REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ra10202511181742
Bruno Borges Peixoto1, Danilo Silvestre Honório2, Felipe Antônio Candido Fernandes3, Gabriel Henrique Fernandes Cardoso4, Gustavo de Oliveira Almeida5, Matheus Vieira6, Michael Douglas Vieira e Silva7, Wellington Luiz Borges Júnior8; Orientadora: Profa. Silvana Julia da Silveira Diniz9
Resumo
Este artigo examina a importância da instalação e do controle adequado de bancos de capacitores para a correção do fator de potência em sistemas elétricos industriais. O objetivo principal foi avaliar o impacto da compensação de potência reativa na eficiência energética e no desempenho do sistema, bem como fornecer uma justificativa técnica para a necessidade de um controle eficaz. Para isso, foram analisadas quatro cargas trifásicas representativas de um processo industrial, calculando-se a potência ativa, reativa e aparente, além das correntes e impedâncias. Os dados foram então simulados utilizando o software ATPDraw, permitindo a comparação das características elétricas do sistema antes e depois da correção do fator de potência para 0,98. Os resultados demonstraram uma redução na corrente total, melhoria nos níveis de tensão e confirmaram a eficácia do banco de capacitores projetado. A análise também evidenciou a ocorrência de picos de corrente e tensão durante a energização direta dos capacitores, reforçando a necessidade de controladores automáticos por estágios. Conclui-se que o uso de bancos de capacitores adequadamente dimensionados e controlados proporciona benefícios técnicos e econômicos significativos, reduzindo perdas elétricas, aumentando a vida útil dos equipamentos e evitando penalidades tarifárias.
Palavras-chave: fator de potência; banco de capacitores; eficiência energética; compensação reativa; qualidade de energia.
1. INTRODUÇÃO
A eficiência energética e a qualidade da energia elétrica são aspectos de importância crucial nos sistemas modernos, especialmente nos setores industrial e comercial. Equipamentos como transformadores e motores elétricos de indução são grandes consumidores parciais de energia reativa e ativa. A energia reativa é essencial para a geração do campo magnético, porém não realiza trabalho útil. A relação entre a energia ativa e a energia aparente define o fator de potência, indicador que mede a eficiência do uso da energia elétrica em um sistema. Um baixo fator de potência representa baixa eficiência energética, o que resulta em maiores perdas elétricas nas instalações, sobrecarga de cabos e transformadores, redução da vida útil dos equipamentos e, principalmente, acréscimos ou penalidades aplicadas pelas concessionárias de energia elétrica. Muitas empresas, sem analisar detalhadamente a fatura de energia, acabam pagando valores adicionais devido à cobrança por baixo fator de potência — uma multa que pode onerar em até 30% a conta mensal, conforme exemplos reais disponíveis em Engerey Painéis Elétricos (2025).
Nessa perspectiva, a correção do fator de potência é considerada um método de eficiência energética, sendo amplamente realizada por meio da instalação de bancos de capacitores, dispositivos reconhecidos como fontes simples e econômicas de energia reativa. Quando corretamente dimensionados e controlados, os bancos de capacitores contribuem para a racionalização do uso da energia, redução de perdas, melhoria da estabilidade da tensão e prolongamento da vida útil dos equipamentos elétricos. Com o avanço da eletrônica de potência, surgiram os bancos de capacitores automáticos, que realizam o controle dinâmico do fator de potência e exigem monitoramento contínuo para garantir máxima eficiência. Dessa forma, a compensação reativa é uma solução eficaz e economicamente viável para melhorar o desempenho e a sustentabilidade dos sistemas elétricos.
