Rápida abordagem sobre o controle de fator de potência

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A IMPORTÂNCIA DA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA 
OLIVEIRA, ARIADNE; SILVEIRA, LEONARDO; RODRIGO, DENISON; GEROMEL; GUILHERME; GARCIA, JOÃO L. R.; 
SOBRENOME, PAULO. 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo 
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Resumo: O fator de potência é utilizado para quantificar e tarifar a energia ativa e reativa presentes no sistema elétrico de forma de onda 
senoidais para tensão e/ou corrente, em praticamente todo o mundo. Portanto, também, é um dos responsáveis para diminuir as perdas no 
sistema elétrico, o que é de grande utilidade no momento (MATEUS, 2001). O Objetivo deste artigo é demostrar a importância da correção 
do fator de potência nas instalações elétricas. Com isso, foi apresentado conceitos sobre o fator de potência, e sua importância e, por fim, o 
método de correção do fator de potência através de bancos de capacitores. Conclui-se, que a correção do fator de potência traz uma redução 
significativa de energia reativa e aumento da eficiência energética. 
Palavras-chave: Fator de potência, Correção do fator de potência, Capacitores, Cargas Reativa, Cargas Indutivas, triangulo das potências.
1. Introdução 
Para o correto funcionamento das máquinas 
elétricas como motores, transformadores, e outros são 
necessárias energias ativas e reativas 
combinadamente. A energia ativa é quem de fato 
executa a tarefa, transformando energia mecânica em 
cinética, ou seja, a que faz com que os motores girem. 
As duas energias devem existir em conjunto, porém, a 
energia reativa deve ser do menor nível possível, pois 
ela provoca as perdas operacionais dos equipamentos 
(REIS & KIKUCHI 2015). 
Com o propósito de minimizar a ocorrência 
dessas energias reativas de natureza indutiva, é 
realizado a correção para corrigir que se tem por nome 
Fator de Potência. O fator de potência aceitável 
definido pelas concessionarias no Brasil está entre 
0,91 a 1(valor ideal), onde para efetuar tal correção 
são instalados bancos de capacitores específico de 
cada sistema, esses por sua vez podem ser fixos, 
semiautomáticos ou automáticos (REIS & KIKUCHI 
2015). 
O fator de potência é um parâmetro existente 
para avaliar a qualidade da energia elétrica e tem 
implicação direta em questões relacionadas à 
utilização, ao carregamento e planejamento das redes 
de distribuição de energia elétrica (O SETOR 
ELÉTRICO, 2011). Através da correção do fator de 
potência elétrico em suas plantas irá evitar “o 
desperdício de energia”, e terá uma melhor eficiência 
energética, ou seja, será maximizado o índice de 
aproveitamento da energia elétrica na planta. 
O capítulo 2.1, faz menção aos tipos de 
energia e de como detectar o fator de potência. Já o 
capítulo 2.2 e 2.3, descreve os o fator de potência e os 
parâmetros de medição e especificações dos bancos de 
capacitores. 
 
2. Pesquisa bibliográfica 
 
Conceitos básicos sobre energia ativa, reativa e 
aparente. 
A energia elétrica necessária para o 
funcionamento de equipamentos como motores, 
transformadores e fornos é composta por duas 
componentes principais, a componente ativa e a 
reativa. Essas energias possuem funções distintas que 
variam para cada equipamento, a energia ativa é 
medida em kWh (quilowatt/hora), já a energia reativa 
é medida em kVArh (quilovoltAmpere reativo/hora). 
A potência instantânea é formada por ambas 
potências, ativa e reativa, sendo a potência aparente a 
combinação dessas duas, medida em kVA (kilo Volt 
Ampere). 
 
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Figura 1: Triangulo das potências 
 
 Fonte: CODI (Comitê de Distribuição de 
Energia Elétrica). 
 
A potência ativa, que também pode ser 
chamada de potência real ou útil, é medida em kWh 
(quilowatts/hora), essa é a energia responsável por 
executar trabalho, ou seja, em motores é responsável 
pelo movimento de rotação, também fornece a 
geração de calor e emissão de luz. 
Existem variadas formas de se calcular a 
potência ativa de uma carga, a seguir serão 
apresentadas algumas das equações. Através da 
Equação 2.1.1, Equação 2.1.2 e Equação 2.1.3, 
podemos encontrar a potência ativa. Como a potência 
ativa é sempre positiva, pois não existe defasagem 
entre a tensão e a corrente, na Figura 2 temos o gráfico 
desta relação. 
𝑃𝑃 = 𝑈𝑈. 𝐼𝐼. cos𝜑𝜑 
(2.1.1) 
onde: 
P – Potência Ativa 
U – Tensão Elétrica 
I – Corrente Elétrica 
cos𝜑𝜑 – Constante de defasagem (Fp) 
 
