ANÁLISE DO DESEMPENHO DE BANCOS DE CAPACITORES EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/cl10202509251246

Zequias Neves Bezerra¹
Roger Santos Koga²

Resumo

Introdução: Este artigo apresenta uma análise do desempenho de bancos de capacitores em sistemas de distribuição de energia elétrica, enfatizando sua importância na correção do fator de potência, redução de perdas e melhoria da estabilidade de tensão. Os bancos de capacitores são dispositivos fundamentais para fornecer potência reativa localmente, aumentando a eficiência dos sistemas de distribuição e prolongando a vida útil dos equipamentos conectados à rede. A crescente complexidade das redes elétricas, aliada à penetração de fontes distribuídas, exige uma avaliação criteriosa do desempenho desses dispositivos. Objetivo: O estudo visa investigar os efeitos da alocação, dimensionamento e operação de bancos de capacitores sobre variáveis críticas do sistema, como perdas técnicas, estabilidade de tensão e eficiência energética. Metodologia: Realizou-se uma revisão integrativa da literatura nacional, abrangendo publicações de 2016 a 2025, considerando trabalhos acadêmicos, dissertações e artigos científicos que abordam técnicas de otimização, algoritmos híbridos e cenários com geração distribuída. Os dados foram organizados em tabela contendo autor, ano, título, objetivo e resultados principais. Resultados: Os estudos analisados indicam que algoritmos como PSO híbrido e NSGA-II possibilitam alocação ótima de capacitores, promovendo redução de perdas, melhoria no perfil de tensão e mitigação de ressonâncias harmônicas. Além disso, a integração de capacitores com baterias e geração fotovoltaica potencializa os benefícios, enquanto decisões técnico-econômicas adequadas evitam sobrecustos e riscos de sobrecompensação. Conclusão: Os bancos de capacitores são elementos estratégicos para eficiência, confiabilidade e sustentabilidade das redes de distribuição elétrica. Seu desempenho ótimo depende de dimensionamento correto, tipo de operação, integração com outros recursos e abordagem sistêmica, contemplando aspectos técnicos, econômicos e energéticos.

Palavras-chave: Bancos de capacitores; Distribuição de energia elétrica; Fator de potência; Eficiência energética; Algoritmos de otimização.

Abstract

Introduction: This article presents an analysis of the performance of capacitor banks in electric power distribution systems, highlighting their importance in power factor correction, loss reduction, and voltage stability improvement. Capacitor banks are fundamental devices that provide reactive power locally, increasing the efficiency of distribution systems and extending the lifespan of connected equipment.

The growing complexity of electrical grids, combined with the penetration of distributed generation, requires a careful evaluation of the performance of these devices. Objective: The study aims to investigate the effects of allocation, sizing, and operation of capacitor banks on critical system variables such as technical losses, voltage stability, and energy efficiency. Methodology: An integrative literature review was conducted, covering national publications from 2016 to 2025, including academic works, dissertations, and scientific articles addressing optimization techniques, hybrid algorithms, and scenarios with distributed generation. Data were organized in a table containing author, year, title, objective, and main results. Results: The analyzed studies indicate that algorithms such as hybrid PSO and NSGA-II enable optimal capacitor allocation, promoting loss reduction, improved voltage profiles, and harmonic resonance mitigation. Furthermore, the integration of capacitors with batteries and photovoltaic generation enhances benefits, while appropriate technical-economic decisions prevent overcosts and overcompensation risks. Conclusion: Capacitor banks are strategic elements for efficiency, reliability, and sustainability in distribution networks. Their optimal performance depends on correct sizing, type of operation, integration with other resources, and a systemic approach considering technical, economic, and energy aspects.

Keywords: Capacitor banks; Power distribution; Power factor; Energy efficiency; Optimization algorithms.

