Linhas de Pesquisa

1. SISTEMAS PARTICULADOS

Nesta linha são desenvolvidas pesquisas básicas e aplicadas em sistemas que envolvem fluidos e partículas de um modo integrado, presentes em várias operações unitárias da indústria química, dentre elas:

  1. Aplicações tecnológicas dos fundamentos de sistemas particulados, em que se analisam os principais parâmetros de transferência de quantidade de movimento, calor e massa nos processos envolvendo sistemas particulados;
  2. Experimentos numéricos em sistemas particulados, em que se buscam a modelagem de escoamentos multifásicos via CFD, otimização e controle de secadores, etc.;
  3. Secagem de pastas, suspensões, sementes, ervas fitoterápicas e condimentares, com o objetivo de se obter os principais parâmetros de projetos de secadores;
  4. Tecnologias e metodologias para o tratamento de resíduos sólidos e líquidos visando o seu reaproveitamento, seja na geração de energia, seja como matéria-prima para outras aplicações industriais;
  5. Processos de tratamento de água como dessalinização e abrandamento, bem como desenvolvimento de eletrodos para aplicação em deionização capacitiva;
  6. Desenvolvimento de processos e reatores eletroquímicos para remoção por eletrodeposição de metais pesados presentes em efluentes industriais;
  7. Processos fotocalíticos e eletrocatalíticos visando a degradação e/ou remoção de compostos orgânicos poluentes presentes em efluentes industriais, assim como a conversão de CO2 em produtos de interesse comercial (metanol e etanol, por exemplo);
  8. Produção de partículas e aplicações de química de superfície (adsorção e troca iônica);
  9. Síntese e caracterização de nanopartículas para aplicações em eletrocatálise e fotocatálise.

 

2. REATORES QUÍMICOS HETEROGÊNEOS E CATÁLISE

Nesta linha são desenvolvidas pesquisas voltadas à síntese e aplicação de catalisadores heterogêneos diversos em processos de produção de combustíveis limpos, intermediários e produtos de indústria química, dentre elas:

  1. Síntese de óxidos de metais para o abatimento de óxidos de nitrogênio;
  2. Síntese e aplicação de catalisadores básicos na produção de biodiesel e reação de Knoevenagel;
  3. Desenvolvimento de catalisadores óxidos e metálicos suportados para a produção de combustíveis a partir de matérias-primas renováveis, destacando-se biodiesel, álcoois 2+C , produtos de reações GTL (metanol, DME, etc.);
  4. Desenvolvimento de catalisadores metálicos suportados para reações de produção e purificação de hidrogênio e gás de síntese a partir de gás natural. Estudam-se reações de reforma a vapor, reforma com CO2, oxidação parcial, reforma autotérmica, deslocamento de gás-água (Shift), oxidação preferencial de CO, hidrogenação de CO e CO2;
  5. Desenvolvimento de catalisadores heterogêneos para a produção de hidrogênio e outros produtos de valor agregado a partir de fontes renováveis, tais como, etanol, glicerol, metano, etc.;
  6. Reações de oxidação seletiva de hidrocarbonetos com CO2.

 

3. ENGENHARIA BIOQUÍMICA

Nesta linha estudam-se bioprocessos em que enzimas, microrganismos, selvagens ou recombinantes, ou células animais, são utilizados para obtenção de produtos de grande interesse para a sociedade, tais como antibióticos, biocombustíveis (biodiesel, etanol 1G/2G), biossurfactantes, biolubrificantes, enzimas para processos industriais, proteínas antigênicas para formulação e vacinas, biomoléculas com propriedades prebióticas, pigmentos, compostos antibetalactamásicos, antifúngicos, anticancerígenos e antimetastásicos, ingredientes em geral para a indústria alimentícia, farmacêutica e cosmética, etc. Esses bioprocessos são estudados sob a ótica da Engenharia Química, sendo avaliadas as diferentes etapas de transformação, desde a escolha e preparação da matéria-prima, análise do biorreator e otimização das condições de produção até o estudo e definição das principais etapas de recuperação do bioproduto. Aplicam-se no desenvolvimento desses processos biotecnológicos técnicas de bioinformática, biologia molecular, concentração e purificação de biomoléculas, imobilização de enzimas e células, além do uso de diferentes bioreatores convencionais e não-convencionais aplicados na obtenção dos bioprodutos. A seguir são elencados alguns estudos realizados nesta linha:

  1. Estudos de biorreatores microbiológicos sob o ponto de vista de operação unitária, isto é, análise, projeto e otimização dos mesmos, levando em consideração capacidade de mistura, eficiência quanto ao transporte de massa, transporte de calor e transporte de quantidade de movimento.
  2. Bioseparações de largo uso em processos bioquímicos, empregando-se técnias como precipitação com solventes, precipitação isoelétrica, ultrafiltração e diafiltração em sistema de membranas com fluxo tangencial; adsorção em resinas hidrofóbicas e de troca iônica; eletroforese contínua, cromatografia, etc.
  3. Clonagem e expressão visando a obtenção de linhagens recombinantes com alta expressão de enzimas ou outras proteínas de interesse industrial.
  4. Fermentação (submersa e em estado sólido) e produção de enzimas e fármacos em biorreatores convencionais e não convencionais (por exemplo, coluna de bolhas e airlift).
  5. Hidrólise de proteínas com proteases solúveis e imobilizadas, visando a obtenção de hidrolisados proteicos composto por pequenos peptídeos com melhores propriedades que proteínas inteiras na nutrição animal e humana.
  6. Imobilização e estabilização de enzimas, empregando-se diferentes suportes e métodos de ativação dos mesmos e técnicas de ligação enzima-suporte.
  7. Processos alternativos de produção de etanol e de outros derivados de cana de açúcar
  8. Produção de antibióticos beta-lactâmicos (penicilinas, cefalosporinas, clavulanatos e cefamicina) em biorreatores convencionais e não convencionais, bem como intermediários do setor por via enzimática.
  9. Produção de biocombustíveis, biossurfactantes e biolubrificantes com enzimas livres e imobilizadas.
  10. Produção de etanol com enzima e levedura coimobilizadas, empregando-se matéria-prima amilácea ou hemicelulósica, com simultânea sacarificação e fermentação do amido ou hidrólise/isomerização e fermentação de xilana.
  11. Produção de metabólitos bioativos de estreptomicetos, tais como compostos antibetalactamásicos, antimicrobianos, antifúngicos, anticancerígenos e antimetastásicos.

 

4. CONTROLE AMBIENTAL

Nesta linha estudam-se a quantificação, qualificação e tratamento de agentes poluentes lançados ao meio ambiente. Em particular, tem-se dedicado à pesquisa de equipamentos de limpeza de gases e depuração de gases e líquidos, assim como na classificação e quantificação de material pulverulento presente na atmosfera e em ambientes internos, além da separação gás-gás e estudos de efluentes líquidos. As pesquisas nesta linha tem por objetivo a criação de equipamentos fáceis de serem construídos e operados para que os fenômenos envolvidos e a influência dos principais parâmetros que governam os processos sejam bem entendidos. A seguir são elencados estudos realizados nesta linha:

  1. Estudos sobre mecanismos e equipamentos de classificação de partículas em suspensão, assim como a sua caracterização física; incluem aqui equipamentos para classificação eletrostática de partículas; análise de estruturas porosas e permeabilidade de meios porosos, visando aplicação em captação, tratamento e distribuição de água, limpeza urbana, fabricação de produtos voltados para a defesa e proteção do meio ambiente e EPIs de proteção individual.
  2. Depuração de líquidos, objetivando estudar o tratamento biológico e físico-químico de efluentes líquidos industriais.
  3. Depuração de gases, em que se estuda o comportamento de filtros na remoção de partículas em suspensão em gases, assim como os mecanismos de coleta pertinentes, tais como, filtração em leito granular; efeitos eletrostáticos na filtração de gases; filtração em filtros de tecido e em filtros fibrosos; filtração a altas temperaturas.
  4. Filtração de ar, em que se investiga equipamentos de condicionamento de ar em automóveis, residências, setor industrial, hospitais, entre outros. São ainda desenvolvidos meios filtrantes (membranas de nanofiltração, por exemplo) altamente eficientes na remoção de nanopartículas.
  5. Limpeza de gases, em que se objetiva a construção e a avaliação de desempenho de limpadores de gases operando, principalmente, na remoção de partículas sólidas, tais como, lavadores de gases tipo venturi; ciclones e precipitadores eletrostáticos.
  6. Modelagem aplicada à separação gás-sólido por meio do desenvolvimento de modelos matemáticos e computacionais para representação dos processos de separação gás-sólido, voltados principalmente para a limpeza de gases.
  7.  Monitoramento ambiental, objetivando o levantamento das condições atmosféricas urbanas, por meio da identificação dos principais componentes do aerossol, assim como das principais fontes poluentes. Atualmente trabalha-se na caracterização do aerossol atmosférico da cidade de São Carlos e a poluição em ambientes internos (poluição indoor), como, por exemplo, bibliotecas e indústrias.

 

5. SIMULAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS QUÍMICOS

Esta linha tem por objetivo a aplicação de técnicas computacionais e o desenvolvimento de novas metodologias dirigidas à resolução de problemas pertinentes à Engenharia Química, envolvendo modelos matemáticos em simulação, otimização, processamento de sinais e controle de processos. De forma mais detalhada, visa-se:

  1. Aplicação de técnicas de modelagem matemática, controle por computador e automação ao estudo e projeto de processos biotecnológicos.
  2. Obtenção de uma descrição confiável da operação de uma planta através do gerenciamento das informações do sistema (predição, filtragem, reconciliação de dados, etc.), auxiliando na investigação de técnicas de otimização e controle de plantas químicas.
  3. Estudos de viabilidade econômica, projeto e planejamento organizacional de novas plantas industriais.

A seguir são elencados estudos desenvolvidos nesta linha:

  1. Desenvolvimento/implementação de algoritmos para controle, identificação de falhas e inferência de estado em tempo real em biorreatores, empregando-se técnicas de identificação não-linear, inteligência artificial, controle híbrido e baseado em modelo. Desenvolvem-se sensores baseados em software para monitoração de cultivo de microrganismos e células animais, reatores enzimáticos, etc.
  2. Estudo de biorreatores sob o ponto de vista de operação unitária, isto é, examinando, analisando, projetando e otimizando os mesmos, levando em consideração capacidade de mistura, eficiência quanto ao transporte de massa, calor e quantidade de movimento.
  3. Estudos de controladores com potencial em manter dinamicamente a operação da planta no ponto ótimo determinado pela camada de otimização. Dentre os controladores, destaca-se no meio industrial o controle preditivo.
  4. Aplicação e técnicas de síntese e otimização não-linear (inclusive mista-inteira) a processos típicos das indústrias farmacêutica e farmoquímica; análise e simulação de reatores e unidades de separação/purificação, especialmente dos processos de produção de antibióticos semissintéticos.
  5. Desenvolvimento, análise, aprimoramento e otimização de reatores anaeróbios para tratamento de águas residuárias.
  6. Desenvolvimento de simulador de bioprocessos voltado a biorrefinarias, usando dois estudos de caso: produção de bioetanol de segunda geração e refino do soro de queijo. O aplicativo tem as seguintes características: capacidade de análise econômica em plantas multipropósito, projeto preliminar de unidades, treinamento de pessoal, otimização da operação industrial e interface para monitoramento e controle remotos (via internet) de unidades industriais descentralizadas.
  7. Inteligência computacional aplicada a bioprocessos, propondo e validando algoritmos baseados em técnicas de inteligência computacional (redes neurais, lógica difusa, programação genética) a processos biotecnológicos industriais - com destaque para biorreatores de diferentes configurações. Avaliação da robustez de algoritmos adaptativos e construtivos em aplicações reais de interesse.
  8. Estudos de otimização de plantas industriais usando o enfoque centralizado e investigações de estratégias de coordenação dentro do enfoque descentralizado. Ainda dentro do enfoque descentralizado, deve ser estudado também a questão da diferença modelo-planta e formas de utilização das informações realimentadas pelos coordenadores.
  9. Estudos de formas de tratamento de dados de processos visando melhorar a qualidade dos mesmos para serem usados em controle, otimização e monitoramento de plantas industriais. A otimização em tempo real é o nível do controle hierárquico onde as decisões de mercado são integradas às operações unitárias através de computador. Essa integração demanda um fluxo enorme de informações entre os vários níveis do controle hierárquico, assim é imprescindível que essas informações sejam de qualidade.

