Sistema de Alimentação Elétrica de Laboratório Médico

[Figura: Planta baixa do arranjo de insuflamento e retorno de ar de laboratório médico. Planta em desenho linear colorido, incluindo lavanderia, sala de lavagem, gabinete de ar limpo, sala reservada, sala de preparo, sala de cultura 3, sala de cultura 2, sala de controle de qualidade, segundo vestiário, área de troca de calçados, corredor da zona geral, sala de distribuição de energia, depósito de consumíveis, sala de teste 1, sala de preparo, sala de separação celular, sala de cultura 1, além de corredor limpo, corredor de resíduos, etc.; o canto inferior esquerdo contém a tabela de legendas de saídas de ar e registros de volume de ar, e o lado direito contém notas.]

Nota: Cada saída de insuflamento HEPA é equipada com um registro de volume de ar com o tamanho de duto correspondente; cada ramal de retorno de ar conta com um registro de volume de ar com o tamanho de duto correspondente.

Fig. 6-34 Arranjo de Insuflamento e Retorno de Ar

[Figura: Planta baixa do arranjo de exaustão de ar de laboratório médico. Planta em desenho linear colorido com composição de salas semelhante à da figura anterior, incluindo lavanderia, sala de lavagem, gabinete de ar limpo, sala reservada, sala de preparo, sala de cultura 3, sala de cultura 2, sala de controle de qualidade, segundo vestiário, área de troca de calçados, sala de máquinas, corredor da zona geral, sala de distribuição de energia, sala de armazenamento, sala de cultura 1, sala de separação celular 2, sala de separação celular 1, sala de preparo, sala de teste 1, sala de teste 2, além de corredor limpo, corredor de resíduos, etc.; o canto inferior esquerdo contém a tabela de legendas.]

Fig. 6-35 Arranjo de Exaustão de Ar

Seção 4 Sistema de Alimentação Elétrica de Laboratório Médico

Um edifício de laboratório conta com diversos tipos de laboratórios, instrumentos e equipamentos. Além de manter o fornecimento de energia para o ambiente específico do laboratório, o sistema de alimentação elétrica também deve atender aos requisitos energéticos especiais dos instrumentos existentes e futuros. Para instrumentos equipados com compressores, como centrífugas, armários refrigerados e congeladores de baixa temperatura, a corrente necessária para a partida do motor costuma ser várias vezes superior à corrente de operação, e o instante da partida frequentemente causa flutuação de tensão na respectiva linha; se diversos instrumentos de alta potência forem conectados à mesma linha, os equipamentos podem apresentar funcionamento anormal. Instrumentos microeletrônicos, como testadores elétricos microbiológicos, analisadores bioquímicos, analisadores de sangue e computadores, possuem requisitos relativamente elevados de qualidade da energia elétrica; a partida frequente de instrumentos de alta potência gera pulsos de tensão, que podem facilmente danificar componentes ou provocar falhas como flutuações de leitura e perda de dados. Portanto, o projeto do sistema de alimentação elétrica de um edifício de laboratório não deve apenas reservar capacidade excedente suficiente para atender às necessidades de desenvolvimento futuro, como também deve disponibilizar alimentação elétrica ininterrupta e estabilizada. Devido à natureza distintiva do laboratório, o sistema de alimentação elétrica de um edifício de laboratório apresenta características únicas em termos de fontes de energia, fiação, iluminação e segurança. O consumo de energia de um edifício de laboratório costuma ser mais que o dobro do consumo de energia existente.

I. Fontes de Alimentação Elétrica do Laboratório

Uma fonte de alimentação laboratorial ininterrupta e regulada é um componente importante para garantir a operação estável dos instrumentos. Para evitar que a tensão instável da rede elétrica ou quedas de energia repentinas afetem o funcionamento normal do laboratório, geralmente são instaladas fontes de alimentação de reserva e reguladores de tensão. As fontes de alimentação UPS são as mais utilizadas em laboratórios e se dividem em duas categorias: uma é o UPS comum, que apenas fornece energia ininterrupta, mas não regula a tensão; a outra é o UPS online, que tanto fornece energia ininterrupta quanto regula a tensão. Diferentes fontes de alimentação UPS podem ser selecionadas de acordo com as condições reais e os requisitos dos instrumentos.

