Seja bem-vindo(a) à pagina do nosso projeto Drop Collision. Aqui vamos explicar em detalhes e também vamos trazer atualizações sobre o nosso projeto.
O que é o projeto?
Trata-se de um projeto de automação para criar fotografias de colisão de gotas de água em alta velocidade.
Abaixo alguns exemplos feitos por outros autores. As imagens contém link para o conteúdo original e o crédito aos autores está logo abaixo de cada foto.
Análise dos equipamentos disponíveis no mercado
Existem atualmente no mercado dois equipamentos sendo comercializados: o MIOPS e o PLUTO Trigger.
O MIOPS é um dispositivo dedicado, que tem como única função a produção de gotas para esse tipo de fotografia, disparando o flash e a câmera de forma sincronizada.
A vantagem é um sistema compacto, que em um único bloco já contém o reservatório, a válvula e o sistema de disparo.
Custo atual de US $169.00 ( R$ 873,44)
Já o PLUTO Trigger é um disparador multifunção, com aplicações diversas, inclusive com a função de captura de gotas.
Pela sua versatilidade, seu custo é mais elevado, na faixa dos US $179.00 (R$ 925,13)
Os valores apresentados têm como referência a cotação do Dólar americano em FEV/2023 e não consideram os custos com frete e impostos de importação.
Objetivos do projeto
- Criar um projeto de baixo custo em relação aos equipamentos comerciais importados, porém com a mesma funcionalidade
- Utilizar componentes disponíveis no mercado brasileiro
- Desenvolver um sistema que seja fácil de operar, não exigindo conhecimentos avançados de engenharia de software ou eletroeletrônica
Equipe
- Erico de Sá: fotógrafo e técnico em automação industrial responsável pela montagem e operação do protótipo.
- Gabriel Lima: engenheiro elétrico responsável pelo projeto do hardware e software
- Luiz Augusto Duarte: carpinteiro responsável pela construção do cavalete
- Martyn Currey: desenvolvedor do aplicativo e do projeto original usado como referência
Orçamento
Para esse projeto foi estimado um orçamento abaixo de R$ 500,00.
A receita para custear este projeto vem do programa de membros apoiadores do canal Lentes & Lentilhas no Youtube, onde os membros fazem contribuições mensais e recebem benefícios exclusivos.
Após a conclusão deste projeto será sorteado entre os membros ativos um quadro impresso com uma das fotografias feitas com o equipamento.
Prestação de contas
Abaixo a lista dos custos com o projeto até o momento (atualizada em 21/04/23)
- Compra dos componentes do hardware na loja Eletrodex: R$ 189,88
- Fonte de alimentação 24 VDC 3A: R$ 22,00
- Protoboard 830 pontos: R$ 22,00
- Válvula solenoide 2/2 vias conexão 1/4″ BSP: R$ 63,16
- Mangueira PU 6mm (2 m): R$ 8,00
- Espigão rosca 1/4″: R$ 21,00
- Cabo RCA: R$ 10,00
- Cabo P1 1,2m para disparo da câmera: R$ 19,90
- Tubos e conexões de PVC para o suporte: R$ 16,00
- Reservatório de água e conexões: R$ 38,96
- Projeto e fabricação da PCI: R$ 815,00
Custo total do projeto
- R$ 1225,00
Funcionamento
O sistema completo é formado pelos seguintes componentes principais:
Processador
O processador é responsável por receber o comando do usuário e acionar a válvula, o flash e a câmera de forma sincronizada. Para esse projeto foi selecionado o Arduino Nano.
Interface de comunicação
Componente responsável por receber o sinal do usuário via aplicativo de smartphone.
Opto acopladores
O opto acoplador é o componente responsável para enviar o sinal do processador até a câmera e o flash, sem que a corrente elétrica do circuito passe pelo equipamento fotográfico, protegendo assim a câmera e o flash de surtos de tensão que podem danificar o equipamento.