INTRODUÇÃO

Os segmentos de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica fazem parte do sistema elétrico de potência (SEP). As empresas que prestam serviços nesses seguimentos têm a missão essencial de garantir o fornecimento de energia aos consumidores finais. A interrupção do serviço sendo ela programada ou não, pode ter graves consequências econômicas, no entanto, as empresas desenvolvem o seu trabalho de manutenção dentro de limitações tecnológicas e financeiras, logo tentam manter um equilíbrio econômico. Buscando, portanto, assegurar a máxima disponibilidade do fornecimento de energia minimizando os custos associados (Almeida, 2021).

Apesar da importância dos bancos de capacitores para a estabilidade e eficiência dos sistemas elétricos, esses componentes enfrentam desafios críticos, como o desbalanceamento de corrente. Esse problema, frequentemente causado por fatores operacionais e estruturais, pode levar a sobrecargas, perdas de eficiência e comprometimento da confiabilidade do sistema. No contexto dos sistemas HVDC, onde o equilíbrio é fundamental para o desempenho do sistema, o desbalanceamento em bancos de capacitores exige soluções práticas e tecnológicas para mitigar seus efeitos adversos e garantir a operação segura e eficiente (Galvão, 2024).

Em um cenário de crescente demanda por energia elétrica e pressão por sustentabilidade, a redução das perdas técnicas na rede elétrica emerge como uma estratégia eficaz para otimizar a operação e aumentar a confiabilidade do sistema. É crucial adotar uma abordagem integrada, considerando a demanda e a eficiência energética como objetivos complementares, que devem avançar simultaneamente (Gusmão, 2024).

Segundo a NBR 5462 (ABNT, 1994), a manutenção preditiva pode ser definida como um tipo de manutenção que garante a qualidade de serviço desejada, com base na aplicação sistemática de técnicas de medições e análises. Para tanto, utiliza-se de meios de supervisão ou de amostragem para reduzir ao mínimo a manutenção corretiva. Manutenção preditiva é o conceito moderno de manutenção não-invasiva em que se acompanha o comportamento de determinados elementos do equipamento ou identifica-se um componente com desempenho diferente do esperado e, uma vez constatada a anomalia, realiza-se a intervenção.

Os parâmetros ou variáveis que podem ser monitorados em um esquema de manutenção preditiva são, por exemplo: a temperatura, níveis de lubrificação, ruídos, pressão, ensaios não destrutivos e vibrações. A manutenção preditiva será tanto mais eficiente quanto mais rapidamente for detectada a variação dos parâmetros (Britto, 2006).

Nesse sentido, o objetivo desse estudo foi analisar o desempenho de bancos de capacitores em sistemas de distribuição de energia elétrica, destacando seus impactos na correção do fator de potência, na redução de perdas técnicas e na melhoria da qualidade da energia.

Correção do fator de potência e eficiência energética em sistemas elétricos

A correção do fator de potência é uma das práticas mais relevantes na busca pela eficiência energética em sistemas elétricos de potência, sobretudo em ambientes industriais e de grande consumo. O fator de potência (FP) representa a razão entre a potência ativa e a potência aparente, refletindo a eficiência com que a energia elétrica é utilizada em determinada instalação. Quanto mais próximo de 1, melhor a utilização da energia, significando que a maior parte da potência fornecida pela concessionária está sendo efetivamente convertida em trabalho útil. Valores reduzidos de fator de potência indicam a presença significativa de potência reativa, que, embora necessária para o funcionamento de equipamentos indutivos, como motores e transformadores, não realiza trabalho útil e aumenta as perdas no sistema (Jatti, 2021).

A baixa qualidade do fator de potência pode resultar em diversos problemas técnicos e econômicos. Do ponto de vista técnico, gera aumento da corrente circulante nos condutores, aquecimento excessivo em cabos e equipamentos, além de sobrecarga nos transformadores e linhas de transmissão. Já do ponto de vista econômico, consumidores que apresentam fator de potência abaixo do limite regulamentado pelas agências de energia, como a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) no Brasil, estão sujeitos a penalidades tarifárias, o que eleva significativamente os custos operacionais (Padilha, 2025). Nesse cenário, a correção do fator de potência, geralmente realizada pela instalação de bancos de capacitores, torna-se essencial tanto para a eficiência do sistema quanto para a sustentabilidade econômica das empresas.

