# Sensor Inteligente de Vazamento de Gás ## Integrantes do Grupo | Nome | Matrícula | | --- | --- | | Daniel Rodrigues da Rocha | 211061583 | | Davi Camilo Menezes | 231011220 | | Davi Rodrigues da Rocha | 211061618 | | Gustavo Oki de Freitas Rodrigues Leite | 231034716 | ## 1. Descrição do Produto Selecionado O produto selecionado para estudo é o **Shelly Gas LPG**, um detector inteligente de vazamento de gás liquefeito de petróleo, conhecido no Brasil como gás de cozinha. O dispositivo faz parte da linha de automação residencial da Shelly, e possui como objetivo identificar a presença de gás combustível no ambiente, emitir alertas locais e permitir integração com sistemas inteligentes de monitoramento e automação. #### Imagens do Produto Vista frontal do Shelly Gas LPG Shelly Gas LPG instalado em parede Shelly Gas LPG conectado à tomada Shelly Gas LPG instalado em cozinha #### Especificações técnicas do Shelly Gas LPG - **Fonte de energia**: 110-230V ±10% 50/60Hz CA - **Consumo elétrico**: < 1W - **Tipo de gás detectado**: Gás liquefeito de petróleo - **Temperatura de trabalho**: 0°C a 40°C - **Protocolo de comunicação sem fio**: Wi-Fi 802.11 b/g/n - **Faixa de frequência**: 2400-2500MHz (2,4-2,5GHz) - **Potência do sinal de rádio**: 1mW - **Alcance operacional externo**: Até 50m - **Alcance operacional interno**: Até 30m - **Dimensões (H×W×L) sem plugue**: 90×90×38mm - **Dimensões (H×W×L) com plugue**: 90×90×60mm - **Alarme sonoro**: 70dB (a 1m) - **Conformidade com as normas da UE**: Diretiva RE 2014/53/EU, LVD 2014/35/EU, EMC 2004/108/WE e RoHS2 2011/65/UE ### 1.1. Funções principais, Público-alvo e Contexto de uso A principal função do Shelly Gas LPG é detectar possíveis vazamentos de gás em ambientes internos onde há uso de GLP (gás de cozinha), como cozinhas residenciais, pequenos comércios e locais com botijões ou instalações de gás. Ao identificar uma concentração de gás perigosa (acima dos limites definidos pelo dispositivo), ele irá emitir um alerta sonoro e visual, além de enviar notificações por meio do aplicativo da Shelly, ou de sistemas de automação integrados, como o TapHome. O público-alvo do produto inclui usuários residenciais, pessoas interessadas em automação residencial, pequenos estabelecimentos comerciais e instalações que desejam aumentar a segurança contra vazamentos de gás. Além disso, seu contexto de uso está relacionado à prevenção de acidentes domésticos, monitoramento contínuo do ambiente e integração com sistemas de automação residencial, incluindo comunicação com outros dispositivos Shelly e controle de manipulador de válvula. Entre suas principais funções e características, destacam-se: - Detecção de gás de cozinha no ambiente; - Emissão de alarme sonoro em caso de vazamento; - Indicação visual de estado por meio de iluminação/LED; - Envio de notificações/alertas para aplicativo móvel; - Funcionamento sem necessidade de hub externo; - Integração com sistemas de automação residencial; - Suporte a protocolos de comunicação utilizados em dispositivos IoT; - Possibilidade de associação com outros dispositivos Shelly para automações; - Revestimento resistente a chamas. ### 1.2. Componentes e Sensores utilizados Embora a documentação pública do Shelly Gas LPG não detalhe completamente o circuito interno, a partir das funcionalidades documentadas, é possível identificar os principais blocos funcionais do produto. O sistema é composto, conceitualmente, por: | Bloco funcional | Descrição | |---|---| | **Sensor de gás combustível** | Responsável por detectar a presença de GLP no ambiente | | **Unidade de controle embarcada** | Responsável por processar as leituras do sensor, controlar os estados do dispositivo e gerenciar a comunicação sem fio | | **Módulo Wi-Fi** | Utilizado para conexão com a rede local, aplicativo móvel e sistemas externos | | **Alarme sonoro** | Utilizado para alertar localmente o usuário em caso de detecção de gás | | **Indicador luminoso** | Utilizado para informar estados como funcionamento normal, alerta, erro ou evento de vazamento | | **Circuito de alimentação** | Alimenta o dispositivo diretamente pela rede elétrica | | **Interface de configuração e monitoramento** | Acessada por aplicativo, servidor web embarcado ou integração com automação residencial | ### 1.3. Tecnologias de comunicação e controle embarcadas O Shelly Gas LPG é um dispositivo IoT voltado para automação residencial. Ele possui conectividade Wi-Fi e pode funcionar sem a necessidade de um hub central, conectando-se diretamente à rede local do usuário, onde essa característica permite o envio de notificações, integração com aplicativo móvel e comunicação com outros sistemas de automação. A documentação do fabricante indica que o produto é compatível com Android, iOS e Amazon Alexa. Ele é capaz de operar integrado a outros dispositivos Shelly, assim como em conjunto com sistemas de automação residencial por meio de MQTT, CoAP e REST API, permitindo que o dispositivo seja integrado a servidores domésticos, plataformas de automação e aplicações externas. Do ponto de vista de controle embarcado, o funcionamento do produto pode ser descrito como um sistema baseado em estados. Inicialmente, o dispositivo realiza sua inicialização, autoteste e aquecimento do sensor. Em seguida, entra em modo de monitoramento contínuo. Quando a concentração de gás ultrapassa os limites definidos pelo dispositivo, o sistema muda para um estado de alerta, ativando o alarme sonoro, o indicador luminoso e as notificações configuradas. A documentação da API da Shelly identifica estados como aquecimento do sensor, operação normal, falha, ausência de alarme, vazamento leve, vazamento grave, autoteste e concentração de gás em ppm. Além disso, a documentação de integração da TapHome associa os estados de vazamento leve e grave a concentrações a partir de 1800ppm e 3000ppm, respectivamente. Dessa forma, o Shelly Gas LPG combina sensoriamento ambiental, processamento embarcado, conectividade Wi-Fi e mecanismos locais/remotos de alerta, sendo um exemplo relevante de produto embarcado aplicado à segurança residencial e à automação inteligente. ## 2. Análise Técnica do Funcionamento ### 2.1. Princípio de Detecção: O Sensor Semicondutor de Óxido Metálico O principal elemento do Shelly Gas LPG é o seu sensor de gás combustível, baseado na tecnologia de semicondutores de óxido metálico MOS (*Metal Oxide Semiconductor*), a mesma classe de sensores amplamente documentada na literatura de sistemas embarcados. Esse tipo de sensor é conhecido como quimiorresistivo (*chemiresistor*), pois o princípio de detecção é fundamentado na variação da resistência elétrica do material sensível quando moléculas de gás entram em contato com sua superfície. O elemento sensível é tipicamente composto por uma base cerâmica de óxido de alumínio revestida com dióxido de estanho (SnO₂), encapsulada em uma malha de aço inoxidável. Na parte interna, seis terminais de conexão são divididos entre dois responsáveis pelo aquecimento do elemento e quatro destinados ao sinal de saída. O processo de detecção ocorre em três etapas sequenciais: 1. **Aquecimento e adsorção de oxigênio:** um elemento de aquecimento embutido mantém a camada sensível em temperatura elevada de forma contínua. Esse aquecimento permite que o material reativo absorva moléculas de oxigênio do ar ambiente, formando íons de oxigênio em sua superfície, que ficam disponíveis para reagir com os gases combustíveis presentes; 2. **Reação com o gás:** quando moléculas de GLP (propano e butano) entram em contato com a superfície aquecida, reagem com os íons de oxigênio adsorvidos. Essa reação química reduz a barreira de potencial superficial do SnO₂, aumentando a condutividade elétrica