade para
projetos (zoneamentos, variações de demanda), etc. As desvantagens destes
equipamentos é que nao são produzidos para operar como bomba de calor,
possuem capacidade limitada, e o fato dos equipamentos divididos requererem
procedimentos habituais de vácuo e carga de gás em campo [13].
13
2.2.3.2- Sistemas de Expansão Indireta
Um sistema é dito de Expansão Indireta, quando o fluido usado como
refrigerante do ar é a água. Essa, por sua vez, é resfriada num circuito de compressão,
por um “chiller”.
2.2.3.2.1 Tudo Água
É assim dito, quando a água é distribuída para os recintos, onde passa nos
condicionadores de ar. Estes são chamados de “Fancoil”. Os equipamentos são
alimentados por água fria durante a época de verão e por água quente durante o
inverno. A comutação verão/inverno é efetuada a encargo da instalação e pode ser
realizada manual ou automaticamente, desde a central frigorífica.
São aplicados a prédios de salas onde custo de dutos se torna proibitivo,
geralmente estão presente em hotéis, hospitais, escritórios e prédios profissionais
[11].
2.2.3.2.2 Ar-Água
Nestes equipamentos, o ar primário é descarregado através de bocais,
induzindo o escoamento do ar do ambiente através das serpentinas de aquecimento
ou resfriamento [14].
2.2.3.2.3 Tudo Ar
É assim dito, quando o ar é distribuído diretamente para os recintos. Dentre
outros estão os sistemas
2.2.3.2.3.1 Sistemas Multizona
Aplicado a locais com espaços com múltiplas condições de operação e função,
requerendo grandes flexibilidades de temperatura e umidade. Geralmente são locais
como escolas, escritórios, prédios com fachadas múltiplas e diferentes características
de cargas internas [11].
2.2.3.2.3.2 Sistemas VAV
É um sistema aplicado a locais com carga interna variável, que requeiram
controle de temperatura fixo, tais como prédios de escritórios com diferentes fachadas
e horários de funcionamento flexíveis.
Estes sistemas abrigam, via de regra, além de caixas reguladoras de vazão,
chamadas caixas VAV, controles de frequência nos acionadores dos ventiladores.
14
Tem como principal vantagem o controle individual de temperatura, pelo
controle de vazão de ar em caixas VAV, para diferentes recintos. Podemos citar
também como uma de suas vantagens a redução na carga de refrigeração pela
redução nos volumes de ar resfriado [11].
2.2.4 Eficiência nos sistemas de ar condicionado
A análise de eficiência de sistemas de ar condicionado pode ser feita por
diferentes indicadores, que tentam medir o rendimento dos equipamentos.
Alguns dos mais importantes e recorrentes indicadores são:
2.2.4.1 Coeficiente de Performance (COP)
Este índice é importante para avaliar o rendimento de um equipamento de
refrigeração. Relaciona a capacidade de remoção de calor de um equipamento
(Energia útil) à Potência requerida pelo Compressor (Energia Consumida). Quanto
maior o C.O.P, melhor o rendimento do equipamento. A figura 4 mostra um ciclo de
refrigeração no qual estão presentes mudanças de pressão através dos processos de
compressão e expansão, ocorre também mudança de entalpia.
Figura 4 – Diagrama pressão x entalpia (Pxh)
O índice e dado pela expressão abaixo:
15
2.2.4.2 Energy Efficiency Rate (EER)
É um indicador, que visa avaliar a eficiência do sistema, relacionando o Efeito
Frigorífico produzido e o trabalho de compressão (w) dispendido.
Em que:
C- Capacidade de refrigeração do aparelho (Btu/h);
- Demanda média do aparelho (W).
2.2.4.3 Eficiência em kW/TR
Uma forma bastante usual de indicar eficiência de um equipamento é em kW/TR.
Neste caso, estaríamos relacionando o Trabalho de Compressão com o Efeito
Frigorifico.
2.3 – Equipamentos Médico-Hospitalares
Nas ultimas décadas o número de equipamentos médico-hospitalares
dependentes de energia elétrica cresceram em larga escala dentro da maioria dos
hospitais, há diversos equipamentos que demandam considerável potência elétrica e
são fundamentais para manter um bom serviço de atendimento em todas as esferas
do serviço hospitalar.
Esse capítulo destina-se a classificar alguns dos principais equipamentos
presentes em relação a sua utilização e descrever características de consumo
energético, como avaliar o seu impacto frente ao total de consumo de um hospital.
2.3.1 – Classificação dos Equipamentos
Os equipamentos podem ser divididos em quatro grandes grupos, segundo a sua
função hospitalar
16
2.3.1.1 Equipamentos de Cirurgia É todo equipamento, aparelho ou instrumento de uso médico, destinado a fornecer
suporte a procedimentos cirúrgicos [15].
Os principais equipamentos dessa classificação que demandam energia elétrica são:
Aspirador cirúrgico, bisturi eletrônico, craniótomo, drill, eletrocautério
microprocessado, mesa cirúrgica multifuncional ortopédica elétrica.
2.3.1.2 Equipamento de Terapia É todo o equipamento, aparelho ou instrumento de uso médico ou odontológico,
destinados a tratamento de patologias, incluindo a substituição ou modificação da
anatomia ou processo fisiológico do organismo humano [15].
Os principais equipamentos dessa classificação que demandam energia elétrica são:
Berço aquecido, cardioversor básico, desfibrilador cardíaco, incubadora de transporte,
radiômetro para fototerapia, ventilador pulmonar, ventilador pulmonar de transporte.
Podemos destacar nessa lista, o berço aquecido e o ventilador pulmonar por serem
equipamentos que tendem a funcionar por maior tempo.