Transístor de potência
O transístor de potência é responsável por acionar a válvula ao comando do processador. Como o consumo de energia da bobina solenoide é alto, o uso do transístor tipo MOSFET protege o circuito e permite o rápido acionamento da válvula, sem atraso por acionamento mecânico, caso fosse utilizado um circuito a relé por exemplo.
Válvula
Válvula 2/2 vias simples solenoide com retorno por mola.
Alimentação da bobina em 12 VDC.
Conexões de 1/4″ BSP.
Foi usado engate rápido pneumático para o lado da alimentação e um espigão de latão no orifício de saída pra direcionar as gotas.
Não use espigão de plástico, pois ele não forma gotas perfeitas. Também evite ferro, pois oxida em contato com a água.
Quando comandada pelo processador, a válvula libera as gotas de água de forma sincronizada para criar o efeito desejado.
Lembre-se de limpar a válvula com água e detergente neutro após cada uso. Deixe secar antes de guardar.
Lista de peças
Software
Programa de automação que é carregado na memória do processador para executar os comandos do usuário.
Para desenvolver o software e fazer a transferência para o processador será usado o Arduino IDE.
Com o software instalado é possível enviar o arquivo com as instruções do programa para o processador.
No botão abaixo você baixar o arquivo de instruções pronto. Basta transferir para o Arduino via cabo USB:
Interface Homem Máquina
Ambiente onde o usuário insere os parâmetros e realiza os comandos.
Para a interface homem máquina será usado o aplicativo para Smartphone Android Drop Controller.
No momento, o aplicativo só está disponível na versão para smartphone Android. Baixe o aplicativo direto da loja no botão abaixo:
Componentes auxiliares
- Fonte de alimentação 12 VDC
- Resistores diversos
- Diodos
- LEDs
- Conectores
- Cabos e conectores
- Protoboard (placa de protótipo)
Pack de arquivos
Para facilitar o acesso aos arquivos você pode baixar o pack completo via Google Drive:
Na pasta de instruções há um arquivo com toda a sequência de instalação e onde os arquivos das pastas numeradas a seguir são usados.
Cavalete
Foi desenvolvido um suporte em tubo de PVC para fixar a válvula e o reservatório de água que a alimenta.
O tubo de PVC foi definido como material para construção do suporte por ser de fácil aquisição, custo baixo e também por ser fácil de manipular.
Para a construção do cavalete foram usados 2 metros de tubo de PVC de 1/2″ mais dois cotovelos 90 graus.
A base de madeira para fixação foi feita de material de reaproveitamento.
Reservatório
Foi usada uma garrafa PET com um engate rápido acoplado à tampa. Para facilitar o abastecimento foi removido o fundo da garrafa.
Abaixo você vê o teste de estanqueidade das conexões e a válvula em funcionamento.
Liquido
Para aumentar a viscosidade da água foi usado um espessante chamado Goma Xantana, que pode ser encontrado facilmente em lojas de materiais para confeitaria.
O objetivo é deixar a água um pouco mais densa para melhorar o aspecto do efeito da colisão, produzindo um domo mais largo.
A proporção recomendada é de 1/2 colher de chá de Goma Xantana para cada litro de água morna. Para ajudar a dissolver, bata por alguns minutos no liquidificador. Espere a mistura esfriar antes de usar.
Para deixar o líquido mais turvo acrescente uma pequena quantidade de leite, mas apenas no líquido que fica no reservatório de baixo (o que vai receber as gotas).
Para o reservatório que abastece a válvula, use somente a mistura de água e espessante e algumas gotas de corante líquido se desejar. Não use corantes em pó, pois os grãos não dissolvidos podem fazer a válvula enroscar.
Funcionamento
Descrição do funcionamento
- Parâmetros iniciais
O usuário deverá definir os parâmetros de acionamento da válvula para gerar as gotas e também o tempo de espera para acionamento do flash e da câmera
- Primeira gota
A partir da primeira gota tem início todo o processo. As demais etapas são definidas a partir do acionamento da primeira gota.