𝑃𝑃 = 𝑆𝑆.𝐹𝐹𝐹𝐹 
(2.1.2) 
Onde: 
P – Potência Ativa 
S – Potência Aparente 
Fp – Fator de potência (cos𝜑𝜑) 
 
𝑃𝑃 = �𝑆𝑆2 − 𝑄𝑄2 
(2.1.3) 
Onde: 
P – Potência Ativa 
S – Potência Aparente 
Q – Potência Reativa 
 
Figura 2: Relação de tensão e corrente da potência 
Ativa. 
 
Fonte: Energia no meio rural – FCA – Botucatu 2004 
 
A potência reativa, que também pode ser 
denominada de potência imaginaria, é medida em 
kVAR (quilovolt Ampere Reativo), essa é a potência 
que oscila entra a fonte elétrica e a carga, ou seja ela é 
usada para criar e manter campos eletromagnéticos em 
cargas indutivas, magnetizando as bobinas dos 
equipamentos elétricos. Seu funcionamento ocorre da 
seguinte forma, em um meio ciclo de corrente 
alternada (CA) a energia reativa é transferida da fonte 
para a carga e no restante do ciclo, a energia reativa 
retorna da carga para a fonte elétrica. A energia reativa 
não gera calor, ela atua como uma “ponte” constante 
sobre a qual a energia ativa passa e assim fornece 
trabalho (calor, movimento, iluminação). 
Quando temos uma reatância, a tensão está 
defasada 90º em relação a corrente, sendo assim 
utilizando a Equação 2.2.1, podemos observar que o 
resultado é sempre negativo. Na Figura 3 temos o 
gráfico demonstrando essa defasagem de 90º da 
tensão. 
𝑄𝑄 = 𝑆𝑆. sin𝜑𝜑 
(2.2.1) 
Onde: 
Q – Potência Reativa 
S – Potência Aparente 
sin𝜑𝜑 – Constante de defasagem 
 
 
Figura 3: Defasagem de 90º da tensão em relação a 
corrente.
 
Fonte: Energia no meio rural – FCA – Botucatu 2004 
 
 
 A potência aparente que é medida em Kva 
(quilovolt Ampere), nada mais é que a potência total 
que vai ser entregue a uma carga, ela é composta por 
ambas as potências vistas a ativa (real), e a reativa 
(imaginaria). Uma das aplicações em que usamos a 
potência aparente, é no trato de transformadores ou 
grupos de geradores de energia. Podemos utilizar a 
Equação 2.1.2 para calcular a potência ativa, Equação 
2.3.1 e Equação 2.3.2. 
 
𝑆𝑆 = �𝑃𝑃2 + 𝑄𝑄2 
(2.3.1) 
 
 
|𝑆𝑆| = �̇�𝑈. 𝐼𝐼 ̇
(2.3.2) 
Onde: 
|S| - Modulo da potência aparente 
�̇�𝑈- Tensão elétrica complexa 
𝐼𝐼-̇ Corrente elétrica complexa 
 
As principais diferenças entre potência ativa e reativa 
é na primeira a energia real é consumida pela carga, já 
na segunda, é a potência que não é consumida, 
considerada “inútil” para grande parte das aplicações. 
A potência ativa é o produto da tensão, corrente e do 
cosseno do ângulo entre eles, apresentado pela 
Equação 2.1.1. Também é o produto de tensão, 
corrente e o do seno do ângulo entre eles. Lembrando 
que a potência ativa é a potência real e é medida em 
watts enquanto a potência reativa é medida em kVAr. 
 O torque que se desenvolve no motor, o calor 
dissipado no aquecedor e a luz que emite através das 
lâmpadas tudo isso produz por causa da potência ativa. 
A potência reativa determina o fator de potência do 
circuito. 
Portanto paracada componente de um 
circuito temos um tipo de potência, sendo ela ativa, 
reativa ou uma potência aparente (mista). Na tabela 
2.1.5 temos todas as possíveis relações de potências e 
seus componentes. 
 
Tabela 1: Relações de potência
 
Fonte: Siemens – Conceitos e Definições para 
correção do fator de potência através de carga capacitiva – 
Outubro/2002. 
 
