Controle e Monitoramento de Bomba, a Arduino project

This project implements a control and monitoring system for a three-phase pump motor (10 CV at 220 V) using an Arduino Uno to track the contactor status and thermal relay state. The system displays real-time operational status on a 0.96" OLED display, showing whether the pump is running, stopped, or in thermal fault condition, while monitoring dry contacts from the motor protection circuit.

The guide provides a complete wiring diagram, parts list, and assembly instructions for integrating the Arduino with industrial-grade components including a Schneider contactor, thermal relay, and isolated power supplies. Builders will receive the firmware code, a reference ladder logic diagram, and a calculation guide to ensure proper installation before energizing the 220 V three-phase supply.

Wiring diagram

Gather all the parts

Qty	Component
1	0.96" OLED Display 128x64 I2C (Blue) Monochrome 0.96 inch OLED display with 128 x 64 blue pixels, driven by an SSD1306 controller over I2C (address 0x3C). It runs from 3.3 to 5 V and connects through a four-pin VCC, GND, SCL, SDA header.
1	Proteção e seccionamento tripolar do motor Proteção contra curto-circuito coordenada com LC1D32BD e LRD32; calibre e capacidade de interrupção a definir pelo responsável técnico segundo corrente de curto local. Não comprar apenas pelo calibre estimado.
1	Contator Schneider LC1D32BD 32 A AC-3 bobina 24 Vcc 7,5 kW em 220/230 V. 13-14 NA para selo; 21-22 NF exclusivamente contato seco de monitoramento; verificar corrente mínima de contato em 5 V.
1	Relé térmico Schneider LRD32 23–32 A Rearme manual. Ajuste inicial calculado 24,95 A; prevalece corrente de placa. 95-96 NF interrompe bobina, 97-98 NA sinaliza falha por contato seco.
1	Motor trifásico 220 V 10 CV acoplado à bomba Bomba sem especificação hidráulica. Confirmar ligação dos enrolamentos pela placa; não presumir delta sem placa. 91% rendimento e cos phi 0,85.
1	Fonte industrial isolada 220 Vca / 24 Vcc SELV 1 A Entrada 220 V entre fases, sem usar neutro. Instalar junto do contator, em quadro local à bomba.
1	Proteção bipolar do comando e fonte Dimensionar conforme fabricante da fonte, condutores e corrente de curto local.
1	Botão parar NF Parada operacional, não é função de emergência certificada.
1	Botão partir NA momentâneo Partida local; após falta de energia exige novo acionamento.
1	Fonte USB isolada certificada 5 V Alimenta apenas Arduino pela porta USB. Nunca compartilhar 24 V com GPIO. Na programação usar USB do computador no lugar desta fonte.
1	Entrada da instalação 220 V trifásica Ponto de alimentação existente. 120 m de percurso até o quadro local da bomba. Não representa geração de energia.

Assemble it in 6 steps

1. Revisão obrigatória antes de comprar ou energizar

Projeto preliminar para profissional habilitado NR-10: confirmar placa do motor, ligação 220 V, frequência, corrente de curto, aterramento, seletividade e permissão da concessionária para partida direta. Parar é apenas parada operacional; adequação NR-12 e emergência dependem de análise de risco.

220 V trifásico pode matar e causar incêndio. Montar somente desenergizado, bloqueado e com ausência de tensão verificada. Não montar força em protoboard.

2. Instalar alimentação e força em quadro local

Levar três fases e PE por 120 m até o quadro junto à bomba. Proposta inicial: fases e PE de cobre 16 mm²; verificar capacidade de condução, agrupamento, temperatura, instalação e partida. Força: Q1 → K1 → RT → motor. Usar terminais compatíveis, torque do fabricante e invólucro fechado. PE nunca passa pelos contatos. Q1 e proteção de comando FC devem ser selecionados pelo responsável técnico, não há calibre definitivo sem curto-circuito e coordenação.

3. Montar comando 24 Vcc com selo

FC alimenta a fonte isolada entre duas fases 220 V. +24 V → PARAR NF → RT 95-96 NF → [PARTIR NA em paralelo com K1 13-14 NA] → A1. A2 → 0 V. Ajustar RT em rearme manual pela corrente de placa, inicialmente 25 A calculados. Após falta de energia, motor não deve religar sozinho.

4. Ligar tela e contatos secos

Arduino e OLED ficam juntos em compartimento de baixa tensão: OLED VCC → 5 V, GND → GND, SDA → A4 (dados), SCL → A5 (relógio). K1 21 → D2 e 22 → GND; RT 97 → D3 e 98 → GND. Estes contatos são exclusivos e secos: jamais recebem 24 V ou 220 V. Verificar adequação dos contatos à baixa corrente. Manter fios curtos, separados da força. Fonte USB isolada alimenta a placa pela porta USB (linha 5 V do desenho representa o cabo USB). Não ligar fonte USB e computador simultaneamente.

Tela não é dispositivo de proteção. Fio rompido no contato NF pode indicar ligado indevidamente; contato NA rompido pode ocultar falha.