2.3.1.3 Equipamento de Diagnóstico É todo equipamento, aparelho ou instrumento de uso médico, odontológico ou
laboratorial, destinado a detecção de informações do organismo humano para auxílio
a procedimento clínico [15].
Os principais equipamentos dessa classificação que demandam energia elétrica são:
Tomográfica computadorizada, ressonância magnética, detector ultrassônico de
batimento cardíaco fetal, eletrocardiógrafo com display, eletroencefalógrafo, laser
odontólogico (780nm), monitor multiparamétrico, processadora de filmes radiológicos
– mamografia, conjunto radiológico fixo 500/650ma, videolaringoscopia.
17
2.3.1.4 Equipamentos de Apoio É todo o equipamento, aparelho ou instrumento de uso médico, odontológico ou
laboratorial, destinado a fornecer suporte a procedimentos diagnósticos, terapêuticos
ou cirúrgicos [15].
Os principais equipamentos dessa classificação que demandam energia elétrica são:
Analisador de desfibrilador, balança eletrônica digital, balança eletrônica digital
antropométrica, centrífuga de bancada microprocessada, citocentrífuga
microprocessada, coagulômetro automático, estufa eletrônica microprocessada,
guincho elétrico para transferência de pacientes com balança, micrótomo rotativo
manual, negatoscópio de sobrepor 5+5 corpos.
2.4 – Sistema de Aquecimento de Água
O sistema de aquecimento de água para pacientes em hospitais utilizando
exclusivamente energia elétrica apresenta um consumo bastante elevado e
consequentemente acarreta alto custo.
Os hospitais que apresentam maiores quantidades de leitos são claramente os
que possuem maiores gastos energéticos com esse recurso, haja vista que
possuem maiores quantidades de pacientes, necessitando assim aquecer uma
maior quantidade de água.
O consumo com esse sistema apresenta-se estável durante todo o período do
ano, não sendo influenciado pelas mudanças climáticas, mas sim pela quantidade
de atendimentos hospitalares.
O aquecimento solar de água é uma alternativa econômica e viável de suprir
água quente de banho, substituindo em parte o sistema que utilizam energia
elétrica.
18
Um projeto bem dimensionado pode gerar uma economia de energia superior
a 70%, em relação a sistemas convencionais, podendo se pagar em período inferior
a dois anos.
19
Capítulo 3 - Tarifação
3.1 – Introdução
O entendimento de como é cobrada a utilização da energia elétrica e como são
calculados os valores apresentados nas contas de luz é fundamental para a tomada de
decisão em relação a projetos de eficiência energética.
A conta de luz reflete o modo como a energia elétrica é utilizada, sua análise
adequada permite estabelecer relações importantes entre hábitos e consumo.
Dadas as alternativas de enquadramento tarifário disponíveis para alguns
consumidores, o conhecimento da formação da conta e dos hábitos de consumo
permite a escolha da forma de tarifação mais adequada e que resulta em menor
despesa com a energia elétrica.
3.2 – Conceitos
Demanda: Média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema
elétrico pela parcela da potência instalada em operação na unidade consumidora,
durante um intervalo de tempo [16].
Horário de ponta: Período de 3 (três) horas consecutivas exceto sábados,domingos e
feriados nacionais, definido pela concessionária em função das características de seu
sistema elétrico. Em algumas modalidades tarifárias, nesse horário a demanda e o
consumo de energia elétrica têm preços mais elevados [17].
Período seco e Período úmido: Para efeito de tarifação, o ano é dividido em dois
períodos, um período seco que compreende os meses de maio a novembro (7 meses)
e um período úmido, que compreende os meses de dezembro a abril (5 meses). Em
algumas modalidades tarifárias, no período seco o consumo tem preços mais elevados
[17].
20
3.3 – Classificação dos Consumidores
Os consumidores são classificados pelo nível de tensão em que são atendidos.
Os consumidores atendidos em baixa tensão, em geral em 127 ou 220 volts, como
residências, lojas, agências bancárias, pequenas oficinas, edifícios residenciais e boa
parte dos edifícios comerciais, são classificados no Grupo B. O Grupo B é dividido em
sub-grupos, de acordo com a atividade do consumidor. Os consumidores residenciais,
por exemplo, são classificados como B1, os rurais como B2.
Os consumidores atendidos em alta tensão, acima de 2300 volts, como
indústrias, shopping centers e alguns edifícios comerciais, são classificados no Grupo A.
Esse grupo é subdividido de acordo com a tensão de atendimento, como mostrado na
tabela 1.
Tabela 1 – Divisão de Subgrupos em relação à tensão de fornecimento [23]
Subgrupos
Tensão de Fornecimento
A1 ≥230 kV
A2 88 kV a 138 kV
A3 69 kV
A3a 30 kV a 44 kV
A4 2,3 kV a 25 kV
AS Subterrânea
3.4 – Modalidades Tarifárias
Os consumidores do Grupo B (baixa tensão) tem tarifa monômia, isto é, são
cobrados apenas pela energia que consomem. Os consumidores do Grupo A tem tarifa
binômia, isto é, são cobrados tanto pela demanda quanto pela energia que
consomem.
Esses consumidores podem enquadrar-se em uma de três alternativas
tarifárias:
21
Tarifação convencional
Tarifação horo-sazonal verde
Tarifação horo-sazonal azul
3.4.1 Tarifação Convencional
O enquadramento na tarifa Convencional exige um contrato específico com a
concessionária no qual se pactua um único valor da demanda pretendida pelo
consumidor (Demanda Contratada), independentemente da hora do dia (ponta ou fora
de ponta) ou período do ano (seco ou úmido).
