anÁlise dos benefÍcios da troca das lÂmpadas … · remove-se todo o ar do interior do bulbo de...

ANÁLISE DOS BENEFÍCIOS DA TROCA DAS

LÂMPADAS FLUORESCENTES POR LÂMPADAS

DE LED NAS ESCOLAS PÚBLICAS DE UMA

CIDADE LOCALIZADA CENTRO-OESTE

MINEIRO

Samantha Ferraz Pinto (IFMG)

[email protected]

Evaristo Leocadio Ferreira (IFMG)

[email protected]

Guilherme Bruno Goncalves Rosa (IFMG)

[email protected]

Calebe Giaculi Junior (IFMG)

[email protected]

O presente trabalho tem como objetivo propor a troca das lâmpadas

fluorescentes por lâmpadas de LED em quatro escolas públicas de uma

cidade do centro-oeste mineiro. Para isso foram feita as análises dos

consumos mensal de cada uma através da observação das quantidade de

lâmpadas em cada escola, bem como suas respectivas potências. Além disso,

para as salas de aula, laboratórios e diretorias, foram calculadas a partir da

luminância das novas lâmpadas de LED e da área dessas salas qual a

quantidade recomendada de lâmpadas deveria ter. Foi simulado o valor pago

em energia com as lâmpadas fluorescentes e para quanto cairia esse valor

caso a troca das lâmpadas sejam realizadas. A partir desse trabalho foi

possível concluir que a lâmpada de LED possui um custo-benefício muito bom

e, apresenta redução significativa no valor da conta de luz.

Palavras-chave: Eficiência Energética, Gestão Energética, Lâmpada de LED

XXXVII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO

“A Engenharia de Produção e as novas tecnologias produtivas: indústria 4.0, manufatura aditiva e outras abordagens

avançadas de produção”

Joinville, SC, Brasil, 10 a 13 de outubro de 2017.





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1. Introdução

Com o mundo cada vez mais globalizado, é necessária cada vez mais energia elétrica para

atender a demanda. Com o consumo cada vez maior, torna-se importante administrar bem os

gastos com essa energia, bem como uma maneira de se economizar. A gestão energética tem

como finalidade analisar os gastos diários com energia elétrica através de análises de

potências de lâmpadas e aparelhos elétricos.

O setor elétrico no Brasil, segundo alguns especialistas, pode ser dividido em cinco períodos.

O primeiro se iniciou por volta de 1990, quando a economia do país era caracterizada por

produção de produtos primários e a geração da energia era a partir do carvão vegetal. O

segundo período se iniciou em 1930, com a aceleração do processo de industrialização. Já o

terceiro período se iniciou com o fim da Segunda Guerra Mundial com a presença rigorosa no

setor elétrico do Estado, principalmente através da criação de empresas estatais na área de

geração e distribuição da energia elétrica. O quarto período se iniciou com o aumento da

dívida externa do Brasil, em 1980. Para tentar conter a inflação as tarifas de energia elétrica

foram mantidas baixas para todo o país, o que afetou às empresas do setor, pois a baixa tarifa

não garantia uma remuneração suficiente para o equilíbrio econômico das mesmas. O quinto

período iniciou então com o desenvolvimento das indústrias de geração de energia elétrica do

país. Por volta de 1990, o Ministério de Minas e Energia preparou mudanças operacionais e

institucionais no setor que resultaram no modelo que é regente atualmente no setor. Em 2001

o país passou pela primeira crise de energia elétrica até então, sendo necessário um

racionamento. Diante disso surgiu a preocupação do governo em reduzir os riscos de falta de

energia no país, melhorando então o planejamento e controle de todo o sistema.

2. Referencial Teórico

2.1. Eficiência Energética





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Para o mesmo valor de energia elétrica recebida, quanto menor a energia dissipada pelo

aparelho, maior é sua Eficiência Elétrica, isso significa que maior parte da energia fornecida

foi bem aproveitada e houve pouco desperdício. Sendo assim a Eficiência Energética de um

equipamento é a razão entre a quantidade de energia utilizada por ele para realização de uma

atividade e a energia fornecida para esse equipamento. É de grande importância estimar a

Eficiência Energética dos aparelhos, pois é através dela que se pode observar se a energia está

sendo ou não bem utilizada por esses aparelhos.