5. Ensaiar antes de liberar a bomba

Profissional deve testar selo, botão parar, disparo do térmico, rearme manual e falta de alimentação; conferir sentido de giro e condições hidráulicas sem funcionamento a seco. Tela mostra posição do contator, não comprova rotação ou vazão. Não há proteção de nível, pressão ou falta de água neste escopo. Capacitor foi apenas calculado no memorial e NÃO deve ser ligado neste circuito.

6. Memorial de cálculo e ladder de referência

# Partida direta — bomba 10 CV / 220 V trifásico Projeto preliminar: não é autorização de montagem ou laudo NR-10/NR-12. ## Ladder físico, não programa de CLP ``` +24 --[/ S0 PARAR]--[/ RT 95-96]--+--[S1 PARTIR]--+--(K1 A1) | | +--[K1 13-14]---+ 0 V ------------------------------------------------- K1 A2 ``` [ ] = normalmente aberto; [/] = normalmente fechado. Força: rede → Q1 tripolar → K1 → RT → motor acoplado à bomba. Fonte 24 V e quadro de comando junto da bomba, evitando laço de comando de 240 m. OLED apenas monitora contatos secos; Arduino nunca aciona o contator. ## Potência e corrente 1 CV = 735,49875 W. P mecânica = 7,355 kW. P elétrica = 7,355 / 0,91 = 8,082 kW. I = 8082 / (sqrt(3) × 220 × 0,85) = 24,95 A. K1 LC1D32BD: 32 A AC-3, 7,5 kW em 220/230 V, bobina 24 Vcc. RT LRD32: 23–32 A, ajuste inicial 25 A, prevalecendo placa e fabricante. Q1: proteção contra curto e seccionamento; selecionar conjunto coordenado pelas tabelas do fabricante, corrente presumida de curto e condições locais. Não fixar disjuntor por múltiplo arbitrário da corrente. ## Queda em regime Hipóteses: 120 m de ida (não somar retorno na fórmula trifásica), cobre a quente, resistividade 0,0225 ohm·mm²/m, X = 0,08 ohm/km estimado. Queda não inclui rede a montante, conexões nem impedância do transformador. Delta V = sqrt(3) I L (R cos phi + X sen phi), L=0,120 km e R=22,5/S ohm/km. | Seção fases | Queda | Percentual de 220 V | |---|---:|---:| | 6 mm² | 16,75 V | 7,61% | | 10 mm² | 10,14 V | 4,61% | | 16 mm² | 6,42 V | 2,92% | Proposta inicial: 3 fases 16 mm² + PE 16 mm² em cobre. Validar ampacidade, proteção, método de instalação e orçamento de queda da instalação inteira pela NBR 5410. Os 2,92% não garantem atendimento global. Não se pode determinar a queda real de partida sem corrente e fator de potência de rotor bloqueado e impedância da alimentação. Partida direta pode exigir 6–8 vezes In; confirmar dados reais e aceitação da concessionária. Não multiplicar simplesmente a queda em regime: fator de potência muda. ## Capacitor para fator de potência (não capacitor de partida) Meta adotada 0,95. Qc = P [tan(acos 0,85) − tan(acos 0,95)] = 2,352 kvar. Em 60 Hz e ligação delta a 220 V: C = Qc/(3 × 2pi × f × V²) = 42,98 µF por ramo (três ramos). Em 50 Hz: 51,57 µF por ramo. Banco comercial de 2,5 kvar ENTREGUES EM 220 V daria aproximadamente FP 0,955 em plena carga. Verificar tensão nominal: 2,5 kvar a 380/440 V não entrega 2,5 kvar a 220 V; Q varia com V². CAPACITOR NÃO INSTALADO nesta lista ou esquema. Valor calculado não autoriza ligação em paralelo com o motor: risco de autoexcitação e sobretensão. Para futura instalação são necessários projeto separado, proteção específica, manobra adequada a capacitores, descarga, análise de harmônicas e corrente a vazio; manter corrente do motor no térmico sem compensação. Não ligar capacitor permanentemente aos terminais do motor. Não é necessário capacitor para partir este motor trifásico. ## Limites da indicação Ligado = contato auxiliar indica K1 energizado, não confirmação de rotação/vazão. Falha = RT disparou. Não detecta toda falha elétrica, falta de água ou defeito mecânico. D2 lê NF (aberto indica ligado); D3 lê NA (fechado indica térmico disparado). Falha térmica tem prioridade. Fiação rompida não é diagnosticada; não usar para segurança. ## Referências de terminais Schneider FA110040 (A1+, A2−; 13-14 NA, 21-22 NF). Schneider FA107663 e FA119404 (95-96 NF, 97-98 NA). Schneider BRU99865-01 (terminais de força LC1D32BD). Schneider: 3 safety measures for motors with individual power factor correction, 2017-12-06 (autoexcitação e proteção específica).