Os consumidores do Grupo A, sub-grupos A3a, A4 ou AS, podem ser
enquadrados na Tarifação Convencional quando a demanda contratada for inferior a
300 kW, desde que não tenham ocorrido, nos 11 meses anteriores, 3 (três) registros
consecutivos ou 6 (seis) registros alternados de demanda superior a 300 kW.
A conta de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de
parcelas referentes ao consumo, demanda e ultrapassagem.
A parcela relativa ao consumo é calculada de acordo com a expressão:
A parcela de demanda é calculada multiplicando-se a Tarifa de Demanda pela
Demanda Contratada ou pela demanda medida (a maior delas), caso esta não
ultrapasse em 10% a Demanda Contratada:
A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida
ultrapassa em mais de 10% a Demanda Contratada. É calculada multiplicando-se a
Tarifa de Ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a Demanda
Contratada:
Na tarifação Convencional, a Tarifa de Ultrapassagem corresponde a três vezes
a Tarifa de Demanda.
22
3.4.2 Tarifação horo-sazonal Verde
Essa modalidade tarifaria exige um contrato específico com a concessionária no
qual se pactua a demanda pretendida pelo consumidor (Demanda Contratada),
independentemente da hora do dia (ponta ou fora de ponta). Embora não seja
explícita, a Resolução 456 permite que sejam contratados dois valores diferentes de
demanda, um para o período seco e outro para o período úmido.
A cobrança de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de
parcelas referentes ao consumo, demanda e ultrapassagem.
No período de maio a novembro as tarifas de consumo na ponta e fora de
ponta são mais caras que no restante do ano, pois é quando ocorre o período seco.
A parcela de demanda é calculada multiplicando-se a Tarifa de Demanda pela
Demanda Contratada ou pela demanda medida, caso esta não ultrapasse em mais de
10% a Demanda Contratada:
A tarifa de demanda é única, independentemente do período do ano.
A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida
ultrapassa em mais de 10% a Demanda Contratada. É calculada multiplicando-se a
Tarifa de Ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a Demanda
Contratada:
3.4.3 Tarifação horo-sazonal Azul
23
O enquadramento dos consumidores do Grupo A na tarifação horo-sazonal azul
é obrigatório para os consumidores dos subgrupos A1, A2 ou A3.
Essa modalidade tarifária exige um contrato específico com a concessionária no
qual se pactua tanto o valor da demanda pretendida pelo consumidor no horário de
ponta, quanto o valor pretendido nas horas fora de ponta. Embora não seja explícita, a
Resolução 456 permite que sejam contratados valores diferentes para o período seco e
para o período úmido.
A conta de energia elétrica desses consumidores e composta da soma das
parcelas referentes ao consumo, demanda e ultrapassagem. Em todas as parcelas
observasse a diferenciação entre horas de ponta e horas fora de ponta.
As tarifas de consumo na ponta e fora de ponta são diferencias por período do
ano, sendo mais cara no período seco.
A parcela de demanda é calculada somando-se o produto da Tarifa de
Demanda na ponta pela Demanda Contratada na ponta (ou pela demanda medida na
ponta, de acordo com as tolerâncias de ultrapassagem) ao produto da Tarifa de
Demanda fora da ponta pela Demanda Contratada fora de ponta (ou pela demanda
medida fora de ponta, de acordo com as tolerâncias de ultrapassagem):
As tarifas de demanda não são diferentes por período do ano.
A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida
ultrapassa a Demanda Contratada acima dos limites de tolerância. Esses limites são de
5% para os sub-grupos A1, A2 E A3 e de 10% para os demais sub-grupos.
É calculada multiplicando-se a Tarifa de Ultrapassagem pelo valor da demanda
medida que supera a Demanda contratada:
24
Em que:
TUP – Tarifa de Ultrapassagem na Ponta
TUFP- Tarifa de Ultrapassagem fora de Ponta
DMP – Demanda Medida na Ponta
DMFP – Demanda Medida fora de Ponta
DCP – Demanda Contratada na Ponta
DCFP – Demanda Contratada fora de Ponta
As tarifas de ultrapassagem são diferentes por horário, sendo mais caras nas horas de
ponta.
3.5 – Tarifas para Energia Reativa
Essa forma de energia não realiza trabalho útil, mas o excesso de potência
reativa compromete a componente ativa, que produz trabalho. Nesse caso, é possível
um melhor aproveitamento do sistema reduzindo a componente da potência reativa,
possibilitando assim um aumento da potência ativa sem a ampliação da capacidade
instalada de geração. A energia reativa tem como unidades de medidas usuais o VAR
ou kVAR.
Até certo limite, as concessionárias não são autorizadas a cobrar por essa forma
de energia e não cobram dos consumidores pertencentes ao Grupo B, mesmo quando
esse limite é excedido, porém a cobrança ocorre para os consumidores do Grupo A.
O limite de potência reativa é indicado de forma indireta, através de um
parâmetro denominado fator de potência, que reflete a relação entre as energias
ativas e reativas consumidas. Quanto maior for o fator de potência maior é a parte da
energia que está sendo utilizada pela componente ativa, que realiza trabalho. De
acordo com a Resolução 456, as instalações elétricas não devem possuir fator de
potência menor que 0,92.
25
Pela energia reativa, os consumidores do Grupo A são cobrados da mesma
forma que pela energia ativa, apenas muda a medição e o nome.