O Brasil possui um alto índice nacional de perda e desperdício de eletricidade. O total

desperdiçado, segundo o Procel, chega a 40 milhões de kW, ou a US$ 2,8 bilhões, por ano. Os

consumidores - indústrias, residências e comércio - desperdiçam 22 milhões de kW; as

concessionárias de energia, por sua vez, com perdas técnicas e problemas na distribuição, são

responsáveis pelos 18 milhões de kW restantes.

A Eficiência Energética é um dos meios para se combater o desperdício de energia elétrica.

Ao trocar um aparelho que possui uma baixa eficiência por um com uma alta eficiência, você

reduz o consumo de energia elétrica desse aparelho para a realização de uma determinada

atividade, reduzindo assim os custos dessa atividade, assim como reduzindo os impactos

ambientais causados pela geração dessa energia.

Em 1993 foi criado o selo PROCEL (Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica)

de economia de energia, com o objetivo de criar a fabricação e compra de produtos mais

eficientes. Esse selo possui uma escala que começa na letra A e vai até a letra E, os aparelhos

que recebem conceito A são aqueles que são mais eficientes, sendo assim irão consumir uma

menor quantidade de energia elétrica para desempenhar sua função, aqueles que recebem o

conceito E são os menos econômicos, pois sua eficiência é baixa, consumindo uma

quantidade maior de energia elétrica para realizar sua função.

A Lei de nº 10.295, também conhecida como Lei da Eficiência Energética determina a

existência de níveis mínimos de eficiência energética (ou máximos de consumo especifico de





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energia) de maquinas e aparelhos consumidores de energia (elétrica, derivados de petróleo ou

outros insumos energéticos) fabricados ou comercializados no país, bem como edificações

construídas, com base em indicadores técnicos, pertinentes e de forma compulsória.

2.2. Tipos de Lâmpadas

2.2.1 Lâmpadas Incandescentes

As lâmpadas incandescentes são dispositivos elétricos que transformam a energia elétrica em

energia luminosa e energia térmica, através do efeito Joule. É um tipo de lâmpada simples

constituição, ela é composta por um bulbo de vidro, onde dentro dele se encontram o

filamento e gases inertes. Graças à simplicidade de sua estrutura foi o primeiro dispositivo a

permitir a utilização de energia elétrica para iluminação.

O princípio de funcionamento de uma lâmpada incandescente se dá pela passagem de uma

corrente elétrica suficientemente intensa por seu filamento, as moléculas do filamento vibram,

ele se aquece e em determinado instante, chega a brilhar.

O filamento desse tipo de lâmpada geralmente é feito de tungstênio, a escolha desse elemento

foi devido à sua alta temperatura de fusão (3422ºC). Remove-se todo o ar do interior do bulbo

de vidro, para se evitar que o filamento entre em combustão, e então o espaço vazio é

preenchido com uma mistura de gases inertes que funcionam como isolantes térmicos.

A eficiência energética desse tipo de lâmpada é mínima, apenas o equivalente a 5% da energia

elétrica consumida é transformado em luz, os outros 95% são transformados em calor. Por

causa desse desperdício e o lançamento de novos modelos de lâmpadas com maior eficiência

energética, seu uso vem se tornando cada vez menos frequentes.

2.2.2 Lâmpadas Fluorescentes

Introduzida no mercado consumidor em 1938 por Nikola Tesla, diferente das lâmpadas

incandescentes elas possuem grande eficiência por emitirem mais energia eletromagnética em

forma de luz do que calor.