do material e, consequentemente, diminuindo sua resistência; 3. **Leitura da variação de resistência:** a unidade de controle embarcada monitora continuamente essa resistência por meio de um divisor de tensão. A concentração de gás no ambiente é inferida a partir da razão Rs/Ro, sendo Rs a resistência medida em presença de gás e Ro a resistência medida em ar limpo de referência. O Shelly Gas LPG, sendo um produto certificado, incorpora uma versão miniaturizada e industrializada desse princípio, com curvas de sensibilidade calibradas especificamente para a faixa de concentração do GLP. A sensibilidade de alarme do dispositivo é fixada em 6% do Limite Inferior de Explosividade (LEL), ou seja, o alarme é acionado quando a concentração de GLP no ambiente atinge 6% da concentração mínima capaz de provocar ignição. > **Posicionamento físico:** como o GLP (propano e butano) é mais denso que o ar, ele tende a acumular-se nas regiões mais baixas do ambiente. Por isso, a variante LPG do Shelly Gas deve ser instalada próxima ao piso, ao contrário da variante CNG (gás natural/metano), que é menos densa e sobe, devendo ser instalada próxima ao teto. ### 2.2. Ciclo de Vida do Firmware: Máquina de Estados O funcionamento embarcado do Shelly Gas LPG é como uma máquina de estados finitos. A API CoAP do dispositivo expõe formalmente quatro estados possíveis para o sensor: `unknown`, `warmup`, `normal` e `fault`; e cinco estados para o alarme: `unknown`, `none`, `mild`, `heavy` e `test`. A sequência de operação após energização segue o fluxo abaixo: - **Estado 1: `warmup` (aquecimento):** Ao ser ligado à tomada, o sensor inicia o aquecimento de sua pastilha, sinalizando esse estado com dois bipes curtos por segundo. Quando o aquecimento é concluído com sucesso, o dispositivo emite um bipe longo por segundo, indicando que passou para o modo de operação normal. Em caso de falha do sensor, o dispositivo emite um bipe longo contínuo até que a condição de falha seja recuperada. - **Estado 2: `normal` (monitoramento contínuo):** A leitura de concentração de gás é atualizada e disponibilizada via `/status` a cada 15 segundos. Durante o aquecimento, o campo `concentration.is_valid` retorna `false`, indicando que a leitura ainda não é confiável. - **Estado 3: alarme `mild` ou `heavy` (detecção de vazamento):** Quando a concentração de gás no ambiente atinge ou supera 1800 ppm, o sistema aciona o alarme leve (*mild*). Quando a concentração atinge ou supera 3000 ppm, o sistema passa para o alarme grave (*heavy*). Esses limites são fixos e não podem ser alterados pelo usuário. Em ambos os casos de alarme, o dispositivo ativa simultaneamente o buzzer sonoro (≥70 dB), o indicador LED piscante, as notificações push pelo aplicativo e, se conectado ao acessório manipulador de válvula, a saída física de controle de 11–13 V, 500 mA. - **Estado 4: `fault` (falha do sensor):** Se o campo `gas_sensor.sensor_state` retornar `fault` na resposta `/status`, o sensor pode precisar de substituição. O estado de falha pode ocorrer por envelhecimento do elemento sensível ou por condições adversas de operação. - **Estado 5: `test` (autoteste):** O dispositivo suporta um procedimento de autoteste, ativável via API ou pelo aplicativo Shelly, que verifica o funcionamento do sensor e do buzzer sem necessidade de exposição real ao gás. Uma resposta típica do endpoint `/status` em condições normais de operação inclui os campos: `gas_sensor.sensor_state: "normal"`, `gas_sensor.alarm_state: "none"`, `concentration.ppm: 0`, `concentration.is_valid: true` e `valves[0].state: "not_connected"` quando nenhuma válvula externa está conectada. ### 2.3. Arquitetura de Comunicação e Protocolos IoT O Shelly Gas LPG opera como um dispositivo IoT de primeira geração (Gen1) da Shelly, identificado pelo modelo **SHGS-1**. Ele se conecta diretamente à rede Wi-Fi local do usuário sem necessidade de hub ou central de automação, monitorando a concentração de gás de forma contínua e disparando alarmes sonoros e visuais quando os limiares são ultrapassados. A camada de comunicação suporta três protocolos simultâneos: - **REST API (HTTP):** o dispositivo possui um servidor HTTP embarcado que serve tanto a interface de configuração quanto a API de status. O endpoint `/status` retorna os dados do sensor em formato JSON, incluindo estado do sensor, estado do alarme, concentração em ppm e estado de conectividade Wi-Fi, nuvem e MQTT; - **CoAP (Constrained Application Protocol):** protocolo leve de comunicação máquina-a-máquina, ideal para redes restritas. Dispositivos Shelly Gen1 usam CoAP na porta UDP padrão 5683, o que permite integração nativa com plataformas como o Home Assistant sem necessidade de autenticação adicional; - **MQTT (Message Queuing Telemetry Transport):** protocolo adotado em sistemas IoT por oferecer comunicação leve, de baixa latência e otimizada para redes restritas, garantindo entrega confiável de mensagens em sistemas de monitoramento distribuídos. O Shelly Gas LPG pode ser configurado para publicar seus estados em um broker MQTT local, permitindo operação completamente offline sem dependência da nuvem Shelly. O dispositivo é compatível com Android, iOS e Amazon Alexa, além de servidores de automação residencial via MQTT, CoAP e REST API. Essa combinação permite tanto a integração com o ecossistema proprietário da Shelly quanto a adoção em plataformas abertas como o Home Assistant e o Node-RED. ### 2.4. Saída Física de Controle e Atuação Ativa Além dos alertas digitais, o Shelly Gas LPG dispõe de uma saída física de controle tipo jack. Essa saída fornece 11–13 V com corrente máxima de 500 mA, destinada ao acionamento do acessório SHELLY GAS ADDON MANIPULATOR, uma válvula solenoide que, ao ser ativada, interrompe mecanicamente o fluxo de gás na tubulação. Essa arquitetura de segurança em dupla camada (digital com notificação remota e física pelo corte do gás) é consistente com as práticas documentadas na literatura de sistemas IoT de segurança residencial. Sistemas embarcados de segurança contra vazamento tipicamente combinam a leitura do sensor com o acionamento de um atuador físico (servo motor ou válvula solenoide) para interromper o suprimento de gás na fonte do vazamento, em paralelo aos alertas visuais e sonoros para os ocupantes. O aplicativo Shelly exibe o valor atual da concentração em ppm, a data e hora da última detecção e o estado (aberta ou fechada) da válvula conectada. Um gráfico histórico das últimas 24 horas de concentração também está disponível, permitindo o monitoramento retrospectivo do ambiente. ### 2.5. Limitações Técnicas Inerentes ao Design A análise técnica do funcionamento do Shelly Gas LPG revela também algumas limitações estruturais relevantes para o contexto deste estudo: - **Dependência de rede elétrica contínua:** o dispositivo não possui bateria de backup. Sensores de óxido metálico semicondutor requerem aquecimento contínuo de seu elemento sensível para que a reação química de detecção ocorra corretamente. Isso inviabiliza o uso exclusivo de bateria como fonte primária por longos períodos. Em caso de queda de energia, o monitoramento é interrompido; - **Tempo de aquecimento inicial:** o período de warmup após energização, durante o qual `concentration.is_valid` retorna `false`, representa uma janela de vulnerabilidade em que eventuais concentrações de gás preexistentes no ambiente não são detectadas; - **Limiares fixos de alarme:** os limites de 1800 ppm para alarme leve e 3000 ppm para alarme grave são fixos no firmware e não podem ser alterados. Isso limita a personalização do sistema para ambientes com características específicas; - **Detecção exclusiva de GLP:** o modelo LPG não detecta monóxido de carbono (CO) nem gás natural (CH₄), restringindo sua aplicação a ambientes com uso exclusivo de gás de cozinha em botijão; - **Concorrência de conexões HTTP:** dispositivos Shelly Gen1 suportam apenas 2 conexões HTTP simultâneas. Se múltiplos sistemas realizarem polling simultâneo ao mesmo dispositivo, a comunicação pode se tornar instável. ## 3. Proposta de Reprodução com ESP32 ### 3.1. Descrição Conceitual de Implementação A proposta deste trabalho é reproduzir, em escala acadêmica, o comportamento essencial do Shelly Gas LPG utilizando uma ESP32 como unidade central de controle. A meta não é ampliar o escopo do produto com novos tipos de gás ou sensores de conforto ambiental, mas preservar suas funções centrais: detectar GLP, emitir alarme local imediato, disponibilizar status pela rede local e acionar uma saída física de corte de gás. Como o produto de referência é dedicado exclusivamente ao GLP e não possui bateria de backup, display integrado, sensor de temperatura ou detector de chama, a reprodução deve seguir a mesma linha: um sensor de gás compatível com GLP como elemento principal, ESP32 para processamento, buzzer e LED para sinalização e um estágio de acionamento para a válvula solenóide do manipulador Shelly. **Base funcional do protótipo:** - **Sensor de Gás compatível com GLP**: elemento central de detecção do vazamento. - **ESP32**: leitura do sensor, decisão de alarme e comunicação sem fio. - **Buzzer Ativo**: alarme sonoro local em caso de risco. - **LED Indicador**: indicação visual dos estados normal, aquecimento, alerta e falha. - **Relé ou estágio de acionamento**: controle da válvula solenóide de corte do gás. **Integração e monitoramento:** - **Wi-Fi**: conexão direta sem hub externo. - **REST API, MQTT e CoAP**: exposição do estado do sistema e integração com automação residencial. - **Interface simples de diagnóstico**: visualização do status, da concentração estimada e da saída de controle. Na versão final do protótipo, sensores auxiliares como temperatura ou chama podem ser usados apenas em bancada para validação experimental, sem alterar a função principal do sistema. ### 3.2. Lógica de Funcionamento O funcionamento proposto segue a mesma lógica de estados observada no Shelly Gas LPG: 1. A ESP32 inicializa o sensor e entra em warmup, marcando o período de estabilização. 2. Após a estabilização, o sistema passa para normal e realiza leituras contínuas do gás. 3. Quando o valor medido ultrapassa o primeiro limiar, o sistema entra em alerta leve e aciona buzzer e LED. 4. Se a concentração continuar subindo, o sistema entra em alerta grave e também aciona a válvula de corte. 5. Em caso de falha do sensor, o firmware sinaliza fault e bloqueia a atuação automática até a recuperação ou substituição. 6. O modo test pode ser executado pela interface de software para verificar buzzer, LED e relé sem exposição real ao gás. Essa estratégia mantém o comportamento local prioritário e deixa a conectividade remota como apoio, não como dependência para o alarme. ### 3.3. Diagrama Conceitual do Sistema ```mermaid flowchart LR GAS[Sensor de Gás GLP] --> ESP[ESP32] ESP --> BUZ[Buzzer] ESP --> LED[LED Indicador] ESP --> REL[Relé / Driver de Potência] REL --> VAL[Válvula Solenóide de Corte] ESP --> NET[Wi-Fi / MQTT / CoAP / REST API] ``` ### 3.4. Limitações e Desafios Esperados - **Calibração do sensor de gás**: sensores semicondutores sofrem influência de temperatura, umidade e envelhecimento. - **Tempo de aquecimento**: o sensor precisa de estabilização antes de fornecer leitura confiável. - **Falsos positivos**: vapores de cozimento e produtos de limpeza podem elevar a leitura. - **Dependência de energia contínua**: sem bateria de backup, a reprodução também fica vulnerável a quedas de energia, como o produto original. - **Posicionamento físico**: o sensor precisa ser instalado na região adequada para GLP, próximo ao piso. - **Escopo deliberadamente restrito**: o sistema monitora GLP, sem ampliar a detecção para CO, CH4 ou outros gases. ## 4. Pesquisa bibliográfica e tecnológica ### 4.1. Artigos que viabilizam o produto #### Artigo 1: IoT-Based Integrated Household Gas Monitoring System - **DOI:** 0.1109/NIGERCON62786.2024.10927297 - **Fonte:** [IEEE Xplore (Clique e Acesse o Artigo)](https://ieeexplore.ieee.org/document/10927297) O artigo apresenta o desenvolvimento de um sistema embarcado inteligente voltado para o monitoramento residencial de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). A pesquisa aborda uma solução integrada e de baixo custo que resolve lacunas comuns em sistemas tradicionais, os quais costumam focar puramente na segurança básica de detecção sem oferecer gerenciamento ativo de consumo. O protótipo proposto utiliza uma abordagem de hardware dedicada a mitigar riscos severos de vazamentos e acidentes domésticos, garantindo eficiência energética e sustentabilidade no uso do combustível. No âmbito dos sistemas embarcados, o trabalho fundamenta-se em uma arquitetura robusta cujo núcleo de processamento é composto exclusivamente pelo microcontrolador ESP32. O dispositivo atua na leitura e interpretação de sinais analógicos e digitais provenientes de uma malha de sensores. Para a identificação de vazamentos, emprega-se o sensor semicondutor MQ6; já para o monitoramento do volume restante, utiliza-se uma célula de carga de compressão de 20 kg integrada a uma Ponte de Wheatstone em CC desbalanceada e ao circuito integrado amplificador HX711, viabilizando a medição precisa da massa do botijão em tempo real. A aplicação prática do sistema destaca a versatilidade e a conectividade nativa do ESP32 através da plataforma Blynk IoT, eliminando a dependência de hubs centrais adicionais. Quando o nível de gás em partes por milhão (PPM) excede o limiar de segurança programado, o microcontrolador executa rotinas de segurança imediatas. Isso inclui o acionamento físico de um servo motor acoplado a uma válvula de esfera para o fechamento automático do fluxo de gás, além do envio de notificações em tempo real e alertas por e-mail para o smartphone do usuário. Os testes experimentais demonstraram um desempenho altamente confiável, registrando uma taxa de precisão igual ou superior a 90% na detecção de falhas e vazamentos. O tempo de resposta automatizado para o bloqueio da válvula foi de 60 segundos conforme a lógica embutida, operando de forma estável sob uma fonte de alimentação baseada em bateria LiPo de 7.4V regulada por um conversor Buck-Boost. O algoritmo embarcado também se provou eficiente no rastreamento contínuo do padrão de consumo de combustível, validando o ecossistema de software e hardware. Esta referência é de suma importância para a pesquisa de Tecnologias Viabilizadoras do nosso projeto de detecção de vazamentos, pois comprova cientificamente a viabilidade de implementar uma lógica completa de segurança e IoT utilizando exclusivamente o ESP32. O artigo detalha as equações de calibração do ADC (utilizando a resolução nativa de 4096 do ESP32 sob $3.3\text{ V}$) e as curvas de conversão da razão de resistência ($R_s/R_o$) para o cálculo exato de PPM de gás, servindo como uma base metodológica e matemática para o desenvolvimento do firmware do nosso próprio produto funcional. #### Artigo 2: An IoT based System for Domestic Air Quality Monitoring and Cooking Gas Leak Detection for a Safer Home - **DOI:** 10.1109/ICCSP48568.2020.9182051 - **Fonte:** [IEEE Xplore (Clique e Acesse o Artigo)](https://ieeexplore.ieee.org/document/9182051) O artigo apresenta o desenvolvimento de um sistema IoT de baixo custo voltado ao monitoramento da qualidade do ar em ambientes domésticos e à detecção de vazamentos de gases utilizados em cozinhas, como LPG/GLP e CNG/GNV. A proposta parte da