II. Fiação da Alimentação Elétrica do Laboratório

1. Para evitar que instrumentos de alta potência interfiram uns nos outros durante a operação, geralmente é disponibilizado um circuito dedicado para cada instrumento de alta potência; instrumentos microeletrônicos e equipamentos de alta potência não devem compartilhar o mesmo circuito.

2. Instrumentos de precisão que necessitam de energia ininterrupta devem ser equipados com um UPS regulado; laboratórios que demandam energia ininterrupta, como salas de cultura e laboratórios de biossegurança, devem utilizar fontes de alimentação dedicadas de proteção dupla.

3. Cada laboratório deve dispor de energia trifásica e monofásica, com um interruptor principal de controle de energia próximo à porta do laboratório, facilitando a passagem da fiação a partir do corredor, a manutenção e o ligamento/desligamento da energia da sala. Equipamentos que devem permanecer em modo de espera após o término dos experimentos devem ser conectados a um circuito de alimentação dedicado, para que o trabalho não seja afetado quando a energia principal do laboratório for desligada.

4. Considerar plenamente a demanda de energia e o número de tomadas necessárias para todos os instrumentos do laboratório; as bancadas de laboratório devem ser providas de um determinado número de tomadas de energia trifásicas e monofásicas; os circuitos das tomadas devem contar com dispositivos de proteção contra fuga de corrente; as tomadas devem ser localizadas longe de pias.

5. A fonte de alimentação projetada deve considerar plenamente um layout racional e um uso seguro e conveniente; além de atender às necessidades atuais, deve-se levar em conta o desenvolvimento futuro do laboratório, com capacidade de expansão suficiente para atender às demandas do laboratório.

6. Em locais úmidos, locais com gases ou vapores corrosivos e locais com riscos de incêndio ou explosão, devem ser selecionados equipamentos de distribuição de energia com o desempenho de proteção correspondente.

7. Como os laboratórios químicos contêm gases corrosivos, os condutores de distribuição de energia devem utilizar fios de núcleo de cobre. Laboratórios de física podem utilizar condutores de núcleo de alumínio.

8. O sistema de aterramento do laboratório garante a segurança pessoal e a operação normal dos instrumentos. Os tipos comuns de aterramento incluem aterramento de proteção de segurança, aterramento antiestático, aterramento de corrente contínua (CC) e aterramento de proteção contra raios.

9. Quando um edifício (sala) de laboratório científico for alimentado com energia de duas ou mais tensões ou frequências diferentes, recomenda-se disponibilizar dispositivos de proteção de distribuição separados, com distinção ou marcação clara. Caso a alimentação seja feita pelo mesmo dispositivo de proteção de distribuição, deve ser garantido um bom isolamento físico. Linhas de diferentes tensões ou frequências devem ser passadas separadamente e não devem ser instaladas no mesmo eletroduto. Linhas de energia do mesmo equipamento ou da linha de produção laboratorial, bem como circuitos de controle sem requisitos de anti-interferência, podem ser instalados no mesmo eletroduto.

10. Em edifícios de laboratórios científicos altos ou de vários andares com muitos circuitos, recomenda-se que os trechos verticais da fiação sejam instalados em shafts de tubulação. Recomenda-se que a fiação de energia e a de extra baixa tensão (ELV) disponham de shafts de tubulação separados. Quando instaladas no mesmo shaft de tubulação, devem ser dispostas em lados opostos do shaft. Veja as Figuras 6-36, 6-37 e 6-38.