Os consumidores do Grupo A, tarifa Convencional, pagam tanto o consumo de
energia reativa (UFER) quanto à demanda reativa (UFDR):
e:
Em que :
FER – Faturamento de Energia Reativa
FDR – Faturamento de Demanda Reativa
Os consumidores do Grupo A, tarifa Verde, pagam o consumo de energia
reativa (UFER) na ponta e fora de ponta e a demanda reativa (UFDR):
26
Capítulo 4 – Avaliação Energética
4.1 – Introdução
Nesse capítulo será mostrada a situação atual de cada um dos aspectos
energéticos mais importantes para a Policlínica, dentre eles o sistema de
iluminação, condicionamento de ar, aquecimento de água e equipamentos médico-
hospitalares.
Deve-se retratar o mais fielmente possível esses aspectos, a fim de observar
quais características necessitarão de modificações para uma melhor eficiência
energética.
4.2 – Sistema de Iluminação
Para uma boa análise do sistema de iluminação é interessante que se
observe tanto os equipamentos elétricos que compõem o atual sistema, tal como
algumas características físicas do ambiente.
No caso dos hospitais tem-se uma vantagem frente à iluminação,
geralmente apresentam um alto fator de reflexão, que pode ser descrito como a
quantidade de fluxo luminoso incidente em uma superfície e o fluxo refletido por esta
mesma superfície, graças às cores claras que apresentam os tetos, chãos e paredes dos
hospitais.
Um alto valor de fator de reflexão auxilia a atingir um bom fator de utilização
razão entre o fluxo utilizado e o fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas, podendo
assim exigir um menor fluxo luminoso emito pela lâmpada para gerar uma iluminância,
podendo a lâmpada ter uma potência mais baixa.
As luminárias presentes na policlínica são do tipo comercial simples,
comportam duas ou quatro lâmpadas e carecem de manutenção tal como limpeza. A
falta de manutenção influencia diretamente no fator de depreciação ( ) que vem a
ser uma relação entre o fluxo luminoso produzido por uma luminária no fim do
27
período de manutenção (tempo decorrido entre duas limpezas consecutivas de uma
luminária) e o fluxo emitido pela mesma luminária no inicio de seu funcionamento.
Os índices descritos nos parágrafos anteriores influenciam da seguinte forma
no fluxo luminoso:
Em que:
E – Iluminância média requerida (lux);
S – Área a ser iluminada ( );
– Fator de Utilização da luminária;
– Fator de Depreciação;
O sistema de iluminação é composto na sua totalidade por lâmpadas
fluorescentes tubulares comuns, com potência variando de 16, 20, 32 e 40 watts
com o intuito de emanar um fluxo luminoso capaz de gerar a iluminância adequada
para cada ambiente.
Os reatores presentes no sistema de iluminação são do tipo eletromagnético,
apresentando assim uma perda considerável, que deve ser computada. As perdas
existentes nos reatores eletromagnéticos ocorrem devido aos efeitos Joule,
Histerese e Foucalt, são da ordem de 10 à 15% da carga [7] .
A quantidade de lâmpadas que fazem parte do sistema de iluminação é
mostrada na tabela 2.
28
Tabela 2 – Quantidade de lâmpadas por potência
1 º Pavimento
Modelos de
Lâmpadas
16 W 20 W 32 W 40 W
Quantidade de
Lâmpadas
62 100 150 80
2 º Pavimento
Modelos de
Lâmpadas
16 W 20 W 32 W 40 W
Quantidade de
Lâmpadas
58 104 146 82
Total 120 204 296 162
A potência instalada referente ao sistema de iluminação não considerando a
iluminação especifica de cada um dos equipamentos médicos- hospitalares pode
ser calculada através dos dados da tabela 3.
Na qual refere-se a potência instalada das lâmpadas.
Considerando as cargas dos reatores eletromagnéticos como um acréscimo de
15% na potência instalada, podemos chegar ao valor final de potência instalada de
iluminação:
Na qual refere-se a potência instalada final de iluminação, considerando os
reatores.
29
Considerando-se a utilização do sistema de iluminação de 20 horas diárias em
todos os dias do mês, pode-se calcular o consumo mensal de energia advindo
desse sistema.
4.3 – Sistema de Ar Condicionado
O Sistema de ar condicionado atual é constituído pelos seguintes modelos de ar
condicionado: Ar condicionado tipo janela e ar condicionado tipo SPLIT.
Pode-se notar que alguns dos equipamentos não possuem boa eficiência,
sendo avaliados pelo PROCEL com etiquetas B,C e E.
O número de equipamentos, sua classificação, potência em btu/h e consumo
são mostrados na tabela 3.
Tabela 3 – Quantidade de aparelhos por rendimento e potência
Quantidade Tipo BTU/h Classificação
PROCEL
Potencia
nominal
220 V
Consumo de
Energia
(kWh/mês)
3 Split 12.000 A 1069 22,6
5 Janela 12.000 B 1230 25,8
3 Janela 12.000 C 1325 27,8
6 Janela 18.000 A 1815 38,1
6 Janela 18.000 C 2000 42,0
3 Split 18.000 C 1766 37,1
5 Janela 21.000 B 2352 49,9
6 Split 21.000 E 2221 46,6
30
14 Janela 21.000 C 2510 52,7
10 Janela 24.000 A 2180 45,8
17 Janela 24.000 B 2649 55,6
10 Janela 30.000 A 3040 63,8
12 Janela 30.000 C 3530 74,08
A potência instalada de ar condicionado pode ser calculada através da tabela 4,
através da soma das potências de cada um dos equipamentos descritos.
PIA = 241,339 kW
Considerando-se a utilização do sistema de ar condicionado como 20 horas
diárias em todos os dias do mês, pode-se calcular o consumo mensal de energia
advindo desse sistema.