necessidade de monitorar ambientes internos, nos quais a presença de gases nocivos, fumaça ou vazamentos de combustíveis pode representar riscos à saúde e à segurança dos usuários. Nesse sentido, o texto se relaciona diretamente com produtos como o Shelly Gas LPG, cuja função principal é identificar a presença de gás combustível no ambiente e emitir alertas locais e remotos ao usuário. No contexto de sistemas embarcados, o artigo é relevante por utilizar sensores da família MQ, como MQ-135, MQ-2 e MQ-6, para detectar diferentes gases presentes no ambiente. Esses sensores são importantes para sistemas de detecção de gás porque transformam alterações químicas do ambiente em sinais elétricos, os quais podem ser processados por uma unidade de controle. No caso de uma reprodução com ESP32, essa mesma lógica pode ser aplicada por meio da leitura dos valores fornecidos por um sensor de gás conectado ao microcontrolador, permitindo classificar o ambiente em estados como normal, atenção ou alerta. A aplicação proposta no artigo envolve a coleta contínua de dados ambientais em espaços internos, com foco em gases prejudiciais e possíveis vazamentos de combustíveis domésticos. Essa abordagem se aproxima da lógica funcional do Shelly Gas LPG, que atua como um sistema embarcado de monitoramento contínuo, combinando sensoriamento ambiental, processamento local, alerta e comunicação IoT. Embora o produto do artigo possua sua própria arquitetura interna, além de também realizar o monitoramento da qualidade do ar, algo que não será trabalhado no projeto, a tecnologia estudada ajuda a compreender como sensores simples podem viabilizar a detecção de gases em sistemas inteligentes. A principal contribuição do artigo para o projeto está na fundamentação da etapa de sensoriamento. Ele demonstra que sensores de baixo custo da família MQ podem ser utilizados em soluções domésticas de monitoramento ambiental e detecção de vazamento de gás. Logo, o trabalho serve como base para justificar o uso de sensores como MQ-2, MQ-5 ou MQ-6 em uma reprodução conceitual do Shelly Gas LPG com ESP32, buzzer, LED de alerta e comunicação Wi-Fi. #### Artigo 3: LPG gas leakage detection system using IoT - **DOI:** 10.1016/j.matpr.2022.11.172 - **Fonte:** [ScienceDirect — *Materials Today: Proceedings* (Clique e Acesse o Artigo)](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214785322070225) O artigo apresenta o desenvolvimento de um protótipo funcional de baixo custo voltado para a detecção de vazamentos de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) em ambientes residenciais. O trabalho, desenvolvido por pesquisadores da Universidade Siksha 'O' Anusandhan (Índia), aborda a necessidade de superar as limitações dos sistemas de detecção tradicionais, que geralmente operam de forma passiva sem acionar respostas automáticas de mitigação. A solução proposta integra detecção, alarme e controle ambiental em um único sistema embarcado. No âmbito dos sistemas embarcados, o núcleo de processamento do protótipo é o microcontrolador ATMEGA328p (base da plataforma Arduino), que realiza a leitura analógica dos dados provenientes do sensor de gás semicondutor MQ-6 (componente amplamente utilizado para detecção de GLP por sua sensibilidade seletiva a propano e butano). O firmware embarcado é responsável por interpretar os níveis de concentração captados e tomar decisões autônomas com base em limiares de segurança predefinidos, sem necessidade de intervenção humana. Ao detectar uma concentração de gás acima do valor crítico, o microcontrolador executa um conjunto coordenado de respostas automáticas: aciona o sistema de alarme sonoro para alertar os ocupantes do ambiente, ativa o módulo GSM para o envio de mensagens SMS de notificação ao usuário, e aciona um relé que liga o exaustor, reduzindo ativamente a concentração de gás no cômodo. Essa orquestração de múltiplos atuadores a partir de um único controlador embarcado demonstra a viabilidade de arquiteturas de segurança completas em plataformas de microcontroladores de baixo custo. Este artigo é relevante como tecnologia viabilizadora do nosso projeto, pois documenta e valida a cadeia completa de detecção-decisão-atuação utilizando componentes acessíveis. Em especial, detalha as características elétricas do sensor MQ-6 e sua interface com o conversor analógico-digital (ADC) do microcontrolador, além de apresentar a lógica de acionamento de atuadores via relés — base metodológica diretamente aplicável ao desenvolvimento do firmware e do circuito de hardware do nosso produto funcional. #### Artigo 4: Development of LPG Leakage Simulation System Integrated with the Internet of Things (IoT) - **DOI:** 10.1109/CSPA55076.2022.9781880 - **Fonte:** [IEEE Xplore (Clique e Acesse o Artigo)](https://ieeexplore.ieee.org/document/9781880) O artigo apresenta o desenvolvimento e a simulação de um sistema inteligente de detecção de vazamento de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) integrado à Internet das Coisas (IoT). Desenvolvido por pesquisadores da Universiti Teknologi MARA (Malásia), o estudo aborda o alto risco de fatalidades e explosões causadas por vazamentos não detectados em residências e comércios. A solução proposta busca superar a dependência de sistemas de alarme puramente locais e passivos, integrando o monitoramento contínuo do ambiente a uma plataforma de comunicação sem fio para enviar alertas remotos aos usuários em tempo real. No escopo dos sistemas embarcados, a arquitetura do projeto é centralizada em um microcontrolador Arduino Uno, que recebe e processa os sinais analógicos de um sensor semicondutor de gás MQ-2, conhecido por sua alta sensibilidade a propano e butano. Para validar a lógica de funcionamento e a viabilidade do produto, os autores construíram um ambiente de simulação rigoroso (utilizando o software Proteus) onde a concentração real do gás em partículas por milhão (ppm) foi correlacionada a variações de resistência elétrica. O firmware foi programado para avaliar a leitura em três estágios contínuos (baixo, médio e alto), estabelecendo um limite de perigo crítico e tolerância para concentrações que ultrapassem os 1000 ppm. Ao identificar uma anomalia que exceda os limiares de segurança, o microcontrolador orquestra automaticamente uma dupla camada de proteção e aviso: localmente, ele aciona imediatamente indicadores visuais em painel (LEDs) e um alarme sonoro (buzzer); remotamente, o sistema utiliza um módulo Wi-Fi ESP8266 embarcado para se conectar à internet e disparar notificações instantâneas para o smartphone do usuário através do aplicativo Blynk. Este artigo se consolida como uma referência valiosa para a etapa de aplicação do projeto, pois valida a eficiência da arquitetura IoT combinando sensores da série MQ com módulos Wi-Fi, servindo como base para o desenvolvimento das lógicas de alerta, faixas de ppm e comunicação em nuvem do produto funcional. ### 4.2. Artigos que aplicam ou usam o produto #### Artigo 1: Elevating Gas Safety Standards: ESP32-based Detection Systems with Blynk Integration - **DOI:** 10.1109/TENSYMP61132.2024.10752183 - **Fonte:** [IEEE Xplore (Clique e Acesse o Artigo)](https://ieeexplore.ieee.org/document/10752183) O artigo apresenta a modelagem e a implementação prática de uma aplicação IoT escalável voltada para o monitoramento em tempo real e a mitigação de riscos associados a vazamentos de gases inflamáveis. O trabalho contextualiza a aplicação justificando a necessidade de superar limitações de plataformas de nuvem tradicionais (como ThingSpeak e Arduino Cloud), que comumente apresentam alta latência e restrições no número de dispositivos conectados simultaneamente. A solução proposta mitiga esses problemas ao