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As lâmpadas fluorescentes são lâmpadas de descarga em baixa pressão, o tubo de vidro é

preenchido com gases inertes e uma pequena quantidade de mercúrio, sua parede de vidro é

coberta por uma camada de fósforo e nas extremidades do tubo há eletrodos. Quando a

descarga elétrica flui entre as extremidades da lâmpada, o vapor de mercúrio emite radiação

UV, que quando se depara com o fósforo, faz com que este passe a emitir luz visível. Uma

lâmpada fluorescente para funcionar, precisa de dois acessórios extras: Starter e o balastro.

Elas podem ter uso doméstico, industrial e laboratorial, onde sua cobertura de fosforo é usada

para esterilização de materiais através da radiação ultravioleta. Elas geram uma economia de

80% (lâmpada de 15W fluorescente comparada a uma lâmpada incandescente de 60W), elas

também podem ser ate quatro vezes mais eficientes que as lâmpadas incandescentes, e sua

vida útil podem chegar acima de dez mil horas de uso contra mil horas das incandescentes.

2.2.3 Diodos Emissores de Luz (LED)

O LED é um importante componente da eletrônica, sua principal função é a emissão de luz

em equipamentos eletrônicos. Você os encontra na formação dos números em relógios

digitais, transmissão de informações em controle remoto, formação de imagens na tela de

televisões, etc.

Esse tipo de lâmpada é formado por um diodo semicondutor (junção P-N) que quando

energizado emite uma luz visível, que é produzida pelas interações energéticas dos elétrons. O

processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica recebe o nome de

eletroluminescência. Nas junções P-N polarizadas diretamente, ocorrem recombinações de

lacunas e elétrons, essas recombinações exigem que a energia possuída pelos elétrons seja

liberada, o que pode ocorrer na forma de calor ou fótons de luz. A luz emitida é

monocromática sendo a sua cor definida pelo cristal ou impureza de dopagem usada para a

fabricação desses materiais.

No silício e no germânio, que são elementos básicos dos diodos, a maior parte da energia é

liberada em forma de calor, sendo muito pequena a luz emitida. Quando os componentes que





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trabalham com maior capacidade de corrente chegam a precisar de irradiadores de calor

(dissipadores) para ajudar na manutenção da temperatura em um patamar tolerável. Já em

materiais como arsenieto de gálio (GaAs) ou o fosfeto de gálio (GaP), a quantidade de fótons

de luz emitida é suficiente para constituir fontes de luz bastante eficientes. Um dos

componentes mais importantes do LED é um chip semicondutor responsável pela geração da

luz.

Os LEDs são as melhores opções em termo de eficiência e economia, o custo dela é mais alto

que das outras lâmpadas porem a economia de energia e a durabilidade que ela proporciona a

torna uma excelente escolha.

2.3. Cálculo do Consumo

2.3.1 Tipos de Consumidores

Segundo a ANEEL No Brasil, as unidades consumidoras de energia são classificadas em dois

grupos tarifários.

Grupo A: grupo composto por unidades consumidoras com fornecimento de tensão superior a

2,3kV, esse grupo se subdivide em outros seis grupos, são eles:

A1- Tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV,

A2- Tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV,

A3- Tensão de fornecimento de 69 kV,

A3a- Tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV,

A4- Tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV,

AS- Tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV, a partir de sistema subterrâneo de

distribuição.

Grupo B: Grupo composto por unidades consumidoras com fornecimento de tensão inferior a

2,3kV, esse grupo se subdivide em outros quatro grupos, são eles:

B1- Residencial,

B2- Rural,

B3- Demais Classes,





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B4- Iluminação pública.

2.3.2 Horário de Ponta

A resolução normativa informa que “horário de ponta é um período composto por três horas

diárias consecutivas definidas pela distribuidora e aprovado pela ANEEL para toda a área de

concessão, exceto aos finais de semana e feriados nacionais. ” (AGÊNCIA NACIONAL DE

ENERGIA ELÉTRICA, 2010, p12).

A Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG), estabelece o horário de ponta como

sendo das dezoito às vinte e uma horas.