Observou-se que havia alguns aparelhos com obstrução na saída de ar, tal
como cortinas e pequenas mesas, podendo provocar desperdício de até 10% do
consumo pela regulação de temperatura acima do necessário.
4.4 – Sistema de Aquecimento de Água
4.4.1 – Introdução
A fonte de energia solar pode ser usada como alternativa energética para o
aquecimento de água em hospitais, pois esses apresentam elevado consumo de
energia elétrica e conseqüentemente acarretam alto custo.
Segundo a federação brasileira dos hospitais, no Brasil há 7.540 hospitais que
juntos dispõem de 503.255 leitos, nos quais a existência de aquecimento solar é
inferior a 1%, segundo a ABRAVA.
31
O aquecimento de água é uma alternativa econômica e viável de suprir água
quente de banho, substituindo em parte o sistema que utilizam energia elétrica.
Um projeto bem dimensionado pode gerar uma economia de energia superior
a 70%, em relação a sistemas convencionais, podendo se pagar em período inferior
a dois anos.
São praticamente inexistentes os incentivos diretos a utilização de
aquecimento solar em hospitais. As iniciativas mais expressivas são resultado de
programas implementados pelas concessionárias de energia elétrica com recursos
próprios, por meio de programas de eficiência energética.
4.4.2 – Análise do Sistema Atual
O sistema atual de aquecimento de água utilizado na policlínica é
exclusivamente por energia elétrica, sendo esse um dos grandes consumos de
energia do local.
O local apresenta 240 leitos, o que caracteriza como um hospital de grande
porte segundo a ABH (Associação Brasileira de Hospitais).
Considerando-se a Norma Brasileira de Instalação Predial de Água Quente,
temos definido o consumo de litros de água aquecida por dia relativa a cada leito,
125 litros/leito.dia .
Pode-se estimar a quantidade de calor necessária para aquecer a água do
hospital analisado através da expressão:
Em que:
Q – Quantidade de calor por unidade de tempo;
m – Fluxo de massa;
Cp – Calor específico da água;
Δt – Variação de temperatura;
32
Tabela 4 – Dados para o cálculo da energia para aquecer água.
Quantidade de Energia para Aquecer Água
m (litros/dia) 30.000
Cp (calor específico da água em calorias) 1.000
T1 (temperatura ambiente- °C) 20
T2 (temperatura água aquecida- °C) 50
Q (caloria/dia) 900.000.000
Q (MJ/dia) 3762
Através dos dados da tabela 4 pode-se calcular o consumo mensal da policlínica
em energia para aquecimento de água.
Na qual CAQ denota o consumo com aquecimento de água.
4.5 – Equipamentos Médico-hospitalares
A maior demanda e consumo energético hospitalar como dito nos capítulos
anteriores é composta pelos sistemas de iluminação, condicionamento de ar e
aquecimento de água, porém quanto mais bem equipado é o estabelecimento
maior a participação dos equipamentos no consumo e demanda.
Nessa seção serão contabilizados os equipamentos médicos-hospitalares presentes
na policlínica que apresentam a maior participação na demanda e no consumo
hospitalar.
33
Tabela 5 – Dados de equipamentos da UTI-Pediatria.
UTI-Pediatria
Equipamento Quantidade Potência (W) Tempo de
Utilização (h/dia)
Monitores 15 300 24
Respirador 15 400 24
Desfribilador 2 500 1
Bomba Infusora de Seringa 15 135 10
Bomba Infusora Volumetrica 15 270 10
Tabela 6 – Dados de equipamentos da UTI-Neonatal.
UTI-NEONATAL
Equipamento Quantidade Potência (W) Tempo de
Utilização (h/dia)
UCI Neonatal 10 1000 24
Monitores 10 300 24
Respirador (inter) 10 250 24
Fototerapia 10 450 6
Sistema Monitor de óxido
Nítrico
10 110 24
Bomba Infusora de Seringa 10 135 10
Bomba Infusora Volumétrica 10 270 10
34
Tabela 7 –Dados de equipamentos da UTI- Adulta.
UTI-Adulta
Equipamento Quantidade Potência (W) Tempo de
Utilização (h/dia)
Monitor cardíaco 10 300 24
Respirador 10 250 24
Bomba infusora de seringa 10 135 10
Bomba infusora de volumétrica 10 270 10
Tabela 8 – Dados de equipamentos da enfermaria.
Enfermaria
Equipamento Quantidade Potência (W) Tempo de
Utilização (h)
Aparelho de Raio X 1 15000 0
Bomba de Infusão 18 8 10
Incubadora 2 500 24
Berço Aquecido 2 780 24
Aparelho de fototerapia 2 80 6
35
Tabela 9 – Dados de equipamentos da sala de cirurgia.
Cirurgia
Equipamento Quantidade Potência (W) Tempo de
Utilização (h/dia)
Mesa cirúrgica elétrica 1 600 5
Aparelho de anestesia 1 100 5
Bisturi microprocessado 2 400 5
Foco cirúrgico de teto 1 550 5
Foco cirúrgico auxiliar 1 210 5
Microscópio Cirúrgico 1 200 5
Aparelho de Circulação extra-
corpórea
1 2000 5
Aquecedor elétrico para
soluções
1 2100 5
Negatoscópio de 02 corpos 2 180 5
Utilizando os dados das tabelas 7, 8, 9, 10 e 11, pode-se calcular o consumo
diário da clinica multiplicando-se a potencia do aparelho pela duração da sua
utilização. Para encontrar o consumo mensal, considera-se que a policlínica
funciona em condições iguais para os 30 dias mensais.
CE representa o consumo mensal referente aos equipamentos médicos-
hospitalares da policlínica.