[Figura: Desenho de projeto da distribuição de energia de tomadas de piso de laboratório (planta CAD, incluindo o layout de laboratórios/salas auxiliares, alimentadores de distribuição e circuitos de tomadas, shafts de tubulação e anotações de dimensão/eixo)] Fig. 6-36 Projeto de Distribuição de Energia para Tomadas do Laboratório

[Figura: Projeto de distribuição de energia para tomadas de UPS do laboratório; layout do laboratório de todo o andar, incluindo áreas de laboratório, salas auxiliares, vestiários/banheiros/escadas e elevadores, e linhas vermelhas de distribuição de tomadas de UPS, com dimensões e rótulos de salas.]

Fig. 6-37 Projeto de Distribuição de Energia para Tomadas de UPS do Laboratório

[Figura: Projeto de sistemas de baixa tensão (ELV) do laboratório — incluindo sala de cultura bacteriana, sala de inoculação, preparo de reagentes, preparo de amostras, amplificação gênica, sala de lavagem, área de laboratório de HIV/tampão/área de preparo, banco de sangue, luminescência, imunologia, bioquímica, exames de rotina de fezes e urina, testes clínicos, recepção de amostras, sala de recepção de fluidos corporais, área de coleta de sangue, sala de plantão, área de pré-tratamento, consultório médico, armazenamento de reagentes, sala de armazenamento, sala de limpeza, sala de reuniões, sala do diretor, vestiários masculino/feminino, escadas, elevador de resíduos e a parede cortina curva na parte inferior; pontos de informação/telefone ELV (por exemplo, 2T, T+F, 2T+2F, 4T+F) e eletrocalhas de 200×100 estão marcados na figura.]

Fig. 6-38 Projeto de Sistemas de Baixa Tensão (ELV) do Laboratório

III. Iluminação do Laboratório

1. Quantidade de Equipamentos de Iluminação do Laboratório

A quantidade de equipamentos de iluminação necessários em um laboratório é determinada pelos seguintes fatores: o tipo de trabalho, a cor das bancadas de trabalho, as cores do teto e das paredes da sala de trabalho, a distância entre a iluminação fixa e as superfícies de trabalho, e o tamanho do espaço a ser iluminado.

Após determinar os fatores acima e os padrões de iluminância necessários, pode-se selecionar um determinado número de luminárias que atendam aos padrões de iluminância, conforme mostrado na Tabela 6-8.

Tabela 6-8 Padrões de Iluminância do Laboratório

2. Posições de Instalação dos Equipamentos de Iluminação do Laboratório

Os equipamentos de iluminação devem ser instalados perpendicularmente ou em diagonal em relação às superfícies de trabalho; isso tanto unifica o layout quanto elimina as sombras projetadas por objetos. A iluminação instalada paralelamente às superfícies de trabalho geralmente produz sombras causadas pelos funcionários que trabalham na bancada e pelos armários acima da bancada. Onde não houver armários acima da superfície de trabalho, os equipamentos de iluminação podem ser instalados paralelamente à superfície de trabalho ou diretamente acima do lado de trabalho da superfície.

Superfícies de bancada de trabalho pretas ou foscas não brancas reduzem efetivamente a luz refletida e o ofuscamento, aliviando assim a fadiga ocular.

Existem muitas maneiras de instalar luminárias, incluindo tipos embutidos (ocultos), semiembutidos, suspensos, montados na parede, de mesa e de corredor. Diferentes tipos de instalação produzem diferentes distribuições de luz. A combinação de luminárias fixas com iluminação de destaque, iluminação de foco, iluminação de alta intensidade e iluminação de finalidade especial pode tornar uma sala de trabalho comum confortável, atraente e visualmente agradável.