Review all connections

1. Connections between "tela" and "Arduino"

Function	tela	Arduino
`power`	VCC	5V
`ground`	GND	GND
`i2c`	SDA	GPIO 18
`i2c`	SCL	GPIO 19

2. Connections between "usb" and "Arduino"

Function	usb	Arduino
`power`	OUT	5V
`ground`	GND	GND

3. Connections between "k1" and "Arduino"

Function	k1	Arduino
`data`	21	GPIO 2
`ground`	22	GND
`data`	2T1 → Relé térmico Schneider LRD32 23–32 A 1L1	EXT
`data`	4T2 → Relé térmico Schneider LRD32 23–32 A 3L2	EXT
`data`	6T3 → Relé térmico Schneider LRD32 23–32 A 5L3	EXT
`data`	14 → Contator Schneider LC1D32BD 32 A AC-3 bobina 24 Vcc A1	EXT
`data`	A2 → Fonte industrial isolada 220 Vca / 24 Vcc SELV 1 A MINUS	EXT

4. Connections between "rt" and "Arduino"

Function	rt	Arduino
`data`	97	GPIO 3
`ground`	98	GND
`data`	2T1 → Motor trifásico 220 V 10 CV acoplado à bomba U	EXT
`data`	4T2 → Motor trifásico 220 V 10 CV acoplado à bomba V	EXT
`data`	6T3 → Motor trifásico 220 V 10 CV acoplado à bomba W	EXT
`data`	96 → Botão partir NA momentâneo 13	EXT
`data`	96 → Contator Schneider LC1D32BD 32 A AC-3 bobina 24 Vcc 13	EXT

5. Connections between "q1" and "Arduino"

Function	q1	Arduino
`data`	L1 → Entrada da instalação 220 V trifásica R	EXT
`data`	L2 → Entrada da instalação 220 V trifásica S	EXT
`data`	L3 → Entrada da instalação 220 V trifásica T	EXT
`data`	T1 → Contator Schneider LC1D32BD 32 A AC-3 bobina 24 Vcc 1L1	EXT
`data`	T2 → Contator Schneider LC1D32BD 32 A AC-3 bobina 24 Vcc 3L2	EXT
`data`	T3 → Contator Schneider LC1D32BD 32 A AC-3 bobina 24 Vcc 5L3	EXT
`data`	T1 → Proteção bipolar do comando e fonte L1	EXT
`data`	T2 → Proteção bipolar do comando e fonte L2	EXT

6. Connections between "motor" and "Arduino"

Function	motor	Arduino
`data`	PE → Entrada da instalação 220 V trifásica PE	EXT

7. Connections between "fonte" and "Arduino"

Function	fonte	Arduino
`data`	PE → Entrada da instalação 220 V trifásica PE	EXT
`data`	PLUS → Botão parar NF 11	EXT

8. Connections between "fc" and "Arduino"

Function	fc	Arduino
`data`	T1 → Fonte industrial isolada 220 Vca / 24 Vcc SELV 1 A L	EXT
`data`	T2 → Fonte industrial isolada 220 Vca / 24 Vcc SELV 1 A N	EXT

9. Connections between "s0" and "Arduino"

Function	s0	Arduino
`data`	12 → Relé térmico Schneider LRD32 23–32 A 95	EXT

10. Connections between "s1" and "Arduino"

Function	s1	Arduino
`data`	14 → Contator Schneider LC1D32BD 32 A AC-3 bobina 24 Vcc A1	EXT

Deploy the firmware

main.cppOpen in Schematik

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
Adafruit_SSD1306 tela(128,64,&Wire,-1);
const uint8_t CONTATOR=2, TERMICO=3;
uint8_t candidato=255, anterior=255;
unsigned long desde=0;
bool pronta=false;
void mostrar(uint8_t estado){
 tela.clearDisplay(); tela.setTextColor(SSD1306_WHITE); tela.setTextSize(1);
 tela.setCursor(0,0); tela.print(F("BOMBA 220V / 10CV"));
 tela.setCursor(0,18); tela.setTextSize(2);
 if(estado&2) tela.print(F("FALHA"));
 else if(estado&1) tela.print(F("LIGADO"));
 else tela.print(F("DESLIGADO"));
 tela.setTextSize(1); tela.setCursor(0,43);
 tela.print((estado&2)?F("Termico desarmado"):F("Estado do contator"));
 tela.setCursor(0,55); tela.print(F("Sem medir vazao")); tela.display();
}
void setup(){
 pinMode(CONTATOR,INPUT_PULLUP); pinMode(TERMICO,INPUT_PULLUP);
 Serial.begin(9600); Wire.begin(); Wire.setClock(100000);
 pronta=tela.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC,0x3C);
 if(!pronta) Serial.println(F("Falha na tela; comando independente"));
}
void loop(){
 // Contato NF abre com contator energizado. Termico NA fecha em falha.
 uint8_t estado=(digitalRead(CONTATOR)==HIGH?1:0)|(digitalRead(TERMICO)==LOW?2:0);
 if(estado!=candidato){candidato=estado;desde=millis();}
 if(candidato!=anterior && millis()-desde>=100){
  anterior=candidato;
  if(pronta) mostrar(anterior);
  Serial.println((anterior&2)?F("FALHA TERMICA"):(anterior&1)?F("CONTATOR LIGADO"):F("DESLIGADO"));
 }
}