Os bancos de capacitores atuam fornecendo potência reativa capacitiva que compensa a potência reativa indutiva dos equipamentos, melhorando o fator de potência global da instalação. Essa prática contribui diretamente para a redução das perdas por efeito Joule, visto que a corrente elétrica total é reduzida quando o fator de potência é corrigido. Como consequência, observa-se menor aquecimento de cabos, maior vida útil de equipamentos e maior disponibilidade de carga em transformadores, o que pode postergar investimentos em expansão da infraestrutura elétrica (Machado, 2023). Dessa forma, a correção do fator de potência não deve ser encarada apenas como medida corretiva, mas como estratégia de gestão energética eficiente.

Outro aspecto relevante é que a correção do fator de potência está diretamente associada à melhoria da qualidade da energia elétrica. Instalações com elevado conteúdo de potência reativa provocam quedas de tensão significativas em determinados pontos da rede, prejudicando a estabilidade e o desempenho de equipamentos sensíveis. Ao implementar bancos de capacitores adequados, é possível estabilizar os níveis de tensão, assegurando maior confiabilidade do fornecimento e reduzindo a incidência de falhas em processos produtivos (Galvão, 2024). Além disso, quando associados a sistemas de automação, os bancos de capacitores podem ser ajustados dinamicamente, acompanhando as variações de carga e evitando tanto a sobrecompensação quanto a subcompensação.

Do ponto de vista da eficiência energética, a correção do fator de potência se alinha às políticas de uso racional da energia, promovendo benefícios coletivos ao sistema elétrico. Com a redução de perdas, há diminuição da necessidade de geração adicional de energia, o que contribui para a sustentabilidade ambiental. Estudos recentes demonstram que a implantação de bancos de capacitores em larga escala pode reduzir significativamente a demanda por geração e adiar investimentos em usinas e linhas de transmissão, evidenciando seu papel estratégico no planejamento energético (Gobi,2024). Assim, o uso consciente dessa tecnologia transcende a esfera empresarial e se conecta com objetivos globais de eficiência e preservação de recursos naturais.

Portanto, a correção do fator de potência se configura como uma medida indispensável para o aumento da eficiência energética em sistemas elétricos. Mais do que uma exigência regulatória, representa uma ferramenta estratégica que reduz custos, melhora a qualidade do fornecimento e fortalece a sustentabilidade das operações (Baran, 2024). Nesse sentido, a integração de bancos de capacitores em instalações industriais e comerciais deve ser compreendida como parte de uma política de gestão energética mais ampla, capaz de gerar benefícios técnicos, econômicos e ambientais.

Bancos de capacitores em sistemas de distribuição: classificação, operação e desempenho

Os bancos de capacitores são dispositivos fundamentais para a melhoria do desempenho de sistemas de distribuição de energia elétrica, especialmente no que se refere à correção do fator de potência e à redução de perdas técnicas. Eles consistem em associações de capacitores que podem ser instalados em diferentes pontos do sistema elétrico com o objetivo de fornecer potência reativa capacitiva, compensando a demanda indutiva característica de cargas como motores elétricos, transformadores e equipamentos de iluminação. Além disso, contribuem para a regulação da tensão, aumento da eficiência e prolongamento da vida útil dos equipamentos conectados à rede (Nakanami, 2022).

A classificação dos bancos de capacitores pode ser feita segundo diferentes critérios, como modo de instalação e forma de operação. Quanto à instalação, podem ser fixos ou automáticos. Os bancos fixos são compostos por capacitores conectados permanentemente ao sistema, sendo mais indicados para cargas que apresentam comportamento relativamente constante. Já os bancos automáticos possuem controladores que permitem a inserção ou retirada de etapas capacitivas conforme a variação da carga, evitando problemas de sobrecompensação em momentos de baixa demanda (Garcia, 2024). Outro critério de classificação é a forma de conexão, que pode ocorrer em derivação (shunt) ou em série. Os bancos em derivação são os mais comuns, sendo utilizados para compensar potência reativa diretamente nos barramentos de distribuição. Já os bancos em série são aplicados, em especial, em linhas de transmissão, para compensar quedas de tensão e melhorar a estabilidade do sistema.