Sendo assim para cargas resistivas (R), 
utiliza-se apenas a potência ativa; para cargas 
capacitivas (C), apenas potência reativa; para cargas 
indutivas (L), há apenas potência reativa; quando se 
trabalha com um circuito misto, composto por cargas 
resistivas, indutivas e capacitivas temos que usar as 
relações de impedância mista (Z); 
 
Meios de geração de potência reativa 
Os principais meios para a geração de energia reativa 
são: 
• Alternadores síncronos - Alternadores 
síncronos são as principais máquinas usadas 
para a geração de energia elétrica. Eles 
destinam-se para fornecer energia elétrica 
para as cargas finais através de sistemas de 
transmissão e distribuição. Além disso, sem 
entrar em detalhes técnicos, agindo sobre a 
excitação de alternadores, é possível fazer 
variar o valor a ser gerado de tensão, 
consequentemente, regular as injeções de 
potência reativa na rede, de modo que a 
tensão do sistema possa ser melhorada e as 
perdas, devido ao efeito de Joule ao longo 
das linhas, possa ser reduzida. 
• Compensadores síncronos - Os 
compensadores síncronos são motores 
síncronos em execução sem carga, em 
sincronismo com a rede e tendo como única 
função absorver a energia reativa em excesso 
ou fornecer o ausente dessa energia. Estes 
dispositivos são utilizados principalmente 
nos nódulos definidos da transmissão de 
energia e rede de sub-transmissão para a 
regulação das tensões e dos fluxos de 
potência reativa. O uso de compensadores 
síncronos em redes de distribuição de energia 
não é favorável em termos econômicos, por 
causa do seu elevado custo de instalação e 
manutenção. 
• Compensadores estáticos - O compensador 
estático é uma fonte de energia reativa, que é 
aplicada no sistema de transmissão ou de 
distribuição, para controlar e reduzir 
variações de tensão como quedas, picos e 
oscilações, e ainda lidar com instabilidades 
causadas por variações rápidas de demanda 
de energia reativa. 
• Bancos de capacitores estáticos - Um 
capacitor é um dipolo passivo que consiste 
em dois condutores, superfícies chamadas de 
placas, isolados um do outro por um material 
dielétrico. Quando uma tensão alternada é 
aplicada entre as placas, o capacitor é 
submetido a carga e descarga em ciclos, 
durante os quais ele armazena energia reativa 
e injeta essa energia para o circuito ao qual 
ele está conectado (descarregando o 
capacitor). 
Causas do baixo fator de potência 
O baixo fator de potência pode provir de 
diversas causas. A solução para melhoria do fator de 
potência de uma instalação elétrica passa 
necessariamente pelo profundo conhecimento e 
análise dessas causas, a fim de que se possa propor 
uma ação corretiva mais eficaz. 
Entre as principais causas, podemos citar: 
• Motores de indução operando em vazio ou 
superdimensionados (operando com 
poucas cargas). 
Os motores elétricos consomem 
praticamente a mesma quantidade de energia reativa, 
necessária à manutenção do campo magnético, 
quando operando a vazio ou a plena carga. 
Entretanto o mesmo não acontece com a 
energia ativa, que é diretamente proporcional a carga 
mecânica aplicada no eixo do motor. Assim quanto 
menor a carga mecânica aplicada, menor a energia 
ativa consumida, consequentemente, menor o fator de 
potência. 
Geralmente os motores são 
superdimensionados para as respectivas máquinas 
sendo, em média, de 70% a 75% da potência nominal 
do motor, a potência efetivamente exigida pela 
máquina (motores de pequena e média potência). É 
muito comum o costume da substituição de um motor 
por outro de maior potência, principalmente nos casos 
de manutenção para reparos e que, por acomodação, a 
substituição transitória passa a ser permanente, não se 
levando em conta que um superdimensionamento 
provocará baixo fator de potência. 
• Transformadores operando em vazio ou 
superdimensionados 
Analogamente aos motores de indução, os 
transformadores, quando operando 
superdimensionados para a carga que devem 
alimentar, consomem uma certa quantidade de energia 
reativa relativamente grande (necessária para a 
magnetização do transformador), se comparada à 
energia ativa, dando origem a um fator de potência 
baixo. 
Desta forma, grandes transformadores 
alimentando pequenas cargas durante um longo 
período contribuem, portanto, para uma acentuada 
redução do fator de potência da instalação. 
Grande quantidade de motores de pequena potência 
em operação durante um longo período. 
A grande quantidade de motores de pequena 
potência provoca baixo fator de potência, uma vez que 
o correto dimensionamento desses motores às 
máquinas a eles acopladas é dificultoso. 
• Lâmpadas de descarga 
As lâmpadas de descarga (vapor de mercúrio, 
vapor de sódio, fluorescentes etc), para 
funcionarem, necessitam do auxílio de um reator. Os 
reatores, como os motores e os 
transformadores, possuem bobinas que consomem 
energia reativa, contribuindo para a redução do fator 
de potência. O uso de reatores compensados (com alto 
fator de potência) pode contornar, em parte, o 
problema. 
• Cargas especiais com consumo reativo 
Algumas cargas presentes em ambientes 
industriais apresentam grandes consumos de reativos, 
contribuindo para a diminuição do fator de potência, 
entre elas: 
− Fornos a arco; 
− Fornos de indução eletromagnética; 
− Máquinas de solda a transformador; 
− Equipamentos eletrônicos 
• Tensão acima da nominal 
A potência reativa é, aproximadamente, 
proporcional ao quadrado da tensão aplicada, 
enquanto que, no caso dos motores de indução, a 
potência ativa praticamente só depende da carga 
mecânica aplicada ao eixo do motor. Assim, quanto 
maior a tensão aplicada aos motores, maior a energia 
reativa consumida e menor o fator de potência. 
3. Tipos de correção do fator de potência 
 