focar em um ambiente residencial ou comercial com monitoramento multiambientes centralizado. No contexto de sistemas embarcados e engenharia de aplicação, o produto foi validado através de unidades de detecção independentes operando em paralelo. Cada nó de processamento é gerenciado por um microcontrolador ESP32, que foi selecionado devido ao seu baixo custo, eficiência de processamento e, fundamentalmente, pela presença do módulo de conectividade Wi-Fi integrado seguindo os padrões 802.11. Em termos de fiação e arquitetura de hardware, o microcontrolador realiza a amostragem contínua de dados analógicos gerados por uma matriz de três sensores da série MQ colocados estrategicamente em um ambiente. O circuito do protótipo também incorpora sinalizadores visuais emissores de luz (LEDs) e um alarme sonoro (buzzer ativo) acionados por portas de saída digitais. A dinâmica de operação e automação do produto ocorre de maneira local e remota. Quando o nível de gás quantificado pelos sensores ultrapassa um limiar de segurança predefinido no firmware do ESP32, o sistema dispara imediatamente os alertas físicos no local (buzzer e luzes) para avisar os ocupantes. Simultaneamente, uma rotina de controle físico é ativada para acionar um servo motor responsável por rotacionar e fechar a válvula de alimentação, interrompendo o suprimento de gás na origem do vazamento. Como medida adicional de segurança física e engenharia ambiental, o circuito também ativa exaustores de ar para purgar os gases acumulados e limpar a atmosfera do cômodo afetado. A integração com a plataforma Blynk IoT atua como a interface de software do sistema, permitindo que os múltiplos módulos do ESP32 transmitam variáveis de densidade de gás via Wi-Fi para um servidor em nuvem. O aplicativo móvel desenvolvido centraliza os dados, oferecendo um dashboard que discrimina os níveis de gás por cômodo e o sensor exato que originou a anomalia. Uma das principais vantagens práticas demonstradas na aplicação foi a robustez do sistema de notificações push, programado para enviar alertas repetidos para o smartphone do usuário a cada 5 segundos até que a situação de perigo seja normalizada ou contida. Este artigo contribui diretamente para a nossa vertente de Aplicação e Uso do Produto, fornecendo um caso prático de sucesso na implementação de segurança contra vazamentos com o ESP32. Ele valida o uso do ecossistema Blynk como uma solução viável para comunicação de dados e gerenciamento de alarmes críticos. Além disso, a arquitetura com foco em múltiplas tarefas coordenadas — combinando a leitura de múltiplos sensores com o acionamento simultâneo de buzzer, sinalização visual, servo motor e exaustores através de relés — fornece um modelo funcional robusto de como estruturar a lógica de automação e controle para o firmware do nosso projeto. #### Artigo 2: IoT Gas Leakage Detection, Alert, and Gas Concentration Reduction System - **DOI:** 10.1109/ISCAIE54458.2022.9794559 - **Fonte:** [IEEE Xplore (Clique e Acesse o Artigo)](https://ieeexplore.ieee.org/document/9794559) O artigo apresenta o desenvolvimento de um sistema IoT voltado à detecção, alerta e redução da concentração de gás em casos de vazamento de GLP. A pesquisa parte do problema de que o gás de cozinha é amplamente utilizado em ambientes domésticos e industriais, mas apresenta alto risco por ser extremamente inflamável, onde vazamentos não identificados rapidamente podem causar acidentes graves, danos materiais e riscos à vida dos usuários. Com isso, o trabalho se relaciona diretamente com produtos como o Shelly Gas LPG, cuja função principal é monitorar continuamente o ambiente e emitir alertas quando há presença de gás liquefeito de petróleo. No âmbito de sistemas embarcados, o artigo utiliza uma arquitetura baseada em sensor MQ-6 e NodeMCU com módulo Wi-Fi ESP8266. O sensor MQ-6 é responsável por detectar a presença de gases como metano, butano e outros gases derivados de petróleo, enquanto o microcontrolador interpreta os sinais do sensor e executa ações automáticas quando o nível de gás ultrapassa o limite definido. Essa estrutura é semelhante à proposta de reprodução do Shelly Gas LPG com ESP32, na qual um sensor de gás seria lido por um microcontrolador, que classificaria o estado do ambiente e acionaria alertas locais e remotos. A aplicação prática do sistema se destaca por não se limitar apenas à detecção. Quando o vazamento é identificado, o sistema aciona um relé responsável por ligar um exaustor, com o objetivo de reduzir a concentração de gás no ambiente. Ao mesmo tempo, o sistema envia uma notificação ao usuário por meio de um aplicativo e transmite os dados pela internet para uma base de dados, o que permite que as informações sejam acessadas remotamente. Essa combinação de detecção, alerta e ação de contenção aproxima o texto de soluções comerciais inteligentes de segurança residencial. A principal contribuição do artigo para o projeto está na demonstração de uma aplicação prática e completa de segurança contra vazamentos de gás. Ele mostra como sensores simples, conectividade IoT, acionamento de atuadores e interface com aplicativo podem ser combinados em um sistema embarcado funcional. Para o protótipo inspirado no Shelly Gas LPG, o estudo ajuda a justificar a implementação de estados como "normal", "alerta" e "perigo", além do uso de buzzer, LED, display, comunicação Wi-Fi e relé para simular uma resposta automática, como acionamento de um mecanismo de segurança. Dessa forma, o artigo é adequado para a seção de aplicação/uso do produto, pois como dito anteriormente, ele apresenta um caso prático de detector inteligente de vazamento de gás com monitoramento remoto e ação automática, e mesmo que utilize NodeMCU/ESP8266 em vez de ESP32, a arquitetura pode ser adaptada para o ecossistema ESP32, mantendo a mesma lógica de sensoriamento, processamento embarcado, comunicação e atuação. #### Artigo 3: IoT-Based System for Detecting and Monitoring LPG Leaks in Residential Settings - **DOI:** 10.3390/engproc2025115009 - **Fonte:** [MDPI — *Engineering Proceedings* (Clique e Acesse o Artigo)](https://www.mdpi.com/2673-4591/115/1/9) O artigo apresenta o projeto, implementação e validação de um sistema IoT para detecção precoce e monitoramento contínuo de vazamentos de GLP em residências, desenvolvido por pesquisadores de universidades do Equador e apresentado na XXXIII Conferência de Engenharia Elétrica e Eletrônica (2025). O trabalho contextualiza a problemática por dados concretos: no Equador, 92% das residências utilizam GLP como fonte primária de energia, e apenas em 2022 a capital Quito registrou mais de 200 emergências por vazamento, evidenciando a necessidade urgente de sistemas acessíveis e replicáveis de segurança doméstica. No âmbito de sistemas embarcados e arquitetura IoT, cada nó do sistema é composto por um microcontrolador ESP32 integrado ao sensor MQ-5, escolhido por sua alta sensibilidade ao GLP. O ESP32 foi selecionado devido ao seu baixo consumo energético, núcleo de processamento dual-core e módulos nativos de Wi-Fi e Bluetooth, que permitem executar simultaneamente as tarefas de aquisição de dados e comunicação sem hardware adicional. A transmissão dos dados ocorre via protocolo MQTT (*Message Queuing Telemetry Transport*), adotado por sua leveza, baixa latência e eficiência em aplicações IoT distribuídas. A arquitetura do sistema opera em dois níveis: localmente, um servidor Raspberry Pi 4 hospeda o broker MQTT (Mosquitto), o banco de dados (MariaDB) e a interface de visualização (Grafana); na versão escalável, toda essa infraestrutura é migrada para a nuvem (Google Cloud), mantendo a mesma lógica de comunicação. Quando a concentração de GLP ultrapassa o limiar