Relatório de produção acadêmica da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)
Departamento de Engenharia Química (DEQ)

• Total de projetos de pesquisa (3)
  
  1. 2018-Atual. Novos processos cataliticos e fotocataliticos para a conversao direta de metano e CO2 em produtos
     Descrição: Em 20 anos, espera-se atingir a Era de Ouro do Gás Natural, onde o metano desempenhará um papel de liderança como matéria-prima industrial primária. Assim, esta proposta visa desenvolver conhecimentos fundamentais e aplicados para a conversão catalítica de metano por rotas oxidativas bem como a utilização de CO2, um gás do efeito de estufa presente no gás natural (também proveniente da reforma do metano). Propõe-se uma equipe de coordenação e integração entre grupos que atuam em cinco linhas de pesquisa (RL) como: grupo de catálise química (RL-1) e fotocatálise (RL-2), com o objetivo de abordar os desafios significativos na oxidação parcial de CH4 em metanol. RL-1 envolve design, preparação e caracterização de catalisadores heterogêneos estruturados à base de Cu e Fe como SAPOs, ALPOs, MALPOs e MOFs, construção de reatores e testes catalíticos. Na RL-1, os catalisadores mais promissores serão descritos com cálculos DFT para modelagem de sítios ativos de catalisadores e da interação destes com seus reagentes. RL-2 desenvolverá fotocatalisadores baseados em TiO2, g-C3N4, ZnO, BiVO4 e BiWO3. Estes semicondutores serão preparados e modificados buscando uma superfície com propriedades ideais para oxidação parcial do metano e sem mineralização. A atividade catalítica será avaliada que buscando o desenvolvimento de setups experimentais para analisar a capacidade de controle das reações de oxidação em escalas laboratoriais e piloto. Alternativamente, ao metanol, em RL-3, o metano será utilizado como matéria-prima para a produção de materiais à base de carbono. Estes materiais serão preparados por decomposição catalítica do metano usando metais (Fe, Co, Ni) suportados, usando-se reatores de leito fixo e fluizados. Estes materiais serão modificados visando alcançar propriedades adequadas para aplicações em eletroquímica e como sensores de gases. No que se refere à utilização de CO2, RL-4 estudará a bi-reforma do metano, onde uma mistura de CH4 , H2O e CO2 é transformada em gás de síntese (CO + H2). O grande interesse é o desenvolvimento de novos catalisadores a base de Ni, os quais deverão ser altamente resistentes ao acumulo de carbono e a altas temperaturas para o processamento de gás natural com baixa purificação em relação ao CO2 e H2O. As propriedades dos catalisadores a base de Ni serão modificadas através das propriedades eletrônicas, buscando catalisadores capazes da oxidação de espécies C-por OH em baixa temperaturas abaixo da decomposição de C-H em carbono e também desenvolvimento de catalisadores a base de Ni oxido de ferro para oxidação do carbono formado. No que se refere à utilização de CO2, RL-5 terá como foco o processo de hidrogenação de CO2 em metanol. Pretende-se através da síntese de nanoparticulas de Cu decorados com Cu-O-Cu com diferentes tamanhos, composição e grau de cobrimento de oxido, buscar o entendimento estrutural dos catalisadores a base de Cu para se obter alta seletividade para hidrogenação de CO2 a metanol. Análise técnico-econômica e avaliação ambiental também serão aplicadas nos estudos de RL-1, RL-4 e RL-5.. Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Integrantes: Alice Medeiros de Lima - Coordenador / Felipe Fernando Furlan - Integrante / Cristiane Sanchez Farinas - Integrante / LUIZ HENRIQUE CAPPARELLI MATTOSO - Integrante / José Manoel Marconcini - Integrante / José Maria Correa Bueno - Integrante / Cauê Ribeiro de Oliveira - Integrante / Dalmo Mandelli - Integrante / Daniela Zanchet - Integrante / Leandro Martins - Integrante / Adriana Paula Ferreira Palhares - Integrante / Alejandro López Castillo - Integrante / Diogo Paschoalini Volanti - Integrante / Elaine Cristina Paris - Integrante / Ernesto Antonio Urquieta Gonzalez - Integrante / Janaina Fernandes Gomes - Integrante / Jean Marcel Ribeiro Gallo - Integrante / Joao Batista Oliveira dos Santos - Integrante / Jose Mansur Assaf - Integrante / Maria Alice Martins - Integrante / Patrícia Moreira Lima - Integrante / Priscila Destro - Integrante / Waldir Avansi Junior - Integrante.