36
Capítulo 5 – Alternativas para solução
5.1 – Alternativa para Iluminação
Para um melhor aproveitamento do sistema de iluminação são propostas
algumas modificações nos modelos de lâmpadas utilizadas pela policlínica, tal como a
mudança de suas luminárias que não apresentam bons índices de utilização.
É proposta a mudança das lâmpadas tubulares fluorescentes comuns para
lâmpadas tubulares florescentes LUMILUX , das luminárias simples para luminárias
com refletores em alumínio anodizado de alta refletância e de reatores
eletromagnéticos para reatores eletrônicos.
As tabelas 10 e 11 mostram o comparativo entre as lâmpadas utilizadas
atualmente na Policlínica e as lâmpadas propostas.
Tabela 10– Comparativo de Fluxo Luminoso entre Lâmpadas
Tecnologia Potência (W) Fluxo Luminoso
(Lm)
IRC
Fluorescente
Comum
16 860 80-89
Fluorescente
Comum
20 1060 70-79
Fluorescente
LUMILUX
14 1200 80-89
37
Tabela 11– Comparativo de Fluxo Luminoso entre Lâmpadas
Tecnologia Potência (W) Fluxo
Luminoso (Lm)
IRC
Fluorescente
Comum
32 2350 60-69
Fluorescente
LUMILUX
21 1900 80-89
Fluorescente
Comum
40 2500 70-79
Fluorescente
LUMILUX
28 2600 80-89
É observado que pode-se substituir as lâmpadas utilizadas atualmente de
potência 16 e 20 Watts por lâmpadas tubulares fluorescentes Lumilux de potência 14
Watts, as de potência de 32 Watts podem ser substituídas por lâmpadas tubulares
fluorescentes Lumilux de potência 21 Watts e as de potência de 40 Watts substituídas
por 28 Watts.
É importante notar que não haverá perdas de iluminância, pois apesar de
possuírem uma menor potência as lâmpadas propostas apresentam maior fluxo
luminoso e a mudança de luminárias simples por luminárias com refletores em
alumínio anodizado pode gerar um ganho de 10% de fluxo.
Fica proposta a configuração de lâmpadas da tabela 12 para a policlínica.
38
Tabela 12 – Quantidade proposta de lâmpadas por modelo de lâmpadas
1 º Pavimento
Modelos de
Lâmpadas
14 W 21 W 28W
Quantidade de
Lâmpadas
162 150 80
2º Pavimento
Modelos de
Lâmpadas
14 W 21 W 28 W
Quantidade de
Lâmpadas
162 146 82
Total 324 296 162
A nova potência instalada referente ao sistema de iluminação não
considerando a iluminação especifica de cada um dos equipamentos médicos-
hospitalares pode ser calculada por meio dos dados da tabela 12.
Para ser considerado o acréscimo de carga advindo dos reatores eletrônicos
foram observadas informações de fornecedores na qual é citada a potência total
do conjunto lâmpadas com reatores, a informação pode ser observada na tabela
13.
Tabela 13 – Potência de cada conjunto de lâmpadas e reator.
Conjunto Potência do Conjunto (W)
2x14 30
2x21 46
2x28 62
39
A nova potência instalada de iluminação não considerando a iluminação
específica de cada um dos equipamentos médicos- hospitalares pode ser calculada
através dos dados da tabela 13.
Na qual PI’ é a potência instalada do sistema de iluminação considerando a
carga dos reatores eletrônicos.
Considerando-se a utilização do sistema de iluminação de 20 horas diárias em
todos os dias do mês, podemos calcular o novo consumo mensal de energia
advindo do sistema proposto.
5.1.1 – Avaliação da Alternativa para Iluminação
Fazendo um comparativo com o sistema de iluminação anterior podemos notar
que houve uma significativa redução da demanda e do consumo, sem que prejudicasse
os níveis iluminância local.
Pode-se calcular a redução energética no sistema de iluminação de acordo com
a equação:
40
5.2 – Alternativa para Ar Condicionado
O sistema atual apresenta equipamentos que não possuem uma boa eficiência,
sendo assim uma alternativa é a troca por aparelhos que possuam uma melhor
classificação PROCEL, o que significa um menor gasto energético para a retirada do
calor.
A alternativa encontrada está descrita na tabela abaixo, mostrando as
características e quantidade dos aparelhos.
Tabela 14 – Quantidade proposta de aparelhos por rendimento e potência.
Quantidade Tipo BTU/h Classificação
PROCEL
Potencia
nominal
220 V
Consumo de
Energia
(kWh/mês)
3 Split 12.000 A 1069 22,6
8 Janela 12.000 A 1125 23,6
12 Janela 18.000 A 1815 38,1
3 Split 18.000 A 1620 34,0
19 Janela 21.000 A 2144 45,0
6 Split 21.000 A 1824 38,26
27 Janela 24.000 A 2180 45,8
22 Janela 30.000 A 3040 63,8
A nova potência instalada de ar condicionado pode ser calculada através da
tabela 14, a partir da soma das potências de cada um dos equipamentos descritos.
41
Considerando a utilização do sistema de ar condicionado de 20 horas diárias em
todos os do mês, pode-se calcular o consumo mensal de energia advindo desse
sistema.
5.2.1 – Avaliação da Alternativa para Ar Condicionado
Fazendo um comparativo com o sistema de condicionamento anterior pode-se
notar que houve uma pequena redução da demanda e do consumo, sem que houvesse
alterações na capacidade de suprir a demanda térmica.