No que se refere à operação, os bancos de capacitores podem ser manuais, automáticos ou programáveis. Os manuais demandam intervenção humana para sua conexão ou desconexão, o que limita sua eficiência em sistemas dinâmicos. Os automáticos, por sua vez, utilizam controladores de fator de potência, que monitoram constantemente a rede e acionam os estágios capacitivos conforme necessário. Já os programáveis são aqueles integrados a sistemas de automação mais complexos, permitindo ajustes personalizados e até mesmo integração com redes inteligentes (smart grids) (Medeiros, 2025). A evolução tecnológica nesse setor possibilita maior flexibilidade operacional, menor intervenção manual e maior confiabilidade no desempenho da rede elétrica.

O desempenho dos bancos de capacitores em sistemas de distribuição é avaliado principalmente pelo impacto que exercem na qualidade da energia e na redução de perdas técnicas. Ao fornecer potência reativa localmente, esses dispositivos reduzem a circulação de correntes elevadas pelas linhas, minimizando as perdas por efeito Joule e liberando capacidade para o transporte de potência ativa. Isso significa que o sistema pode atender a uma demanda maior de consumidores sem a necessidade imediata de expansão da infraestrutura de distribuição (Melo, 2021). Além disso, a presença de bancos bem dimensionados garante maior estabilidade de tensão nos barramentos, evitando flutuações prejudiciais ao funcionamento de equipamentos sensíveis.

No entanto, o uso inadequado ou o mau dimensionamento de bancos de capacitores pode gerar problemas. A sobrecompensação pode levar a sobretensões, enquanto a ressonância entre capacitores e indutâncias do sistema pode ocasionar distorções harmônicas e falhas operacionais. Por isso, a instalação deve ser precedida de estudos técnicos detalhados, considerando perfil de carga, harmônicos existentes e condições operacionais da rede. Para mitigar tais riscos, recomenda-se o uso de bancos de capacitores automáticos com filtros de harmônicos, que asseguram melhor desempenho e maior proteção ao sistema elétrico (Carvalho, 2023).

Com os avanços recentes, os bancos de capacitores têm sido incorporados a estratégias de modernização das redes elétricas, especialmente no contexto das redes inteligentes. Nessas aplicações, eles não apenas corrigem o fator de potência, mas também contribuem para a gestão da demanda, estabilização de microgrids e integração de fontes de energia renovável. Esse novo papel amplia sua importância estratégica, consolidando-os como elementos indispensáveis na busca por eficiência, confiabilidade e sustentabilidade em sistemas de distribuição modernos (Sousa, 2023).

Dessa forma, pode-se afirmar que os bancos de capacitores, quando corretamente dimensionados e operados, desempenham um papel crucial na melhoria do desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica. Sua classificação variada permite aplicações adaptadas a diferentes necessidades, sua operação avançada garante flexibilidade e eficiência, e seu desempenho influencia diretamente a qualidade da energia, os custos operacionais e a sustentabilidade do sistema como um todo (Mendonça, 2023).

METODOLOGIA

a) Abordagem do Estudo

O presente trabalho trata-se de uma Revisão Integrativa da Literatura (RIL), com abordagem qualitativa, cujo propósito é reunir, analisar e sintetizar evidências científicas e técnicas acerca da classificação, operação e desempenho de bancos de capacitores em sistemas de distribuição, possibilitando uma compreensão ampla e sistematizada da temática.

b) Tipo de Pesquisa

A revisão integrativa foi conduzida conforme as seis etapas metodológicas descritas por Mendes (2017, p. 1044), sendo elas: elaboração da questão norteadora; definição dos critérios de inclusão e exclusão; categorização dos estudos selecionados; avaliação dos estudos incluídos; interpretação dos resultados; e apresentação da síntese do conhecimento.