     Membro: Alice Medeiros de Lima.
     Descrição: Em 20 anos, espera-se atingir a Era de Ouro do Gás Natural, onde o metano desempenhará um papel de liderança como matéria-prima industrial primária. Assim, esta proposta visa desenvolver conhecimentos fundamentais e aplicados para a conversão catalítica de metano por rotas oxidativas bem como a utilização de CO2, um gás do efeito de estufa presente no gás natural (também proveniente da reforma do metano). Propõe-se uma equipe de coordenação e integração entre grupos que atuam em cinco linhas de pesquisa (RL) como: grupo de catálise química (RL-1) e fotocatálise (RL-2), com o objetivo de abordar os desafios significativos na oxidação parcial de CH4 em metanol. RL-1 envolve design, preparação e caracterização de catalisadores heterogêneos estruturados à base de Cu e Fe como SAPOs, ALPOs, MALPOs e MOFs, construção de reatores e testes catalíticos. Na RL-1, os catalisadores mais promissores serão descritos com cálculos DFT para modelagem de sítios ativos de catalisadores e da interação destes com seus reagentes. RL-2 desenvolverá fotocatalisadores baseados em TiO2, g-C3N4, ZnO, BiVO4 e BiWO3. Estes semicondutores serão preparados e modificados buscando uma superfície com propriedades ideais para oxidação parcial do metano e sem mineralização. A atividade catalítica será avaliada que buscando o desenvolvimento de setups experimentais para analisar a capacidade de controle das reações de oxidação em escalas laboratoriais e piloto. Alternativamente, ao metanol, em RL-3, o metano será utilizado como matéria-prima para a produção de materiais à base de carbono. Estes materiais serão preparados por decomposição catalítica do metano usando metais (Fe, Co, Ni) suportados, usando-se reatores de leito fixo e fluizados. Estes materiais serão modificados visando alcançar propriedades adequadas para aplicações em eletroquímica e como sensores de gases. No que se refere à utilização de CO2, RL-4 estudará a bi-reforma do metano, onde uma mistura de CH4 , H2O e CO2 é transformada em gás de síntese (CO + H2). O grande interesse é o desenvolvimento de novos catalisadores a base de Ni, os quais deverão ser altamente resistentes ao acumulo de carbono e a altas temperaturas para o processamento de gás natural com baixa purificação em relação ao CO2 e H2O. As propriedades dos catalisadores a base de Ni serão modificadas através das propriedades eletrônicas, buscando catalisadores capazes da oxidação de espécies C-por OH em baixa temperaturas abaixo da decomposição de C-H em carbono e também desenvolvimento de catalisadores a base de Ni oxido de ferro para oxidação do carbono formado. No que se refere à utilização de CO2, RL-5 terá como foco o processo de hidrogenação de CO2 em metanol. Pretende-se através da síntese de nanoparticulas de Cu decorados com Cu-O-Cu com diferentes tamanhos, composição e grau de cobrimento de oxido, buscar o entendimento estrutural dos catalisadores a base de Cu para se obter alta seletividade para hidrogenação de CO2 a metanol. Análise técnico-econômica e avaliação ambiental também serão aplicadas nos estudos de RL-1, RL-4 e RL-5.. Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Alunos envolvidos: Graduação: (10) / Mestrado acadêmico: (10) / Doutorado: (10) . Integrantes: Adriana Paula Ferreira - Integrante / José Maria Correa Bueno - Coordenador / Daniela Zanchet - Integrante / Leandro Martins - Integrante / João Batista Oliveira dos Santos - Integrante / José Mansur Assaf - Integrante / Patrícia Moreira Lima - Integrante / Diogo Paschoalini Volanti - Integrante / Janaina Fernandes Gomes - Integrante / Priscila Destro - Integrante / Jean Marcel Ribeiro Gallo - Integrante / Alice Medeiros de Lima - Integrante / Cauê Ribeiro de Oliveira - Integrante / Dalmo Mandelli - Integrante / Alejandro López Castillo - Integrante / Cristiane Sanchez Farinas - Integrante / Elaine Cristina Paris - Integrante / Ernesto Antonio Urquieta Gonzalez - Integrante / Felipe Fernando Furlan - Integrante / José Manoel Marconcini - Integrante / Luiz Henrique Capparelli Mattoso - Integrante / Maria Alice Martins - Integrante / Waldir Avansi Junior - Integrante.