Calculando a redução energética no sistema de iluminação de acordo com a
equação:
5.3 – Alternativa para Aquecimento de Água
A alternativa proposta para o sistema de aquecimento de água da policlínica é a
implementação de um sistema solar de aquecimento de água através da instalação
de coletores na cobertura do prédio para que assim seja possível suprir em partes a
energia elétrica necessária para o aquecimento de água.
Para o cálculo da área total de coletores, tal como a sua quantidade foi
utilizado o valor de irradiação solar (Is) média para a maior média anual [20].
Que pode ser escrito em função de calorias da seguinte maneira:
42
Através dos índices de irradiação solar, dos dados do coletor e da quantidade
necessária de energia para aquecimento de água da policlínica pode-se calcular a
área total dos coletores.
Tabela 15 – Dados para o cálculo da área total dos coletores.
Área Total dos Coletores
IS (cal/cm².dia) 411,86
Rendimento do coletor 0,6
Q (cal/dia) 900.000.000
Área do coletor (m²) 1,5
Pode-se então calcular a área total dos coletores através da expressão:
Tabela 16 – Quantidade e área necessárias de coletores .
Área Coletora Necessária (m²) 364,20
Quantidade de Coletores Necessários 243
A partir dos cálculos demonstrados, conclui-se que serão necessários 243
coletores do modelo descrito. É importante observar que a área calculada remete-
se a área dos coletores, devendo ser considerado ainda o espaçamento entre os
módulos.
5.3.1-Determinação da fração solar
A existência de dias de baixa insolação e radiação solar pode interferir no
rendimento do sistema, necessitando assim de apoio para o aquecimento de água.
O cálculo de fração solar refere-se ao dimensionamento do sistema de apoio ao
43
sistema de aquecimento solar, quando esse não é capaz de exclusivamente suprir a
demanda de energia em aquecimento de água.
A fração solar é a relação entre a energia gerada pelo sistema de aquecimento
solar e a energia total necessária para atender a demanda de água aquecida.
Assim, para este cálculo, foi utilizada a metodologia F-chart [21].
F-chart:
Em que :
– Área total de coletores solares, em m².
– Produto do fator de remoção e coeficiente global de perdas térmicas do
coletor solar, expresso em W/m² °C.
– Temperatura de referência, considerada constante e igual a 100 °C.
– Temperatura ambiente média para o mês em questão, em °C.
– Duração do mês, em segundos.
– Demanda total de energia para aquecimento do volume de água (J/mês).
– Produto do fator de remoção, transmissividade e absortividade da
tinta dos coletores.
– Radiação solar diária em media mensal por unidade de área.
Utilizando-se os valores de X e Y obtidos para cada mês, pode-se obter o valor
de fração solar através da equação:
44
Tabela 17 – Fração Solar relativa a cada mês.
Mês HT
(kWh/m².dia)
N (dias mês) Qt (J/mês) Fração Solar
Janeiro 4,9 31 116.733.600.000 0,7295
Fevereiro 5,13 28 105.436.800.000 0,7594
Março 5,16 31 116.733.600.000 0,7632
Abril 4,85 30 112.968.000.000 0,7229
Maio 4,75 31 116.733.600.000 0,7094
Junho 4,22 30 112.968.000.000 0,6343
Julho 4,23 31 116.733.600.000 0,6358
Agosto 4,88 31 116.733.600.000 0,7268
Setembro 4,75 30 112.968.000.000 0,7094
Outubro 4,78 31 116.733.600.000 0,7135
Novembro 4,81 30 112.968.000.000 0,7175
Dezembro 5,11 31 116.733.600.000 0,7568
Media Anual 4,79 114.537.000.000 0,7149
5.3.2 – Avaliação da Alternativa para Aquecimento de Água
Através da análise do método F-chart chegou-se a conclusão que valor médio
anual da participação do sistema de aquecimento de solar de água para banho
45
seria de 71,49%. O restante seria suprido pelo sistema auxiliar, que nesse caso,
seria o sistema de energia elétrica.
O novo consumo com energia elétrica para o aquecimento de água para banho
seria então de 0,2851 de CAQ.
5.4 – Alternativa para Tarifação
A alternativa para a tarifação escolhida foi o enquadramento na tarifa
Convencional, a redução da demanda advinda da modificação dos sistemas de
iluminação, condicionamento de ar e principalmente de condicionamento possibilitou
que a demanda fosse inferior a 300 kW, sendo assim possível um contrato à essa
tarifa.
A conta de energia elétrica será composta por parcelas referentes ao consumo,
demanda e ultrapassagem.
O consumo medido pode ser calculado através da soma das parcelas do
consumo de cada um dos sistemas: iluminação, ar condicionado, aquecimento de água
e do consumo de equipamentos medicos-hospitalares:
A demanda pode ser calculada através da soma das parcelas das demandas de
iluminação, ar condicionado, aquecimento de água e equipamentos medicos-
hospitalares:
A parcela do custo relativa ao consumo é calculada de acordo com a expressão:
46
A parcela do custo relativa a demanda é calculada de acordo com a expressão:
47
Capítulo 6 – Conclusão Para a realização desse trabalho sobre a aplicação de eficiência energética em
hospitais, foram levadas em conta as principais cargas do subsetor: sistema de
iluminação, sistemas de condicionamento de ar, sistema de aquecimento de água e
equipamentos médico-hospitalares.
A proposta do trabalho que visava a redução de demanda e consumo de
energia elétrica do hospital foi alcançada através da redução da potência instalada no
sistema de iluminação, do sistema de ar condicionado e a implementação de um
sistema de aquecimento solar para água de banho.
O objetivo da obtenção da contratação de uma tarifa adequada foi alcançado
por via da redução da demanda, que possibilitou a escolha pela tarifação convencional,
limitada por uma demanda de 300 kW.