crítico de 2000 ppm (definido com base na norma EN 60079-29-1 e em testes controlados com o protótipo), o ESP32 aciona automaticamente um servo motor para fechar a válvula de gás e envia notificações imediatas ao usuário via Telegram. Os testes de desempenho validaram a robustez da solução: o tempo de resposta desde a detecção até o armazenamento e visualização do dado foi inferior a 2 segundos em todas as medições, e a disponibilidade média do serviço atingiu 89,48% em janelas contínuas de 24 horas. Este artigo contribui diretamente para a vertente de Aplicação e Uso do Produto, fornecendo um caso de sucesso na integração de sensores da série MQ, microcontroladores ESP32, protocolo MQTT e infraestrutura em nuvem (pilares técnicos idênticos aos do nosso projeto) e oferecendo métricas concretas de latência e disponibilidade como referência de desempenho. #### Artigo 4: IoT-based system to detect and control natural gas leaks in residential kitchens - **DOI:** 10.11591/ijeecs.v35.i2.pp761-778 - **Fonte:** [IJEECS (Clique e Acesse o Artigo)](https://ijeecs.iaescore.com/index.php/IJEECS/article/view/35477) O artigo apresenta o design e a implementação de um sistema IoT focado na detecção e extração de gás natural em cozinhas residenciais, desenvolvido para mitigar a alta incidência de acidentes na área urbana de Lima, no Peru. O trabalho busca superar as limitações de sistemas convencionais que apenas emitem alertas sonoros locais, propondo uma solução abrangente que previne ativamente incêndios e explosões causados por vazamentos. A solução proposta combina o monitoramento contínuo do ambiente com um conjunto de respostas automatizadas de mitigação física baseadas na severidade do risco. No escopo de hardware e sistemas embarcados, o núcleo de processamento do protótipo é o microcontrolador ESP32, escolhido em substituição ao Arduino UNO devido ao seu maior poder de processamento e, fundamentalmente, pela sua conectividade Wi-Fi nativa. O ESP32 realiza a leitura contínua dos dados provenientes do sensor eletroquímico MQ5, que foi devidamente calibrado para detectar a concentração de gás natural no ambiente. O firmware embarcado foi estruturado para avaliar as leituras em três limiares de segurança predefinidos (baixo, médio e alto), permitindo que o microcontrolador tome decisões autônomas sem a necessidade de intervenção humana imediata. Ao detectar concentrações de gás que ultrapassam os limites de segurança, o microcontrolador executa um conjunto coordenado de respostas automáticas: em nível baixo, aciona um alarme sonoro; em nível médio, ativa exaustores e ventiladores para dissipar o gás; e em nível crítico, aciona a chave térmica para interromper o fornecimento de energia da cozinha, eliminando o risco de faíscas. Todo esse acionamento de potência é isolado e controlado por meio de optoacopladores e triacs integrados ao circuito. Paralelamente, o sistema opera integrado à plataforma IoT Cayenne, enviando dados em tempo real para a nuvem e permitindo que o usuário monitore o status do ambiente ou acione atuadores remotamente por meio de uma interface móvel. ## 5. Comparativo com Produtos Similares ### 5.1. Produtos selecionados para comparação Para subsidiar o posicionamento estratégico e a consolidação do projeto do Sensor Inteligente de Vazamento de Gás (denominado comercialmente SG-Pro como dispositivo de referência), foi conduzida uma ampla varredura tecnológica no mercado nacional e internacional de segurança doméstica e automação residencial. O objetivo desta análise é mapear as especificações de hardware, os protocolos de rede, as arquiteturas elétricas e as capacidades de mitigação de riscos dos principais concorrentes ativos. Foram selecionados cinco produtos representativos de diferentes vertentes de engenharia para estabelecer o comparativo direto: O primeiro concorrente analisado é o **Intelbras IDG 620**, um detector de gás inteligente integrado à linha Izy Smart e Mibo Smart da fabricante brasileira Intelbras. Este dispositivo utiliza o protocolo de comunicação ZigBee $2,4\text{ GHz}$. Essa escolha de protocolo exige obrigatoriamente a presença de uma central de automação dedicada (como o Hub ICA 1001) para traduzir os pacotes de rede locais e viabilizar as notificações em tempo real no aplicativo móvel do usuário. O modelo é alimentado por uma entrada contínua de $12\text{ V}$ e requer posicionamento estrito a pelo menos $3\text{ metros}$ de distância de fogões ou aquecedores. O segundo produto avaliado é o **Geonav HISSGL**, pertencente à linha de soluções inteligentes Hi by Geonav. Ao contrário do modelo da Intelbras, o sensor da Geonav opera através de conexão direta com a rede sem fio Wi-Fi na frequência de $2,4\text{ GHz}$ sob o padrão $802.11\text{b/g/n}$, dispensando gateways adicionais. Com alimentação bivolt direta por cabo de energia, o HISSGL destaca-se por incorporar uma saída física de controle de $12\text{ V}$ para conexão a válvulas solenoides de bloqueio de fluxo de gás. O terceiro dispositivo selecionado é o **Xiaomi Mijia Honeywell Gas Leak Detector (Modelo JT-BF-03MI/AW)**, fruto de um esforço conjunto de co-engenharia entre a Xiaomi e a Honeywell. O aparelho possui alto nível de especialização no monitoramento de metano ($CH_4$). Sua conectividade de rede engloba Wi-Fi $2,4\text{ GHz}$ e Bluetooth 4.2. Ele possui uma função exclusiva de gateway Bluetooth integrado, atuando como nó concentrador para outros sensores periféricos do ecossistema Mi Home. A alimentação é feita em $220\text{ V}$ AC com adaptador incluso na embalagem de fábrica. O quarto concorrente mapeado é o **Tuya Smart RQ400A** (frequentemente integrado no mercado sob a nomenclatura de sensor autônomo PA210). Trata-se de um dispositivo plug-in compacto, projetado para acoplamento direto a tomadas elétricas de parede sob tensões de $85\text{ a } 250\text{ V}$ AC. Este sensor foca no mercado de baixo custo e alta compatibilidade com o ecossistema global Tuya e Smart Life, utilizando elemento sensor semicondutor básico para monitoramento de gases combustíveis genéricos como o Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) e o Gás Natural. O quinto modelo concorrente considerado é o **Sensor de Vazamento de Gás USB com Tela TFT** (comercializado sob marcas como NovaDigital, Ekaza e AGL). Este dispositivo representa uma evolução recente no segmento ao incorporar uma tela colorida TFT de cristal líquido para exibição da concentração de gás em tempo real, calendário e temperatura ambiente. O modelo é alimentado via conexão USB de $5\text{ V / 1 A}$ , possui alarme térmico integrado que dispara quando a temperatura local ultrapassa $57\text{ }^{\circ}\text{C}$ , e oferece uma saída física para controle de dispositivos externos de mitigação ativa. O sexto dispositivo avaliado é o **Shelly Gas LPG**, desenvolvido pela fabricante europeia Shelly. Trata-se de um detector de gás inteligente certificado, projetado especificamente para o monitoramento de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). Operando de forma compacta e diretamente conectado a tomadas de 110 a 230 V AC, o sensor possui conectividade Wi-Fi de 2,4 GHz nativa, dispensando totalmente a necessidade de hubs adicionais para envio de alertas e automações. Além do alarme acústico e luminoso local, ele se destaca por integrar uma saída jack física de 11 a 13 V para acionamento de atuadores de válvula solenoide de bloqueio, permitindo o controle local e remoto e ampla integração através de protocolos como MQTT e REST API. ### 5.2. Tabela comparativa das principais especificações | Especificação Técnica | SG-Pro (Referência) | Intelbras IDG 620 | Geonav HISSGL | Xiaomi Honeywell | Tuya RQ400A | NovaDigital / Ekaza | Shelly Gas