3. Seleção de Tipos de Equipamentos de Iluminação do Laboratório

Recomenda-se geralmente o uso de lâmpadas fluorescentes para a iluminação de laboratórios: elas têm vida útil longa, grande área luminosa, alta eficácia luminosa e baixa emissão de calor. Em laboratórios de química analítica, ao avaliar visualmente o ponto de viragem de cor dos indicadores de titulação volumétrica, pode ser instalada uma lâmpada fluorescente na posição de operação. Em laboratórios com requisitos rigorosos de interferência eletromagnética, não devem ser utilizadas lâmpadas de descarga de gás. Em laboratórios radioativos, salas estéreis, laboratórios de microrganismos infecciosos e laboratórios que manuseiam substâncias cancerígenas ou tóxicas, devem ser utilizadas luminárias limpas embutidas, a fiação deve ser oculta sempre que possível e os interruptores de luz devem ser instalados no corredor externo. As áreas de laboratório utilizadas para separação de microrganismos e experimentos de biologia molecular devem proteger efetivamente a equipe e os espécimes contra contaminação; as lâmpadas ultravioleta (UV) são o equipamento de desinfecção mais utilizado. As lâmpadas UV fixas montadas em teto liso não devem estar a mais de 2,1 m do piso, e o número de lâmpadas UV deve ser determinado de acordo com o espaço do laboratório. Ao utilizar equipamentos de iluminação UV, deve-se confirmar que as superfícies dos objetos (por exemplo, revestimentos de superfícies de paredes, superfícies de trabalho) suportam o efeito branqueador da luz ultravioleta. O interruptor de controle deve estar localizado do lado de fora da porta e separado dos interruptores de controle da iluminação geral; a entrada do laboratório deve ter um sinal iluminado com texto que indique o status de funcionamento do laboratório; em locais úmidos, locais com gases e vapores corrosivos e locais com risco de incêndio ou explosão, devem ser selecionadas luminárias com desempenho de proteção correspondente; luzes indicadoras de evacuação devem ser instaladas nas saídas de segurança e ao longo das rotas de evacuação para que o pessoal em evacuação possa se retirar rapidamente em caso de emergência; deve haver iluminação nos espaços de serviço de tubulações, alimentada por um circuito derivado separado ou por um quadro de distribuição (painel) dedicado. Ver Figuras 6-39, 6-40, 6-41 e 6-42.

[Figura: Desenho de projeto da distribuição de energia de iluminação do laboratório]

Fig. 6-39 Desenho de Projeto da Distribuição de Energia de Iluminação do Laboratório

[Figura: Diagrama unifilar do sistema de distribuição de energia do laboratório e tabela de circuitos; o lado esquerdo apresenta a alimentação de entrada, a transferência de dupla energia, a medição e a proteção contra raios do quadro de distribuição 2AL2; o lado direito corresponde à tabela de circuitos de saída 1WL1–1WL26]

Fig. 6-40 Diagrama do Sistema de Distribuição de Energia do Laboratório 1

Quadro de distribuição: 2AL2, 56,0 kW

Anotações no diagrama unifilar esquerdo:

• Linha de entrada (reserva): WDZBYJ-4×50+E25 → NSX160N-3P/125A+MX
• Linha de entrada: WDZBYJ-4×50+E25 → NSX160N-3P/125A+MX; C65H-4P/50A
• Interruptor de transferência de dupla energia: WTS-A-160A/4P
• Medição: V, A, Wh; PD800H-H14; BH-0.66 150/5; WEFPT-125ZR; EFP
• Proteção contra surtos: PRD-4P, In = 40 kA
• Nota lateral do disjuntor: com disparo shunt, desliga em caso de incêndio
• Nota abaixo do diagrama: A alimentação de energia dos equipamentos deve ser projetada separadamente na segunda etapa pelo quadro de distribuição e pelas tomadas de energia.