Diante disso, o presente trabalho tem como tema “Banco de Capacitores e a Importância de um Controle Adequado”, e busca compreender qual é a importância de um banco de capacitores em uma instalação elétrica. O estudo parte da análise das cargas e do controle adequado do sistema, de modo a propor o valor de compensação necessário para atender às exigências das concessionárias e evitar penalidades financeiras. Assim, o objetivo geral deste trabalho é analisar a importância e a eficácia da instalação e do controle adequado de bancos de capacitores em sistemas elétricos, visando à correção do fator de potência e à melhoria da eficiência energética das instalações. Para alcançar esse propósito, foram definidos os seguintes objetivos específicos: avaliar as cargas da instalação elétrica; elaborar os cálculos de demanda; dimensionar corretamente o banco de capacitores; analisar gráficos e resultados por meio de software específico; e avaliar o sistema antes e depois da correção do fator de potência.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Definições
A busca pela eficiência energética e pela sustentabilidade tem se tornado uma prioridade global em todos os setores da sociedade, e no campo da engenharia elétrica não é diferente. Com o crescimento do consumo de energia e a maior complexidade das redes elétricas modernas, a necessidade de otimizar o uso da energia elétrica e reduzir desperdícios é uma preocupação central. Nesse contexto, os bancos de capacitores assumem papel essencial, pois possibilitam a compensação de potência reativa, a correção do fator de potência e a consequente melhoria da qualidade de energia fornecida (Bezerra & Koga, 2025).
Os bancos de capacitores, quando bem dimensionados e controlados, permitem não apenas a redução de perdas elétricas e o aumento da eficiência das instalações, mas também a estabilidade dos níveis de tensão e a diminuição de penalizações financeiras por baixo fator de potência (Souza, 2024). No entanto, o controle inadequado desses dispositivos pode acarretar efeitos adversos, como sobre compensações, ressonâncias harmônicas e sobre tensões, tornando fundamental o estudo aprofundado de sua operação e controle (Mendonça, 2023).
Assim, este referencial teórico apresenta uma revisão abrangente sobre os bancos de capacitores e a importância de um controle adequado, abordando conceitos fundamentais de potência ativa e reativa, princípios de funcionamento, aplicações, desafios e tendências tecnológicas. A revisão busca consolidar o entendimento técnico e científico sobre o tema, evidenciando como um gerenciamento apropriado dos bancos de capacitores contribui significativamente para a eficiência energética e para a sustentabilidade dos sistemas elétricos modernos.
2.2 Fundamentos Teóricos
2.2.1 Potência ativa, reativa e fator de potência
Nos sistemas elétricos de potência, a energia é consumida por diferentes tipos de cargas, sendo dividida em energia ativa, reativa e aparente. A energia ativa é aquela que realiza trabalho útil, convertendo-se em movimento, luz ou calor; já a energia reativa é necessária para a criação dos campos magnéticos que possibilitam o funcionamento de equipamentos como motores e transformadores (Pereira Júnior & Marton, 2016). A combinação dessas duas formas resulta na potência aparente, cuja razão entre potência ativa e aparente define o fator de potência (FP).
O fator de potência representa a eficiência com que a energia elétrica é utilizada por uma instalação. Quanto mais próximo de 1 (ou 100%) for esse valor, mais eficiente será o uso da energia. Por outro lado, um fator de potência baixo indica que há um excesso de potência reativa circulando no sistema, o que aumenta as perdas e reduz a eficiência global. A ANEEL e a NBR 5410 estabelecem valores mínimos aceitáveis de fator de potência de 0,92 para consumidores em baixa e média tensão, sendo aplicadas penalizações financeiras para valores inferiores a esse limite (ANEEL, 2000).
Dessa forma, a correção do fator de potência por meio da instalação de bancos de capacitores é uma prática amplamente adotada. Os capacitores fornecem potência reativa capacitiva, que compensa a potência reativa indutiva gerada por motores e transformadores, reduzindo a necessidade de circulação dessa energia pela rede. Como resultado, há uma redução significativa das perdas elétricas, além de melhorias na estabilidade e confiabilidade do sistema (Souza & Bianchi, 2002).
2.2.2 Princípio de funcionamento dos bancos de capacitores
Os bancos de capacitores são compostos por conjuntos de capacitores conectados em série ou paralelo, capazes de armazenar e liberar energia elétrica em momentos específicos do ciclo de corrente. Quando inseridos em uma instalação elétrica, eles atuam como fontes locais de potência reativa, equilibrando o fluxo energético e contribuindo para a estabilidade do sistema (WEG, 2024).