LPG | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | **Protocolo de Rede** | Wi-Fi 2.4 GHz + Bluetooth BLE | ZigBee 2.4 GHz (802.15.4) | Wi-Fi 2.4 GHz (802.11b/g/n) | Wi-Fi 2.4 GHz + Bluetooth 4.2 | Wi-Fi 2.4 GHz (Independente) | Wi-Fi 2.4 GHz (Tuya App) | Wi-Fi 2.4 GHz (802.11b/g/n) | | **Dependência de Hub** | Não (Conectividade Direta) | Sim (Requer Central ICA 1001) | Não (Conectividade Direta) | Não (Conectividade Direta) | Não (Conectividade Direta) | Não (Conectividade Direta) | Não (Conectividade Direta) | | **Alimentação Elétrica** | 5 V / 1 A DC (via USB-C) | 12 V / 0,5 A DC | Bivolt 100-240 V AC (50/60 Hz) | 220 V AC (50 Hz) via Adaptador | 85-250 V AC (Plug-in direto) | 5 V / 1 A DC (via Micro-USB) | 110-230 V AC (Plug-in direto) | | **Backup de Energia** | Sim (Bateria Li-Ion interna) | Não | Não | Não | Não | Não | Não | | **Gases Monitorados** | GLP, Gás Natural (CH4), CO | GLP e Gás Natural (CH4) | GLP, Gás Natural (CH4), Carvão | Metano (CH4 / Gás Natural) | GLP e Gás Natural (CH4) | GLP e Gás Natural (CH4) | GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) | | **Sensibilidade do Alarme** | 5% +/- 2% LEL | GLP: 8% +/- 3% LEL; GN: 6% +/- 3% LEL | Gás Natural: 6% +/- 3% LEL | Metano: 10% LEL | Gás Combustível: 6% +/- 3% LEL | Gás Combustível: 6% +/- 3% LEL | GLP: 6% LEL | | **Alarme Térmico** | Sim (Disparo a 57 °C) | Não | Não | Não | Não | Sim (Disparo a 57 °C) | Não (Proteção contra chamas) | | **Volume do Alarme** | 85 dB/m | 70 dB (Localizado) | 75 dB/m | >= 70 dB (Localizado) | >= 70 dB a 1 metro | >= 70 dB a 1 metro | >= 70 dB | | **Saída de Controle** | Sim (Controle Duplo: Válvula + Exaustor) | Não | Sim (Válvula 12 V / 100 Kpa) | Sim (Acionamento de Solenoide) | Não (Apenas integração lógica) | Sim (Válvula 12 V + Exaustor) | Sim (Saída Jack 11-13 V para Válvula) | | **Display Integrado** | Sim (TFT Colorido) | Não | Não | Não | Não | Sim (TFT Colorido) | Não (Indicador Flash LED) | | **Tempo de Resposta** | <= 20 segundos | Não especificado | Não especificado | Não especificado | <= 30 segundos | <= 30 segundos | Retorno automático após dispersão | | **Dimensões Físicas** | 90 x 90 x 32 mm | 85 x 85 x 29,6 mm | 130 x 130 x 42 mm | Net: 139 g (Sem adaptador) | 90 x 90 x 59 mm | Net: 131 g (Módulo compacto) | 89,5 x 89,5 x 38 mm (sem plug) | | **Vida Útil Estimada** | 5 Anos (com compensação) | 5 Anos (Substituição mandatória) | Não especificado | Não especificado | 5 Anos (Sob uso normal) | 5 Anos (Com alerta de sensor) | Não especificado (Garantia de 5 anos) | | **Consumo do Dispositivo** | < 3 W | < 2 W | < 2 W | Não especificado | 1,5 W a 3 W | < 200 mA | < 3 W | ### 5.3. Análise comparativa #### 5.3.1. Vulnerabilidade Energética e Resiliência Operacional O estudo minucioso dos circuitos de alimentação dos concorrentes comerciais revela uma falha crítica de segurança sistêmica: a ausência absoluta de backup de energia em caso de falha da rede elétrica. Sensores de gases inflamáveis baseados em tecnologias semicondutoras de óxido metálico ou grânulos catalíticos exigem aquecimento contínuo de sua pastilha sensora para que a reação química de detecção ocorra corretamente. Esse consumo de corrente (que varia de 1,5 W a 3 W) inviabiliza o uso exclusivo de pilhas alcalinas comuns como fonte primária por longos períodos. Dispositivos puramente alimentados por pilhas, como sensores de fumaça fotoelétricos convencionais, consomem correntes estáticas desprezíveis de 15 a 35 microampères e podem operar por anos de forma autônoma. No entanto, em caso de incêndios ou curtos-circuitos domésticos severos causados por vazamento de gás, o disjuntor principal da residência frequentemente desarma, ou a fiação elétrica derrete. Sob essas condições de blecaute, todos os concorrentes analisados (Intelbras, Geonav, Xiaomi, Tuya, NovaDigital e Shelly Gas LPG) desligam-se instantaneamente, cessando qualquer monitoramento local, alarme sonoro ou notificação remota em nuvem justamente no momento de pico do perigo. Tanto o Tuya RQ400A quanto o Shelly Gas LPG operam como plug-ins de parede sob alimentação elétrica direta por tomada. Embora práticos e com invólucros projetados contra chamas, o corte de energia no disjuntor interrompe totalmente o monitoramento de vazamento de gás de botijões locais. A arquitetura de alimentação de dupla entrada desenvolvida para o SG-Pro (alimentação primária por conexão robusta USB-C de 5 V acoplada a um gerenciador de carga de bateria PMIC inteligente que mantém flutuante uma bateria interna de íons de lítio recarregável) resolve essa falha operacional catastrófica. O sistema de backup do SG-Pro mantém o aquecedor do elemento sensor e os circuitos de rádio ativos por até 24 horas mesmo sob completa ausência de energia da rede principal. #### 5.3.2. Topologia de Rede e a Equação de Confiabilidade Local A escolha do protocolo de comunicação determina diretamente o custo total de propriedade (TCO) e a confiabilidade de acionamento de um ecossistema inteligente. O Intelbras IDG 620 emprega o padrão ZigBee 2,4 GHz. Esse protocolo de rede em malha local garante baixo tempo de resposta local, imunidade a congestionamentos comuns em redes Wi-Fi residenciais e a capacidade de funcionar de maneira integrada dentro do barramento ZigBee mesmo que a internet sofra interrupção. Entretanto, a obrigatoriedade de aquisição da central de automação ICA 1001 onera a instalação e limita a adoção do produto por consumidores finais de menor orçamento. Dispositivos como o Geonav HISSGL, o Tuya RQ400A, o Shelly Gas LPG e o sensor NovaDigital conectam-se diretamente aos roteadores domésticos de 2,4 GHz do usuário. Essa arquitetura reduz drasticamente a barreira de entrada, mas introduz sérios problemas de latência e total vulnerabilidade caso o roteador de internet residencial perca sinal ou seja desligado durante um incidente de segurança. O Shelly Gas LPG compensa parte desse problema oferecendo conectividade sem fio compatível com protocolos de casa inteligente via MQTT, REST API e CoAP local, podendo operar integrado a plataformas como o Home Assistant de forma offline local. Para equalizar essa dicotomia, o SG-Pro adota Wi-Fi integrado para conexão remota direta sem a necessidade de centrais de automação caras, mas utiliza o Bluetooth BLE como canal local de backup. Além disso, o SG-Pro possui conexões de fiação de relé físico direto para fechamento mecânico de fluxo de gás e acionamento de exaustores, criando um caminho de segurança totalmente redundante e com "tolerância a falhas de rede". Se o roteador doméstico queimar ou perder energia, o SG-Pro executará autonomamente todas as rotinas de emergência locais. #### 5.3.3. Metrologia, Calibração de Limites de Explosividade ($LEL$) e Falsos Alarmes A confiabilidade metrológica de um detector é mensurada pelo seu comportamento em relação ao Limite Inferior de Explosividade ($LEL$ ou $LIE$). O $LEL$ estabelece a menor concentração de gás combustível suspensa na atmosfera capaz de inflamar-se mediante presença de faíscas ou fontes térmicas de ignição. No caso do metano (CH4), constituinte majoritário do gás natural canalizado, o ponto de 100% LEL é atingido a uma concentração de aproximadamente 5% em volume no ar seco. O limite de segurança para o disparo de alarmes domésticos estabelece que o alarme deve ocorrer muito antes da mistura atingir o ponto inflamável, calculado pela equação física: $$C_{\text{alarme}} = \text{LEL} \times \text{Threshold}_{\%}$$ Modelos como o Geonav HISSGL, o Tuya RQ400A, o Shelly Gas LPG e o NovaDigital utilizam calibragem padronizada em 6% +/- 3% LEL (ou 6% LEL fixo) para acionamento de avisos acústicos e notificações de emergência. O Intelbras IDG 620 opera com disparos diferenciados