2.4. Iluminância

Iluminância é o “Limite da razão do fluxo luminoso recebido pela superfície em torno de um

ponto considerado, para a área da superfície quando esta tende para o zero” (ABNT ,1992,

p2).

A Associação brasileira de normas técnicas (ABNT) delimita um valor de iluminância

mínima e máxima para cada atividade a ser exercida, para salas de aula o valor determinado

de iluminância deve estar entre duzentos e quinhentos. Para obtermos tal valor deve-se utilizar

a seguinte formula:

Onde temos:

q = quantidade de lâmpadas no recinto;

Lúmens = fator de iluminância de cada lâmpada

m² = área do recinto analisado

lx = número de luminância do recinto

3. Metodologia

Para realização desse trabalho, primeiramente visitou-se as escolas municipais da cidade de

Bambuí-MG, para realizar a coleta dos dados, sendo eles a quantidade de lâmpadas utilizadas





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nas escolas, assim como suas potencias e seu tempo de funcionamento. A partir dos dados

coletados calculou-se o consumo diário e mensal das respectivas escolas. Para calcular o gasto

das escolas com o consumo da energia elétrica para iluminação foi solicitada a prefeitura

municipal a modalidade tarifaria e o valor cobrado pelo consumo de cada 1kWh. Então após

efetuados tais cálculos, modificamos os tipos de lâmpadas e suas quantidades, respeitando a

quantidade de lumens determinada pela norma brasileira, tais dados serão analisados e

discutidos posteriormente.

Para que se tornasse possível tais cálculos e analises o tempo de funcionamento de alguns

setores foram obtidos através de uma média diária. E para o cálculo do consumo mensal,

consideramos o consumo diário igual para todos os dias do mês assim como adotamos o mês

como tendo 20 dias uteis.

Utilizando os mesmos dados coletados na prefeitura e o mesmo período de utilização das

lâmpadas foi calculado para as quatro escolas municipais o consumo de potência diário e

mensal caso adotassem lâmpadas LED.

4. Análise de Dados

Os seguintes resultados foram obtidos utilizando os dados coletados na prefeitura com o

consumo período de tempo coletado nas referentes escolas.

4.1. Escola 1

Imagem 1: Relação de lâmpadas da escola 1 e seu consumo





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Fonte: Autores, 2017

A escola 1 apresenta como consumo de potência diário 103,595 kWh, portanto, temos um

consumo mensal total de 2.061,02 kWh. Desse consumo sua maior parte 51,24% (1.056,00

kWh) vem dos projetores retangulares que se localizam em torno da escola, seu alto consumo

é recorrente de sua alta potência de trabalho e seu grande período de funcionamento, e o

menor consumo mensal é referente aos banheiros que representa 0,35% (7,20 kWh), pois as

lâmpadas utilizadas são de baixa potência e seu baixo período de funcionamento.

Os três locais que possuem maior tempo de uso são respectivamente, a fachada da escola, a

cozinha e a diretoria/laboratórios, isso devido ao fato que durante todo o período da noite a

escola se encontra com sua fachada iluminada pelos projetores retangulares, e tanto a

diretoria, a cozinha e os laboratórios são locais de grande uso, tanto no período matutino

quanto no vespertino. Já os três locais com os menores consumos mensais são

respectivamente cantina/pátio, banheiros e os corredores (tanto superior como o térreo), isso

se dá ao fato que a cantina os corredores e o pátio só precisam de iluminação no início do

período matutino devido a fraca iluminação natural, e o banheiro somente quando for

utilizado.





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Gráfico 1: Consumo (kWh) da escola 1 ao longo do dia


Como esperado os períodos de 6h ás 12h e 13h as 18h possuem alto consumo de potência,

pois são os períodos de aula. O período de 18h as 6h possui o maior consumo pois é nesse

período que os refletores retangulares, que possuem um alto consumo de potência, estão

ligados. Já o período de 12h as 13h apresenta o menor consumo de potência pois é um horário

de baixa utilização de lâmpadas na escola.