O funcionamento eficiente dos bancos depende do correto dimensionamento e da adequada alocação dentro do sistema elétrico. Bezerra e Koga (2025) destacam que o posicionamento ótimo dos capacitores é um fator crítico, uma vez que sua má distribuição pode gerar sobrecargas, ressonâncias e até mesmo instabilidades de tensão. Além disso, a operação sem controle pode ocasionar a chamada sobre compensação, em que a potência capacitiva supera a demanda indutiva, resultando em elevação de tensão e risco de danos a equipamentos sensíveis.
Essas considerações reforçam que o controle dos bancos de capacitores deve ser realizado de forma precisa e contínua, utilizando medições em tempo real e algoritmos que permitam ajustes automáticos conforme a variação da carga.
2.3 Aplicações e Tipos de Bancos de Capacitores
Os bancos de capacitores podem ser aplicados em uma ampla gama de sistemas elétricos desde pequenas instalações comerciais até redes de distribuição e subestações de energia. Conforme Araújo (2024), esses dispositivos proporcionam benefícios diretos na redução de custos e na preservação dos equipamentos, uma vez que contribuem para a estabilização de correntes e tensões, evitando picos e flutuações prejudiciais.
Existem três tipos principais de bancos de capacitores: fixos, automáticos e híbridos. Os fixos são utilizados em instalações com cargas praticamente constantes, sendo uma solução simples e de baixo custo, mas que não se adapta a variações dinâmicas de carga. Os automáticos, por sua vez, operam com base em relés de fator de potência, que monitoram continuamente o sistema e conectam ou desconectam capacitores conforme a necessidade de compensação (WEG, 2024). Já os bancos híbridos combinam capacitores e reatores de dessintonia, o que os torna ideais para ambientes industriais com presença significativa de harmônicos, comuns em sistemas com inversores e conversores de frequência.
Em sistemas de distribuição, os bancos de capacitores também têm sido empregados para a regulação de tensão e a redução das correntes de linha. Souza (2024) demonstra que a aplicação coordenada de bancos automáticos em redes de média tensão contribui para o alívio dos transformadores, aumento da confiabilidade e redução de perdas em até 15%.
2.4 Controle e Operação de Bancos de Capacitores
O controle adequado dos bancos de capacitores é determinante para garantir o equilíbrio entre eficiência energética e segurança operacional. Esse controle pode ser classificado como manual, automático ou inteligente, dependendo do nível de sofisticação tecnológica adotado, conforme tabela 1.
Tabela 1 – Tipos de Controle de Bancos de Capacitores
Fonte: (adaptado de Bezerra & Koga, 2025; Mendonça, 2023; WEG, 2024)
No controle manual, a inserção e a retirada dos capacitores ocorrem de forma fixa, sem acompanhamento dinâmico da carga. Esse método, embora simples, apresenta alto risco de sobre compensação e é adequado apenas para sistemas com cargas estáveis. Já o controle automático utiliza relés de fator de potência ajustáveis, que medem continuamente as variáveis elétricas e operam os estágios do banco conforme o comportamento da demanda (Bezerra & Koga, 2025).
Por fim, os sistemas de controle inteligente incorporam algoritmos baseados em técnicas de inteligência artificial e aprendizado de máquina, capazes de prever a variação de carga e ajustar a operação dos bancos de forma preditiva (Mendonça, 2023). Essa abordagem é particularmente útil em sistemas complexos com geração distribuída (GD), nos quais a potência reativa pode variar rapidamente em função das fontes renováveis, como a solar e a eólica.
Os resultados obtidos por Mendonça (2023) em simulações computacionais demonstram que o uso de controladores automáticos reduz significativamente o risco de operação capacitiva indesejada. No entanto, a eficiência do controle depende da qualidade dos sensores e da frequência de amostragem dos dados, reforçando a necessidade de manutenção periódica e calibração dos dispositivos de medição.