c) Definição da Questão Norteadora e Objetivo da Pesquisa

Na primeira etapa, definiu-se a seguinte questão norteadora: De que maneira os bancos de capacitores contribuem para a eficiência, estabilidade e qualidade da energia em sistemas de distribuição?
Nesse sentido, estabeleceu-se como objetivo identificar, na literatura técnica e científica, as diferentes classificações de bancos de capacitores, os princípios de sua operação e os impactos no desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica. Para orientar a busca, foram definidos descritores e palavras-chave (bancos de capacitores, sistemas de distribuição, qualidade da energia, eficiência energética), utilizados em diferentes bases de dados.

d) Critérios de Inclusão e Exclusão

Os critérios de inclusão definidos foram: artigos originais completos, disponíveis online; publicações que abordem a temática do estudo; estudos publicados entre 2016 e 2025; artigos em português, inglês ou espanhol.

Foram excluídos: editoriais, cartas, artigos de opinião, comentários e ensaios; resumos de anais, revisões de literatura, relatos de experiência; documentos oficiais, relatórios técnicos, dossiês e livros; publicações duplicadas; estudos fora do escopo temático.

e) Geração de Dados e Estratégia de Busca

A busca foi realizada em bases de dados disponíveis no Periódico CAPES, com destaque para SCOPUS e SCIELO, entre 2016 e 10 de setembro de 2025. A estratégia de busca utilizou descritores e palavras-chave combinados por operadores booleanos (AND, OR), nos idiomas português, inglês e espanhol. Após a busca inicial, foi feita a leitura dos títulos e resumos, seguida da leitura integral dos artigos selecionados

f) Modelo de Análise dos Dados

Na quarta e quinta etapas, os artigos selecionados foram analisados integralmente, sendo extraídas informações sobre: ano de publicação; autores; periódico; país de origem; palavras-chave; tipo de estudo; referencial teórico; método de análise; resultados e conclusões. Esses dados foram sistematizados em planilhas para análise interpretativa e categorização.

g) Síntese dos Resultados

Na etapa final, realizou-se a síntese narrativa dos achados, integrando criticamente as evidências e destacando contribuições dos bancos de capacitores para o desempenho dos sistemas de distribuição, com foco na eficiência energética, estabilidade e melhoria da qualidade da energia elétrica.

RESULTADO E DISCUSSÃO

Os trabalhos analisados evidenciam a contribuição dos bancos de capacitores na redução de perdas, melhoria do perfil de tensão e aumento da eficiência energética. Além disso, ressaltam a necessidade de análises técnico-econômicas e da integração com outros recursos, como baterias, para assegurar soluções mais robustas e sustentáveis.

TABELA 1- SÍNTESE DOS RESULTADOS DE PESQUISAS SOBRE BANCOS DE CAPACITORES EM DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

2018	Maria Júlia Gofferjé	Estudo da correção do fator de potência	Avaliar alternativas de compensação reativa (bancos de capacitores, compensação por usinas) e seus efeitos sobre tensões e economia do sistema.	Bancos de capacitores reduziram perdas e melhoraram tensões; porém com comutações frequentes aumentam custo de manutenção — equilíbrio técnico-econômico necessário.
2019	Júlio C. Plens	Alocação ótima de banco de capacitores e baterias (rede com PV)	Propor metodologia para alocar capacitores e baterias considerando geração fotovoltaica e variações horárias.	Alocação conjunta (capacitores + baterias) reduziu perdas e melhorou perfil de tensão em cenários com GD fotovoltaica; recomenda coordenação entre recursos.
2019	J. D. Anzanello Júnior)	Alocação ótima considerando cronologia da operação e incertezas	Incorporar cronologia de operação e incertezas no problema de alocação ótima de capacitores.	Modelagem temporal melhora a robustez das soluções; redução de perdas e soluções mais estáveis frente a cenários variáveis.
2020	Diego J. d	Novo algoritmo híbrido para alocação ótima de bancos de capacitores	Propor algoritmo híbrido (por ex., PSO + busca local) para reduzir perdas e tempo de processamento.	Algoritmo híbrido alcançou boas soluções com menor custo computacional; aplicável a estudos de engenharia práticos.
2024	IFES — autor(es)	Impacto de bancos de capacitores na eficiência energética	Avaliar cenários de alocação/dimensionamento e quantificar impactos em perdas e eficiência energética em rede estudada.	Implementação mostrou redução significativa das perdas nos cenários testados e ganhos de eficiência energética; recomenda avaliação técnico-econômica antes da implantação.