- Segunda gota
Deve atingir a coluna de água formada pela queda da primeira gota no reservatório, criando o efeito de coroa desejado.
- Trigger da câmera
Tempo de acionamento para disparar a câmera antes da colisão das gotas. Pode-se configurar o disparo no modo Bulb para não perder o sincronismo
- Trigger do flash
Tempo de acionamento do flash para congelar o movimento. Recomenda-se o uso de speedlight, pois geralmente possuem um disparo por IGBT, um componente eletrônico que permite um disparo ultra rápido da luz para otimizar o efeito de congelar o movimento.
Para intensificar o efeito da colisão, usa-se goma xantana como espessante na água. também pode-se fazer efeitos criativos com leite e corante alimentício.
Diagrama elétrico
Para o nosso projeto vamos usar uma versão simplificada do dropController V3, com apenas uma saída de válvula, uma para o flash e outra para a câmera.
O diagrama elétrico pode ser baixado na figura abaixo:
Próximas etapas do projeto
- ✅Seleção da válvula
- ✅Teste de funcionamento dos componentes
- ✅Montagem do protótipo
- ✅Validação do software
- ✅Teste de comunicação
- ✅Construção do cavalete
- ✅Produção das primeiras fotografias
- ✅Elaboração do circuito impresso
- ✅Soldagem dos componentes
- ✅Montagem em gabinete
Sequência de operação
- Selecionar a opção de 1 gota no aplicativo
- Ajustar o tempo do trigger do flash e da câmera até que a área fotografada esteja iluminada corretamente
- Ajustar o trigger do flash até registrar a gota caindo no líquido
- Aumentar aos poucos o trigger do flash até conseguir registrar a coluna formada pela queda da primeira gota
- Selecionar a opção de 2 gotas no aplicativo
- Ajustar o delay da gota 2 até conseguir registrar a colisão
Configurações de exposição
Material usado:
- Câmera Canon EOS 70D
- Objetiva Canon EF 24-105mm F1:4 L IS USM
- Flash Godox TT685
- Difusor parabólico 7″
- Flashmeter Sekonic L308-X
- Rebatedores de cartão branco
Para o flash foi usado um refletor parabólico de 7″. A ideia de usar um refletor aberto é poder trabalhar com o flash na carga mais baixa possível. Dessa forma, ganha-se profundidade de campo e o efeito de congelar o movimento é intensificado.
Para a série de fotos foi usado o flash com carga de 1/16 e zomm em 200 mm.
O disparo do flash foi feito direto pelo processador, ligado à entrada P2 na lateral do flash.
Apesar de ser usado o flash direto, a luz não ficou dura, pois o objeto fotografado é muito pequeno em relação ao tamanho da área de luz do flash.
Já em relação à câmera foi usado ISO 100, diafragma 11 e 1/10 de tempo de exposição.
O tempo de exposição elevado se justifica pelo fato de que é o flash que faz o efeito de congelar o movimento e é disparado pela saída digital do processador e não direto pela câmera.
Dessa forma fica mais fácil sincronizar a abertura da cortina com o disparo do flash.
A câmera também é disparada pelo processador de forma automática, usando um cabo P1 ligado à entrada do disparador (ver foto). Por isso foi necessário cravar o foco manualmente antes.
Foi colocado um palito de madeira na saída do espigão da válvula para direcionar o local exato da queda da gota no reservatório inferior. Com isso foi possível cravar o foco previamente.
Fotos
Abaixo uma seleção das fotos obtidas nas primeiras sessão do projeto.
Foi feito um teste usando um filtro close up, mas descartamos essa possibilidade devido à má qualidade das imagens.
Todas as fotos feitas usando a Canon EOS 70D.
Fotos feitas com a 24-105mm F 1:4 L IS USM
Fotos feitas com a 100mm Macro F 1:2.8 L IS USM
Foto de uma gota de vinho
Montagem final do controlador no gabinete
Vídeos