de 6% +/- 3% LEL para gás natural e 8% +/- 3% LEL para GLP. O modelo Xiaomi Honeywell adota uma estratégia conservadora ao fixar o limiar de alarme em 10% LEL. O SG-Pro utiliza sensores de óxido de metal de película fina altamente integrados que reduzem a tolerância de erro físico para 5% +/- 2% LEL. Esse ajuste de precisão proporciona aos moradores um tempo extra vital de desocupação e exaustão ativa de gases. No entanto, o desafio inerente de manter um limite de disparo tão baixo está associado à suscetibilidade ao acionamento por falsos alarmes causados por vapores de cozimento cotidianos como etanol de limpeza, fumaça de óleo de cozinha quente e alta umidade gerada por água fervente. O SG-Pro resolve este gargalo tecnológico ao executar algoritmos internos de compensação térmica e correção dinâmica de umidade por software em sua unidade central de processamento MCU, analisando a variação da resistência interna do sensor antes de gerar disparos indevidos. #### 5.3.4. Multisensoriamento e Integração Térmica Redundante Uma importante inovação presente no sensor da linha NovaDigital / Ekaza é a inclusão de um sensor térmico redundante de alta temperatura com gatilho definido em 57 °C. Em cenários residenciais, vazamentos de gás podem inflamar-se silenciosamente devido a uma pequena faísca de refrigerador antes que a concentração de gás do ambiente atinja o sensor ou antes que um detector de fumaça de teto seja sensibilizado de forma ideal. O alarme térmico integrado do sensor detecta a elevação acelerada de temperatura e dispara alertas locais e remotos instantaneamente. Embora o Shelly Gas LPG ofereça excelente proteção contra superaquecimento no circuito e utilize um invólucro plástico resistente e retardante a chamas, ele não possui um alarme de disparo por temperatura para monitorar focos térmicos diretos. O SG-Pro incorpora esse conceito de proteção estendida ao integrar um sensor de temperatura e umidade em seu painel frontal de circuito impresso. Ele monitora constantemente a assinatura térmica da cozinha e dispara avisos de segurança térmicos em 57 °C em complemento ao sensor de metano e GLP. Outro fator essencial integrado no SG-Pro é a sua capacidade de detecção de Monóxido de Carbono (CO), gás tóxico e inodoro resultante da queima incompleta do gás de cozinha em queimadores de fogão sujos ou aquecedores de passagem desregulados. Diferente de concorrentes como o Shelly Gas LPG focados estritamente na detecção de gases explosivos específicos, o SG-Pro protege ativamente a integridade física dos usuários contra intoxicações crônicas e acidentes fatais por asfixia química por CO. ## Referências > AMAN, F.; THIRAN, T. P.; YUSOF, K. H.; SAPARI, N. M. IoT Gas Leakage Detection, Alert, and Gas Concentration Reduction System. In: 2022 IEEE 12th Symposium on Computer Applications & Industrial Electronics (ISCAIE). Penang, Malaysia: IEEE, 2022. p. 1-6. DOI: 10.1109/ISCAIE54458.2022.9794559. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/9794559. Acesso em: 10 jun. 2026. > BUKOLA, Oluwarantimi Eberechukwu; SALAMI, M. J. E. IoT-Based Integrated Household Gas Monitoring System. In: 2024 IEEE 5th International Conference on Electro-Computing Technologies for Humanity (NIGERCON). [S. l.]: IEEE, 2024. p. 1-5. DOI: 10.1109/NIGERCON62786.2024.10927297. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/10927297. > GEONAV. Manual do Usuário: Sensor Inteligente de Gás Wi-Fi HISSGL. São Paulo: Geonav, 2019. Disponível em: https://www.geonav.com.br/wp-content/uploads/2019/10/HISSGL-manual.pdf. Acesso em: 08 jun. 2026. > GUPTA, K.; KRISHNA, G. G.; ANJALI, T. An IoT based System for Domestic Air Quality Monitoring and Cooking Gas Leak Detection for a Safer Home. In: 2020 International Conference on Communication and Signal Processing (ICCSP). Chennai, India: IEEE, 2020. p. 1-5. DOI: 10.1109/ICCSP48568.2020.9182051. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/9182051. Acesso em: 10 jun. 2026. > INTELBRAS. Manual do Usuário: Detector de Gás Smart IDG 620. São José: Intelbras S/A, 2021. Disponível em: https://manual-mibo.intelbras.com.br/pt-br/manuais/IDG620/Manual_IDG620.pdf. Acesso em: 08 jun. 2026. > JENA, Bibekananda; PRADHAN, Subit Kumar; JHA, Raghuvar; GOEL, Sonali; SHARMA, Renu. LPG gas leakage detection system using IoT. **Materials Today: Proceedings**, [s. l.], v. 80, 2023. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214785322070225. Acesso em: 10 jun. 2026. > SAAD, Hasnida; SIDDIQUI, Salman Ahmed; NAIM, Nani Fadzlina; OTHMAN, Noriza. Development of LPG Leakage Simulation System Integrated with the Internet of Things (IoT). In: 2022 IEEE 18th International Colloquium on Signal Processing & Applications (CSPA). Selangor, Malaysia: IEEE, 2022. p. 161-166. DOI: 10.1109/CSPA55076.2022.9781880. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/9781880. Acesso em: 10 jun. 2026. > PILLCO-SANCHEZ, Max Jhonatan; HUATUCO-VILLANUEVA, Alex Antonio; SANCHEZ-RAMIREZ, Jhony Miguel; CABANA-CÁCERES, Maritza; CASTRO-VARGAS, Cristian. IoT-based system to detect and control natural gas leaks in residential kitchens. **Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science**, [s. l.], v. 35, n. 2, p. 761-778, Aug. 2024. DOI: 10.11591/ijeecs.v35.i2.pp761-778. Disponível em: https://ijeecs.iaescore.com/index.php/IJEECS/article/view/35477. Acesso em: 10 jun. 2026. > NOVADIGITAL. Sensor Detector de Vazamento de Gás Inteligente Wifi. São Paulo: NovaDigital, 2022. Disponível em: https://www.magaluempresas.com.br/sensor-detector-vazamento-de-gas-wifi-alexa-google-home-fca/p/fe25bk09gj/ci/tmdi. Acesso em: 08 jun. 2026. > ROBALINO P., E. Freddy; LLERENA, Andrés; FLORES, Luis Antonio; TRUJILLO, Fabricio; FREIRE, Luigi O.; LARA, Fernando. IoT-based system for detecting and monitoring LPG leaks in residential settings. **Engineering Proceedings**, [s. l.], v. 115, n. 1, p. 9, 2024. Disponível em: https://www.mdpi.com/2673-4591/115/1/9. Acesso em: 10 jun. 2026. > SARKAR, Rupak et al. Elevating Gas Safety Standards: ESP32-based Detection Systems with Blynk Integration. In: 2024 IEEE Region 10 Symposium (TENSYMP). Dhaka, Bangladesh: IEEE, 2024. p. 1-6. DOI: 10.1109/TENSYMP61132.2024.10752183. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/10752183. > SHELLY. Guia de utilizador: Shelly Gas LPG. Sofia: Allterco Robotics, 2020. Disponível em: https://shelly.pt/wp-content/uploads/2023/05/096-9275-Shelly-GAS-LPG.pdf. Acesso em: 09 jun. 2026. > SHELLY. Manual do Usuário: Shelly Gas LPG Smart Wi-Fi Gas Detector. Sofia: Allterco Robotics, 2020. Disponível em: https://smartblu.eu/en/products/shelly-gas-lpg. Acesso em: 08 jun. 2026. > SHELLY. Shelly Family Overview: Gen1 API Reference. Sofia: Shelly Europe Ltd., 2026. Disponível em: https://shelly-api-docs.shelly.cloud/ > SHELLY. Shelly Gas: Knowledge Base. Sofia: Shelly Europe Ltd., 2026. Disponível em: https://kb.shelly.cloud/knowledge-base/shelly-gas. Acesso em: 09 jun. 2026. > SHELLY. Shelly Gas Device Smart Control. Sofia: Shelly Europe Ltd., 2026. Disponível em: https://kb.shelly.cloud/knowledge-base/shelly-gas-device-smart-control. Acesso em: 09 jun. 2026. > TUYA. Alarme Sensor de Gás Interior Autónomo Wifi Tuya (RQ400A). Hangzhou: Tuya Global, 2022. Disponível em: https://productosintegra.com/produto/alarma-sensor-gas-interior-autonomo-wifi/. Acesso em: 08 jun. 2026. > XIAOMI. Xiaomi Smart Home Gas Alarm Sensor Detector (JT-BF-03MI/AW). Beijing: Xiaomi Inc., 2020. Disponível em: https://www.vopmart.com/xiaomi-smart-home-gas-alarm-sensor-detector.html. Acesso em: 08 jun. 2026.gen1/. Acesso em: 09 jun. 2026. > TAPHOME. Shelly Gas. [S. l.]: TapHome, [s. d.]. Disponível em: https://taphome.com/en/compatibility/shelly-gas/. Acesso em: 09 jun. 2026.