2.5 Aspectos Econômicos e Energéticos
Além dos benefícios técnicos, a correção do fator de potência com bancos de capacitores representa uma medida economicamente vantajosa. Souza (2024) e Carvalho et al. (2022) relatam que a eliminação de multas por baixo fator de potência pode reduzir os custos com energia em até 10%, enquanto a diminuição das perdas elétricas pode proporcionar economias adicionais em longo prazo.
Estudos indicam que o investimento em bancos de capacitores possui um tempo de retorno relativamente curto, variando entre 6 e 18 meses, dependendo da magnitude da correção e do perfil de consumo da instalação. Além disso, a melhoria do fator de potência contribui para o melhor aproveitamento da infraestrutura elétrica existente, reduzindo a necessidade de expansão das redes e dos transformadores (Bezerra & Koga, 2025).
De forma complementar, Gusmão (2024) destaca que a integração entre bancos de capacitores e fontes renováveis, como sistemas fotovoltaicos e baterias, potencializa os ganhos de eficiência e promove maior estabilidade no fornecimento de energia. No entanto, essa integração requer novos modelos de controle híbrido que considerem a variabilidade das fontes e a resposta dinâmica das cargas.
2.6 Desafios e Tendências. Tecnológicas
Embora os benefícios dos bancos de capacitores sejam amplamente reconhecidos, sua operação apresenta desafios técnicos que exigem atenção especial. Dentre eles, destacam-se os efeitos dos harmônicos, que podem causar aquecimento excessivo e falhas prematuras nos capacitores, além dos transitórios de tensão associados à comutação dos estágios (Mendonça, 2023).
Para mitigar esses problemas, a WEG (2024) recomenda o uso de reatores de dissintonia e dispositivos de proteção contra sobre pressão interna, garantindo maior robustez e segurança. Além disso, a digitalização dos sistemas de controle e a aplicação de algoritmos de otimização, como o PSO híbrido e o NSGA-II, têm se mostrado estratégias eficazes para determinar o posicionamento ótimo e o controle coordenado dos bancos de capacitores (Bezerra & Koga, 2025).
Essas tendências apontam para um futuro em que os sistemas de compensação reativa serão cada vez mais integrados à automação industrial e às redes inteligentes, promovendo não apenas a eficiência energética, mas também a sustentabilidade e a resiliência das redes elétricas.
A literatura analisada evidencia que os bancos de capacitores desempenham papel estratégico na melhoria da eficiência, confiabilidade e sustentabilidade dos sistemas elétricos. Sua correta instalação e operação permitem reduzir perdas, corrigir o fator de potência e estabilizar a tensão, resultando em benefícios técnicos e econômicos significativos.
As principais ideias discutidas convergem em três direções: a importância da compensação reativa para a eficiência energética, a necessidade de controles automáticos e inteligentes para evitar efeitos adversos, e o potencial de integração com novas tecnologias energéticas.
Contudo, permanecem lacunas de pesquisa relevantes, sobretudo no que diz respeito à operação de bancos de capacitores em redes com alta penetração de geração distribuída, à utilização de técnicas de inteligência artificial para controle em tempo real e à análise de durabilidade dos componentes sob condições variáveis de carga. Investigar essas questões é fundamental para consolidar o papel dos bancos de capacitores como elementos-chave em sistemas elétricos modernos e sustentáveis.
3. METODOLOGIA
A metodologia a ser desenvolvida inicia com a análise de dados de cargas de uma determinada indústria, a fim de demonstrar através de cálculos e software a importância de um controle adequado de correção de fator de potência.
Foi adotado valores fictícios para quatro cargas trifásicas baseado em um processo industrial de um Centro de Comando de Motores (CCM), conforme figura 1. Através da potência ativa e do fator de potência de cada carga foi realizado manualmente os cálculos para obtenção das grandezas necessárias para o dimensionamento do banco de capacitor.
Figura 1 – Circuito trifásico
Fonte: Elaborado pelos autores.
Foram calculadas as potências aparente e reativa, a corrente elétrica, a impedância, a resistência e indutância de cada carga.
Análise das cargas:
Carga 1
Carga 2
Carga 3
Carga 4
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Figura 2 – Gráfico da corrente total das cargas elétricas antes da correção do fator de potência.