4.2 Escola 2






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A escola 2 apresenta como consumo de potência diário 27,312 kWh, sendo assim seu

consumo mensal é igual a 522,08 kWh. Do consumo total a maior parte vem das salas de aula,

201,60 kWh (38,61%), pois além do auto período de funcionamento apresenta também um

grande número de lâmpadas. Já a escadaria representa a menor parte do consumo total 2,16

kWh (0,41%), pois além do seu curto período de utilização também apresenta uma pequena

quantidade de lâmpadas.

A fachada da escola é o local que apresenta o maior período de utilização 12h, apesar disso

seu consumo total apresenta apenas 5,52% do consumo total, isso se dá a sua baixa

quantidade de lâmpadas. Já a cantina e o pátio apresentam o menor período de utilização 1h,

devido ao fato que a ambos só precisam de iluminação no início do período matutino devido a

fraca iluminação natural.






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Como esperado os períodos de aula, de 6h ás 12h e de 13h as 18hs apresentam o maior

consumo, o período matutino apresenta maior valor, pois a iluminação natural não é suficiente

para que corredores e pátios tenham uma iluminação adequada. Já no período de 18h ás 6h

temos o menor consumo devido a quantidade e ao baixo consumo das lâmpadas da fachada da

escola.

4.3 Escola 3







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De acordo com os dados coletados da escola 3 temos que, o seu consumo diário é de 50,391

kWh, sendo assim seu consumo mensal é de 1.007,82 kWh. Nessa escola a maior parte do

consumo vem da área externa que consome 842,00 kWh (83,55%) esse consumo é devido ao

grande número de projetores retangulares que possuem uma alta potência, e o menor consumo

mensal é referente ao refeitório (2,56kWh) que representa 0,25%, pois além do baixo número

de lâmpadas temos um curto período de utilização.

A área externa apresenta o maior período de utilização 13h, além da área externa temos outras

áreas que apresentam grande período de utilização, sendo elas a diretoria, as salas de aula e a

cozinha da escola (11h). Em contrapartida temos a cozinha e os depósitos que apresentam

apenas 1h de utilização por dia.



No período de 0h ás 6h o consumo é mais elevado pois além dos refletores retangulares, as

atividades desta escola começam mais cedo do que as outras. No período de aula temos,

comparando com o período vespertino (13 ás 18h), o período matutino (6h ás 12h) tem maior

consumo, pois, a iluminação natural é insuficiente em alguns setores ocasionando assim um





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maior consumo de energia.

4.4 Escola 4



De acordo com os dados da Escola 4, temos como consumo diário 29,344 kWh,

consequentemente temos um consumo mensal de 586,88 kWh. O maior consumo vem das

salas de aula que representam um total de 450,56 kWh (76,77%) esse valor é devido a grande

quantidade de lâmpadas utilizadas em cada sala de aula. O menor consumo é o da cantina de

1,92 kWh (0,33%), tal valor é devido à baixa quantidade de lâmpadas e pouca utilização

Apesar do maior período de funcionamento ser da entrada da escola, seu consumo contribui

com apenas 5,31% do consumo total, devido à baixa quantidade de lâmpadas e seu baixo

consumo.






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O maior consumo de potência se dá no período matutino (6h ás 12h) devido à baixa

iluminação natural nesse período. O período de 18h ás 6h apresenta menor consumo, pois

apenas as lâmpadas da entrada estão sendo utilizadas.

5. Resultados

Os seguintes resultados foram obtidos utilizando os dados coletados na prefeitura com o

período de tempo coletado nas referentes escolas e o consumo das novas lâmpadas.

5.1. Escola 1

Imagem 5: Relação de lâmpadas novas da escola 1 e seu consumo





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Utilizando lâmpadas LEDs o número de lâmpadas utilizadas para a iluminação das salas de

aulas cairá de 12 para 10 lâmpadas, isso se dá devido ao fato que as lâmpadas LED

apresentam um maior grau de luminosidade. Já nos laboratórios e na diretoria por

apresentarem o mesmo tamanho das demais salas de aula, optamos por padronizar e colocar

também 10 lâmpadas LED.