Durante o levantamento das cargas hospitalares teve-se dificuldade em
determinar a quantidade dos equipamentos médico-hospitalares condizentes ao
tamanho do hospital, tal como a duração das suas utilizações diárias.
Apesar da dificuldade para o levantamento de algumas cargas, pode-se
observar uma grande redução do consumo nos setores onde houve atuação.
O sistema de iluminação apresentou grande redução percentual de consumo
através da substituição de lâmpadas tubulares fluorescentes comuns por lâmpadas
tubulares florescentes LUMILUX, mostrando que apesar de ser uma medida simples a
substituição pode ser uma medida bastante efetiva.
O sistema de ar condicionado apresentou uma redução percentual significativa
do consumo, porém por ser o setor responsável pelo maior consumo, a redução
apresentou grande impacto na redução total. A troca dos equipamentos de baixo
rendimento por aparelhos de ar condicionado de melhor eficiência se mostrou uma
prática efetiva na redução do consumo e demanda.
48
A atuação frente ao sistema de aquecimento de água para banho através da
utilização de um sistema solar proporcionou uma diminuição enorme de consumo
energético para essa atividade, mostrando a viabilidade da implementação desse
sistema.
Durante a realização do trabalho notou-se que seria interessante um novo
dimensionamento do sistema de iluminação atrelado a substituição do tipo de
lâmpada, pois muitas vezes o local de atuação apresenta níveis de iluminância acima
do necessário para as atividades requeridas. Em relação ao sistema de ar
condicionado, pode-se realizar um projeto baseado na carga térmica de cada ambiente
hospitalar. Houve cargas não avaliadas tal como bombas, caldeiras e motores, sendo
interessante juntamente com os novos dimensionamentos dos sistemas de iluminação
e ar condicionado a analise em trabalhos futuros.
Nota-se através da realização desse trabalho que medidas de eficiência
energética às vezes simples contribuem muito com a diminuição do consumo e
demanda de hospitais, sendo uma prática viável para a redução do custo com
tarifação, tal como uma prática viável para menor solicitação da rede.
49
Capítulo 7 – Referências Bibliográficas [1] BEN – Balanço Energético Nacional – Relatório Síntese do Balanço Energético
Nacional. Disponível em: https://ben.epe.gov.br/
[2] Ecoluz – Eficientização Energética. Disponível em http://www.ecoluz.com.br/
[3] Niskier, Júlio; A. J. Macintyre – Instalações Elétricas, LTC, 2000.
[4] Vargas JR., R. H., 2006 – Análise do Potencial de Conservação de Energia Elétrica em
Hospitais Públicos de Pequeno Porte no Brasil: Sistemas de Iluminação e Ar
Condicionado do Tipo Janela, Rio de Janeiro – RJ, 2006.
[5] Led News. Disponível em http://lednews.com.br/
[6] Universidade Federal de Campinas – UNICAMP. Disponível
em:http://www.iar.unicamp.br/lab
[7] Site da empresa Phillips. Disponível em: http://www.lighting.philips.com.br/
[8] Wikipédia – Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Fluxo_luminoso
[9] Universidade de São Paulo – Arquitetura e Urbanismo. Disponível em:
http://www.usp.br/fau
[10] Universidade Federal Fluminense – Cálculo de Iluminação. Disponível em:
http://www.professores.uff.br
[11] PROCEL – Programa Nacional de Conservação De Energia Elétrica,2002 – Sistemas
de Ar Condicionado e Refrigeração
[12] Portal Web AR Condicionado. Disponível em:
http://www.webarcondicionado.com.br/climatizacao-hospitalar
[13] BARBOSA, Diego – Análise do Potencial de Conservação de Energia Elétrica do
Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro: Sistemas de
Iluminação e Ar Condicionado – RJ, 2008.
50
[14] Eletrobrás / PROCEL Educação, 2007 – Eficiência Energética: Teoria &Prática ,1 ª
Edição, Itajubá, Minas Gerais, Brasil.
[15] ANVISA – Agencia Nacional de Vigilância Sanitária
[16] Ampla – Cálculo de Demanda para Medição de Cliente em Baixa Tensão.
[17] PROCEL – Programa Nacional de Conservação De Energia Elétrica – Manual de
Tarifação da Energia Elétrica, 1 ª Edição.
[18] Manual de Iluminação Eficiente – Eletrobrás; 1ª Edição – Julho 2002.
[19] Site da empresa DAUTEC. Disponível em http://www.dautec.com.br.
[20] CRESB – Centro de Referencia para Energia Solar e Eólica.
[21] Duffie, J.A., Beckman W. A. – Solar Engineering of Thermal Process, 2 ª Edição,
1991;
[22] Portal Light. Disponível em http://www.light.com.br
[23] Manual de Tarifação da Energia Elétrica – Procel – Agosto 2011.
51
Anexo – Sistema de Iluminação
Valores de Iluminância para ambientes Hospitalares
Tabela 18 - Valores de Iluminância
Ambientes Atividade Iluminancia (lux)
Sala dos Medicos Geral 100-150-200
Sala dos Medicos Mesa de Trabalho 300-500-750
Farmácia Geral 150-150-300
Farmácia Mesa de Trabalho 300-500-750
Terapia Física 150-200-300
Terapia Aplicada 150-200-300
Salas de Diagnostico Geral 150-200-300
Salas de Diagnostico Mesa de Diagnostico 300-500-750
Valores de refletância
Tabela 19 - Valores de refletância
Superfície Refletância (%)
Muito Clara 70
Clara 50
Média 30
Escura 10
Preta 0