Não existem regras gerais aplicáveis para a 
instalação de capacitores, em teoria pode ser instalado 
capacitores em qualquer ponto, mas é necessário 
avaliar a relevância e viabilidade prática e econômica 
para tal. De acordo com as modalidades os principais 
métodos de correção de fator de potência são: 
 Correção do fator de potência distribuído por 
cargas 
 Correção de fator de potência do grupo 
 Correção de fator de poder centralizado 
 Correção do fator de potência combinado 
 Correção de fator de potência automático. 
 
Para a correção de fator de potência visando 
apenas o consumo de energia proveniente da 
concessionária, a forma mais prática e relativamente 
barata para a correção do fator de potência (FP) é a 
partir da utilização do banco capacitivo (automáticos 
ou não), sendo ele em série com a linha de transmissão 
ou em paralelo com a carga. Capacitores nada mais 
são do que fontes de energia reativa, ou seja, sua 
aplicação consiste no equilíbrio das cargas indutivas 
provocadas por equipamentos que geram uma grande 
quantidade de indutivo na rede, como por exemplo, 
motores e trafos. Há correção do FP pode ser 
realizada instalando os capacitores de quatro maneiras 
diferente: 
• Correção na entrada da energia de alta tensão 
(fonte): A correção da FP será somente vista 
pela concessionaria, isto é, no quesito multa 
pelo alto FP, será sanada, entretanto os 
problemas do baixo fator de potência estará a 
jusante da fonte. 
• Correção localizada aplica-se o banco 
capacitivo diretamente à carga, corrigindo 
especificadamente o fator de potência do 
equipamento. 
• Correção por grupos de cargas: Os bancos 
de capacitor são instalados para correção degrupos de carga, geralmente em máquinas 
abaixo de 10cv, junto ao quadro de 
distribuição de alimenta esse grupo de 
cargas. 
• Correção na entrada da energia de baixa 
tensão: correção bastante significativa, 
normalmente com a aplicação de bancos 
automáticos de capacitores, onde há um 
elevado número de cargas com potências 
diferentes com regimes de utilização 
diferentes. 
• Correção mista: A aplicação conjunta das 
outras de duas ou mais das quatro formas de 
correção de fator de potência citadas acima. 
É a melhor solução considerando aspectos 
técnicos, práticos e financeiros. 
 
Diagrama 1: Tipos de instalações do banco capacitivo 
 
Fonte: WEG Manual para Correção do Fator de Potência 
(cod. 958/10) –Agosto 2019. 
Entretanto, há inúmeras formas de realizar 
esta correção. Geralmente, o cliente que necessita da 
correção, contratará uma empresa que muitas das 
vezes não possui know-how para a aplicação correta 
do banco capacitivo, isto é, apresenta-se uma proposta 
genérica visando apenas a correção do FP visto apenas 
da concessionária esquecendo dos principais 
problemas físicos que o baixo FP apresenta no 
sistema. 
 Para tal correção, é necessário um estudo de 
controle de reativo na planta. De forma resumida 
(overview) em primeiro lugar, deve-se contabilizar a 
demanda consumida da planta em relação ao seu FP. 
Após, deve-se avaliar quais cargas promovem a maior 
parte da demanda de reativo da rede e assim apresentar 
a estratégica necessária de da realização da a aplicação 
da correção do fator de potência do banco capacitivo, 
como citado anteriormente como as “quatro maneiras 
de se instalar os capacitores”. 
Logo, há de se analisar minuciosamente cada 
cenário, verificando as condições de operação da 
planta, quais cargas ou grupos de cargas possuem um 
baixo fator de potência, se há turbogeradores ou 
geradores a diesel dentre outros fatores. A escolha 
certa de empresas que tenha o know-how necessário 
para realizar tal estudo e não oportunistas que se 
dizem “conhecedores” oferecendo soluções genéricas 
e sem expertise, é fundamental para se evitar os 
problemas de um baixo fator de potência, que como 
apresentado neste trabalho, vá muito além da multa da 
concessionária. Oportunistas que apresentam soluções 
genéricas que se dizem funcionais, das quais 
provavelmente acarretara custos operacionais, 
redução de lucros e retrabalho. 
 