Para os ambientes externos onde tínhamos anteriormente lâmpadas compactas, optamos por

não interferir na quantidade, apenas trocamos as lâmpadas usadas (fluorescente compacta





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34W), por lâmpadas LED (10W). Já os projetores retangulares (400W), optamos por trocá-los

por projetores retangulares (100W).

Antes das modificações a escola apresentava um gasto com a iluminação da escola no valor

de R$1.124,74 com a modificação temos uma queda nesse valor, passando a ser de R$372,31

o que indica uma redução de 66,9% no valor final referente a iluminação da escola.

5.2. Escola 2








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Utilizando lâmpadas LEDs o número de lâmpadas utilizadas para a iluminação das salas de

aulas cairá de 8 para 6 lâmpadas, isso se dá devido ao fato que as lâmpadas LED apresentam

um maior grau de luminosidade.


não interferir na quantidade, apenas trocamos as lâmpadas usadas (fluorescente compacta 34

W), por lâmpadas LED (10W). Já os projetores retangulares (400W), optamos por trocá-los

por projetores retangulares (100W). Exceto na escadaria onde trocamos 3 lâmpadas

fluorescentes (20W) compactas por duas lâmpadas LED tubular (18W).


de R$284,91, já com a modificação temos uma queda nesse valor, passando a ser de R$142,32

o que indica uma redução de 50,05% no valor final referente a iluminação da escola.

5.3. Escola 3






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Utilizando as lâmpadas de LED, a quantidade de lâmpadas nas salas de aula tiveram que

aumentar, pois a luminância estava abaixo do recomendado.

Para os ambientes externos onde tínhamos anteriormente lâmpadas compactas, optamos

também por não interferir na quantidade, apenas trocamos as lâmpadas usadas (fluorescente

compacta 25W), por lâmpadas LED (10W). Já os projetores retangulares (400W), optamos

por trocá-los por projetores retangulares de LED (100W).






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de R$705,98, e com a modificação houve uma queda nesse valor, passando para R$238,98, o

que indica uma redução de 33,75% no valor final referente a iluminação da escola.

5.4. Escola 4









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Com a troca das lâmpadas, o consumo de energia caiu de R$317,00 para R$ 112,36, obtendo

assim uma economia de 35,44%.

Modificamos a quantidade de lâmpadas das salas de aula de 8 para 6 e no salão de 20 para 15,

graças ao fato de que a lâmpada LED apresentar maior índice de luminância do que as

anteriores.


não interferir na quantidade, apenas trocamos as lâmpadas usadas (fluorescente compacta

34W), por lâmpadas LED (10W).

6. Conclusão

Com a análise desenvolvida nesse trabalho foi possível perceber que a troca das lâmpadas

convencionais por lâmpadas de LED tem redução significativa no valor final da conta de luz.

A escola 1, que apresentou maior redução na sua conta, atualmente paga valor de

aproximadamente R$1124,74, passará a pagar R$372,31, com redução 66,9%. A escola 3 que

apresentou a menor redução, equivalente a 33,75%, deixará de pagar R$705,98 e pagará

R$238,98. Essa escola foi onde foram encontradas maiores irregularidades. A quantidade de

lâmpadas nas salas estava abaixo do valor estipulado pela ABNT e os refletores externos

estavam exagerados.

A lâmpada de LED, embora um pouco mais cara do que as lâmpadas convencionais, tem o

seu preço compensado pela redução significativa que a mesma proporciona. Logo, é cabível

que as escolas realizem as trocas de suas lâmpadas.

Referencial Teórico

AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Resolução normativa Nº 414, de 9 de setembro DE

2010. Brasília: ANEEL, 2010.

ABNT- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 5413: Iluminância de interiores.

Artigo em publicação periódica científica impressa –Apresentação. Rio de Janeiro, 1992.





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BONFIM, W. B; SOUZA, F. N. O; NETO, J. T. L. Proposta de implantação do PEEIFE – Programa de

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