Fonte: (Autor, 2025).

A literatura nacional demonstra que a análise do desempenho de bancos de capacitores em sistemas de distribuição de energia elétrica concentra-se, sobretudo, nos efeitos da alocação e do dimensionamento desses equipamentos sobre variáveis críticas, como perdas técnicas, fator de potência e estabilidade de tensão. Os trabalhos de Polizel e Asada (2017) e de Lima (2017) evidenciam que técnicas baseadas em algoritmos de otimização, como PSO híbrido e NSGA-II, apresentam resultados expressivos na redução de perdas elétricas, além de permitirem soluções robustas frente a cenários de ressonância harmônica. Esse aspecto é relevante, uma vez que o desempenho do sistema não pode ser avaliado apenas pelo ganho energético, mas também pela qualidade da energia fornecida.

Outro ponto recorrente nos estudos é a necessidade de considerar a variabilidade temporal das cargas e das fontes distribuídas. Anzanello Júnior (2019) reforça que o desempenho dos bancos de capacitores deve ser analisado levando em conta a cronologia da operação do sistema e suas incertezas, o que amplia a confiabilidade das soluções. Em consonância, Plens (2019) demonstrou que, em cenários com penetração de geração fotovoltaica, a alocação conjunta de capacitores e baterias proporciona melhor desempenho, tanto na redução de perdas quanto no perfil de tensão. Tais resultados sugerem que, em sistemas modernos, os bancos de capacitores assumem um papel estratégico quando integrados a outros recursos energéticos distribuídos.

No campo prático, Gofferjé (2018) e o estudo do IFES (2024) destacam que os bancos de capacitores, embora eficazes na redução de perdas e na melhoria da eficiência energética, requerem análises técnico-econômicas para evitar custos adicionais de manutenção ou riscos de sobrecompensação. Assim, o desempenho está diretamente ligado não apenas ao dimensionamento adequado, mas também à forma de operação, seja manual, automática ou integrada a sistemas de automação avançados.

De forma geral, os achados confirmam que os bancos de capacitores são instrumentos fundamentais para elevar a eficiência dos sistemas de distribuição, mas seu desempenho ótimo depende de fatores como localização, dimensionamento, tipo de controle e integração com outros recursos. Portanto, a discussão evidencia que a análise de desempenho deve ir além de indicadores isolados, contemplando uma visão sistêmica que inclua eficiência energética, qualidade da energia e viabilidade econômica.

CONCLUSÃO

A análise do desempenho de bancos de capacitores em sistemas de distribuição de energia elétrica evidencia sua importância estratégica na melhoria da eficiência energética, correção do fator de potência e estabilidade da tensão nos alimentadores. Os estudos revisados demonstram que o dimensionamento adequado, aliado à escolha correta do tipo de operação manual, automática ou integrada a sistemas inteligentes e à consideração das variabilidades temporais das cargas e fontes distribuídas, é determinante para maximizar os benefícios desses dispositivos.

Além disso, a integração de bancos de capacitores com outros recursos, como baterias e fontes fotovoltaicas, potencializa a redução de perdas e melhora o perfil de tensão, consolidando sua função não apenas como ferramenta de compensação reativa, mas também como elemento estratégico na modernização e sustentabilidade das redes de distribuição.

Por fim, os achados reforçam que o desempenho ótimo dos bancos de capacitores depende de uma abordagem sistêmica que considere aspectos técnicos, econômicos e operacionais, garantindo soluções confiáveis, custo-efetivas e capazes de atender às demandas energéticas contemporâneas. Dessa forma, a pesquisa contribui para fundamentar decisões de planejamento e operação, orientando profissionais e pesquisadores na implementação de sistemas mais eficientes e robustos.

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¹Bacharel em Engenharia Elétrica-Universidade Nilton Lins
²Professor Me. em Engenharia Elétrica-Nilton Lins