Tabela de circuitos no lado direito:

[Figura: Diagrama unifilar do sistema de distribuição de energia de baixa tensão do laboratório, com legenda “Fig. 6-41 Diagrama do Sistema de Distribuição de Energia do Laboratório 2”]

[Figura: Diagrama unifilar do sistema de distribuição de energia de baixa tensão do laboratório, com legenda “Fig. 6-42 Diagrama do Sistema de Distribuição de Energia do Laboratório 3”]

IV. Fonte de Alimentação UPS do Laboratório

O funcionamento normal dos equipamentos médicos hospitalares deve ser garantido por uma fonte de alimentação estável e confiável; a qualidade da fonte de alimentação afeta diretamente o uso normal dos equipamentos médicos, e os equipamentos médicos de grande porte, de alta gama e de precisão, em particular, têm requisitos mais elevados de qualidade da fonte de alimentação.

A UPS (Sistema de Alimentação Ininterrupta/Fonte de Alimentação Ininterrupta) é uma fonte de alimentação ininterrupta de tensão constante e frequência constante que contém um dispositivo de armazenamento de energia, tendo um inversor como seu componente principal. O princípio simples desta UPS é: após a energia da rede elétrica entrar na UPS, ela é retificada em corrente contínua; um caminho alimenta o carregador para carregar a bateria, e o outro caminho fornece tensão CC para o funcionamento do inversor; o inversor converte a corrente contínua em corrente alternada de 50 Hz limpa, de tensão estabilizada e frequência estabilizada para alimentar a carga. Quando a energia da rede elétrica está anormal ou interrompida, o inversor é alimentado pela bateria e continua a funcionar, pelo que o inversor está sempre a trabalhar e a energia é fornecida ao equipamento sem interrupção. Inicialmente, as UPS eram maioritariamente utilizadas para alimentar sistemas informáticos; hoje em dia, os hospitais também utilizam UPS como fonte de alimentação para equipamentos médicos relativamente importantes. Uma grande quantidade de equipamentos de precisão é utilizada na indústria médica, e a rede elétrica pública está sujeita a diversos problemas durante os picos de consumo de energia, como surtos de tensão, picos de tensão, transitórios de tensão, sobretensão ou subtensão e interrupções de fornecimento de energia. Esses problemas são muito graves e interferem de forma significativa em equipamentos elétricos como sistemas computacionais, equipamentos médicos, equipamentos de comunicação e dispositivos eletrônicos, podendo facilmente causar danos aos equipamentos e perda de dados, além de gerar graves prejuízos econômicos e inconvenientes operacionais aos usuários. O funcionamento normal dos equipamentos de pesquisa médica e biológica deve ser garantido por uma fonte de alimentação estável e confiável, pois a qualidade da alimentação elétrica afeta diretamente o desempenho dos equipamentos médicos; em especial, os equipamentos de pesquisa médica e biológica de grande porte, de alta gama, de precisão e de ponta possuem requisitos mais elevados de qualidade da alimentação elétrica. Portanto, um sistema de energia UPS estável e confiável, como fonte de alimentação de alto desempenho, é especialmente importante para a proteção de equipamentos médicos e biomédicos. Ver Fig. 6-43.

[Figura: Projeto de distribuição de energia em tomadas UPS de laboratório — planta baixa arquitetônica colorida dividida em sala de cultura bacteriana, sala de inoculação, área de preparo de reagentes, área de preparo de amostras, área de amplificação genética, sala de lavagem, área de laboratório de HIV/área tampão/área de preparo, sala da estação de tratamento de água, câmara fria, área de coleta de sangue, sala de recepção de fluidos corporais, área de luminescência, área de imunologia, área de bioquímica, área de testes clínicos, sala de reuniões, sala do diretor, vestiário masculino, vestiário feminino, área de pré-tratamento, consultório médico, sala de plantão, recepção de amostras, depósito de reagentes, sala de armazenamento, sala de limpeza, banheiros masculino/feminino, elevador de resíduos e outras áreas; as linhas de distribuição são representadas em vermelho, as posições dos equipamentos/tomadas UPS estão marcadas em diversos locais e as dimensões são indicadas ao longo de todo o perímetro.]

Fig. 6-43 Projeto de Distribuição de Energia em Tomadas UPS de Laboratório