4. Exemplo Prático da correção do fator de 
potência 
 
Considerando um motor elétrico trifásico 
gaiola de esquilo com as características descritas por 
uma placa de identificação como na Figura 5 a seguir: 
 
Figura 5: Placa de identificação de motor 
 
Fonte: https://www.docsity.com/pt/palestra-wmo-ffb-julho-
2011-2/4794728/ visitado em: 31/08/20 
 
Determinamos que: 
cos𝜑𝜑 = 0,82 
𝜑𝜑 = cos−1 0,82 
𝜑𝜑 = 34,9° 
- A tensão VFF utilizada: 380V 
- A freqüência: 60Hz 
 
E desejamos corrigir para cos𝜑𝜑 = 0,98 ∴ 𝜑𝜑 =
11,47° 
 
Utilizando o triângulo de potências da Figura 6, 
aplicando semelhança de triângulo termos que: 
 
Figura 6: Triângulo de potências para correção de FP 
 
Fonte: Siemens – Conceitos e Definições para correção do 
fator de potência através de carga capacitiva – 
Outubro/2002. 
 
Onde: 
ϕ: ângulo de defasagem 
S1: potência aparente não compensada 
S2: potência aparente com compensação através 
dos capacitores 
 
Por meio dessa semelhança temos que a potência dos 
capacitores é determinada por: 
 
𝑄𝑄𝐶𝐶 = 𝑃𝑃. (tan𝜑𝜑1 − tan𝜑𝜑2) 
 
Onde QC: Potência dos capacitores [kVAR] 
 P: Potência Ativa [kW] 
 ϕ1: Ângulo de defasagem do FP do motor 
 ϕ2: Ângulo desejado do FP 
 
Para determinar a capacitância do capacitor, utiliza-se: 
𝐶𝐶 =
𝑄𝑄𝐶𝐶
(𝑉𝑉𝐹𝐹𝐹𝐹2 . 2.𝜋𝜋. 𝑓𝑓. 10−9)
 
 
Onde: 
C: Capacitância [μF] 
 VFF: Tensão entre fases 
 f: Frequência [Hz] 
 
Portanto para calcular a potência dos capacitores, 
teremos: 
𝑄𝑄𝐶𝐶 = 7,5(tan 34,9° − tan 11,47°) 
𝑄𝑄𝐶𝐶 = 3,71 𝑘𝑘𝑉𝑉𝐴𝐴𝑅𝑅 
 
E o capacitor utilizado é calculado: 
𝐶𝐶 =
3,71
(3802. 2.𝜋𝜋. 60. 10−9)
 
𝐶𝐶 = 4089 𝜇𝜇𝐹𝐹 
Devendo-se, portanto, utilizar a célula com valor mais 
próximo. 
 
Referências Bibliográficas 
 
MAMEDE F. J. Manuel de Equipamentos Elétricos. 
Volume 4. Ed. Rio de 
Janeiro: (LTC) Livros Técnicos e Científicos Editora, 
2013. 
 
 
HAMANN, J. R.; MISKE Jr, S. A.; JOHNSON, I. B.; 
COURTS, A. L.; A zinc oxide varistor protective 
system for series capacitors. IEEE Transactions on 
Power Apparatus and Systems, v. 3, p. 1-9, march 
1981. 
 
ALCÂNTARA, Márcio Venício Pilar. Alocação de 
capacitores em sistemas de distribuição de energia 
elétrica. 2005, 137f. Dissertação (Mestrado em 
Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-graduação 
Stricto Sensu em Engenharia Elétrica, Universidade 
Estadual de Campinas, 2005. 
 
WEG Manual para Correção do Fator de Potência 
(cod. 958/10) –Agosto/2019. 
 
Siemens – Conceitos e Definições para correção do 
fator de potência através de carga capacitiva – 
Outubro/2002. 
 
MATEUS, Valdecir. Fator de potência. Cuiabá, 
2001. 
 
REIS, J.C.S; KIKUCHI, G.T. Banco de capacitores 
para correção de fator de potência em indústria, 
2015. 
 
Revista O SETOR ELÉTRICO. São Paulo: Atitude. 
Edição 66, 2011.