 

6. TERMODINÂMICA E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO

Nesta linha são conduzidos estudos aprofundados dos fenômenos fundamentais que ocorrem nas unidades de processos de separação na Indústria Química e de Processos, visando o aumento de produtividade, a economia de energia e a possibilidade de aumento de pureza dos compostos produzidos. Para tanto, estuda a cinética e a termodinâmica de equilíbrio dos processos químicos de separação de compostos e produtos químicos, convencionais e não convencionais. Cada vez mais, o estudo de processos industriais exige um enfoque holístico, tratando os problemas sempre que possível de forma integrada e sistêmica, combinando as diversas unidades de processo aos sistemas de separação como um todo. Em todos os trabalhos de pesquisa visa-se a aplicação aos problemas da Engenharia Química em geral e em particular à Indústria Química, sempre partindo dos conceitos básicos dessa Engenharia. Procura-se também utilizar as mais modernas técnicas analíticas e de informação, através de equipamentos e softwares avançados. A seguir são elencados estudos conduzidos nesta linha:

  1. Avaliação e projeto de sistemas de purificação e recuperação de produtos químicos industriais, dentre eles: i) cristalização, levando-se em conta a determinação dos equilíbrios de fases sólido-líquido, determinação das cinéticas de nucleação e crescimento, estudo de fenômenos secundários, projetos de cristalizadores industriais e análise de sistemas industriais de cristação; ii) destilação; iii) extração supercrítica.
  2. Desenvolvimento de equipamentos didáticos;
  3. Integração energética e otimização de processos químicos.

 

7. ENGENHARIA QUÍMICA APLICADA AO DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS

Essa linha contempla projetos envolvendo aplicações de conceitos e abordagens da Engenharia Química para o desenvolvimento de materiais diversos, incluindo materiais com novas funcionalidades ou com apelo de sustentabilidade (dentro do conceito de economia circular). Exemplos de tais materiais incluem (mas não se restringem) àqueles com propriedades ativas e/ou inteligentes; materiais biodegradáveis para substituição (ainda que parcial) de plásticos convencionais derivados de petróleo; zeólitas e zeotipos para uso em processos adsortivos e de troca iônica; eletrodos para aplicação em deionização capacitiva; catalisadores heterogêneos (óxidos de metais de transição, sólidos com propriedades básicas, óxidos mistos, etc.); micro e nanopartículas magnéticas funcionalizadas para imobilização de enzimas e outras aplicações; biocatalisadores baseados em macroestruturas orgânico-metálicas (“nanoflowers”); fibras com propriedades biocidas, etc. Muitos desses materiais são aplicados no desenvolvimento de processos visando à obtenção de produtos destinados aos setores alimentício, farmacêutico, cosméticos, higiene e cuidados pessoais, intermediários da indústria química e biotecnológica, energia limpa, combustíveis renováveis, dentre outros.