Fonte: Elaborado pelos autores.
A tensão elétrica do secundário é de 380 V, ao simular esse valor no software sem a correção do fator de potência a tensão elétrica demostra um valor um pouco mais baixo, conforme figura 3.
Figura 3 – Gráfico da tensão do secundário antes da correção do fator de potência.
Fonte: Elaborado pelos autores.
Após a correção do fator de potência para 0,98, foi obtido uma corrente elétrica do total das quatro cargas de 217,053 [A] (figura 4). Comparando esse valor com o do gráfico da figura 4, conclui-se que os cálculos estão corretos e que teve um decremento no valor da corrente elétrica.
Figura 4 – Gráfico da corrente total das cargas elétricas após a correção do fator de potência.
Fonte: Elaborado pelos autores.
Pode se observar no gráfico da figura 5, que após a correção do fator de potência o valor da tensão elétrica também melhorou, ficando mais próxima dos 380 V.
Figura 5 – Gráfico da tensão do secundário após a correção do fator de potência.
Fonte: Elaborado pelos autores.
Figura 6 – Gráfico da corrente quando entra o banco de capacitor.
Fonte: Elaborado pelos autores.
Figura 7 – Gráfico da tensão quando entra o banco de capacitor.
Fonte: Elaborado pelos autores.
Esses piques de corrente e tensão elétrica são prejudiciais ao sistema, mesmo por um intervalo curto de tempo.
5. CONCLUSÕES
A correção do fator de potência é considerada um método de eficiência energética, sendo amplamente realizada por meio da instalação de bancos de capacitores. Além das empresas evitarem multas por baixo fator de potência, a correção e aplicação correta do mesmo evita perdas elétricas nas instalações, ajuda a não sobrecarregar cabos e transformadores, contribui para prolongar a vida útil dos equipamentos e componentes elétricos.
Com todos os resultados abordados pelos cálculos e dados fornecidos pelo software APTDraw a melhor maneira para um controle eficaz são os bancos de capacitores automáticos, que realizam o controle dinâmico do fator de potência e monitoramento contínuo para garantir máxima eficiência.
Se ligar um banco de capacitor de uma só vez na carga, poderá haver um surto de corrente, devido ao capacitor estar completamente descarregado, comportando-se como um curto-circuito. Uma das soluções mais técnicas e econômicas é usar um controlador de banco de capacitor que funciona em estágios, onde é composto por contatores específicos para manobra de banco de capacitor.
O controle é feito em dois tempos, no primeiro momento ele liga um conjunto de resistências em serie com o capacitor, com isso o capacitor recebe uma carga inicial controlada. No segundo momento os contatos principais são acionados e o capacitor é ligado direto na rede sem o surto de corrente, na figura 8.
Figura 8 – Gráfico da corrente elétrica ao usar um controlador de banco de capacitor.
Fonte: Elaborado pelos autores.
O gráfico demostra claramente que o pique de corrente elétrica é bem menor quando se tem um controle adequado.
Dadas as limitações deste estudo e os avanços tecnológicos em sistemas de energia, recomenda-se que pesquisas futuras investiguem o uso de bancos de capacitores inteligentes baseados em algoritmos preditivos e controle adaptativo, particularmente em redes com alta participação de geração distribuída. Sugerem-se também estratégias de mitigação de harmônicos utilizando bancos de capacitores híbridos com reatores dessintonizados, bem como estudos experimentais de transientes eletromagnéticos durante a comutação de capacitores. Outra possibilidade é analisar a integração de bancos de capacitores, sistemas fotovoltaicos e sistemas de armazenamento de energia, com o objetivo de desenvolver métodos de controle coordenados que maximizem a estabilidade e a eficiência energética em instalações industriais modernas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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PEREIRA JÚNIOR, V.; MARTON, Í. L. (2016). Eficiência Energética: Correção do fator de potência por meio da utilização de banco de capacitores. UNINGÁ Review.
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9 Professora orientadora; Coordenação de curso de Engenharia Elétrica