     Membro: Adriana Paula Ferreira.
  2. 2016-2017. Planejamento de Vendas e Operacoes em Usinas Sucroenergeticas
     Descrição: O objetivo do presente projeto é o desenvolvimento de um sistema de planejamento de vendas e operações para o setor sucroenergético, capaz de efetuar o planejamento multiperíodo e multiprodutos de estratégias comerciais - produzindo para cada período do planejamento as sugestões sobre a estocagem e venda e produção de cada produto com o objetivo de maximizar a margem de contribuição dos produtos de uma usina e, consequentemente, o aumento do lucro da mesma. Este sistema utilizará a plataforma de modelagem e simulação de processos já desenvolvida pela Pentagro, o software BdME®, de propriedade da Pentagro, desenvolvido empregando mão de obra e tecnologia 100% nacional, como resultado de pesquisas apoiadas pela FAPESP (PIPE 2007/52004-9, 2009/51657-4, 2013-50781-9 e 2014-50543-3) e pelo CNPq (Rhae 555716/2009-0). O sistema integrará: i) uma interface gráfica que permita a definição do período e as premissas de planejamento de vedas e operações; ii) a máquina de simulação do software BdME®, para a simulação estacionária dos processos produtivos de etanol, açúcar e bioenergia. A máquina de simulação do BdME® será integrada ao sistema proposto por meio do protocolo XML, já existente, que permite a qualquer sistema terceiro acionar a simulação de um processo industrial sucroenergético; iii) o módulo financeiro existente no software BdME®, concluído recentemente e fruto de PD suportado pela própria empresa, capaz de calcular os custos industriais para cada operação unitária existente na planta industrial; iv) um conjunto de métodos e estruturas para a automatização do planejamento de experimentos (DOE) e processamento estatístico dos resultados das simulações para serem utilizados para o planejamento das vendas e operações; v) um mecanismo de otimização capaz de maximizar a margem de contribuição dos produtos de uma usina, considerando múltiplas restrições e múltiplas variáveis de decisão; vi) um conjunto de métodos e estruturas (OLEDB, OPC, .NET) para o acesso a base de dados do sistema, bem como para o acesso aos sistemas externos como: ERPs e demais sistema legados existentes das usinas. O planejamento de vendas e operações, também conhecido como Sales and Operation Planning (SOP), é um processo de planejamento agregado que ocorre num horizonte de tempo de diversos meses que tem por objetivo compatibilizar as demandas de produtos pelo mercado com uma gestão adequada dos ativos e dos custos da organização. Alguns modelos acadêmicos e algumas usinas têm tentado contornar este problema por meio de planilhas ou ainda por meio de programação estocástica robusta para o planejamento hierárquico da produção. Essas abordagens, entretanto, apresentam uma lacuna entre aquilo que é planejado e aquilo que é executado, lacuna que se deve às limitações dos modelos utilizados, os quais desconsideram certas restrições provenientes dos balanços de massa e energia e da capacidade instalada, bem como desconsideram o fato de que a flexibilidade da planta industrial, em termo de manobras operacionais, é dependente de diversas variáveis cujos valores se alteram ao longo de uma safra (e.g. matéria prima, impurezas, clima, etc.). Dentro deste cenário, este projeto de pesquisa visa a preencher essa lacuna no planejamento multiperíodo e multiprodutos de estratégias comerciais e de produção para usinas sucroenergéticas, tendo como ponto de partida o software de modelagem e simulação de usinas de cana-de-açúcar BdME®. A extensão do atual portfólio da Pentagro com a incorporação de um sistema para Planejamento de Vendas e Operações para usina de cana-de-açúcar permitirá decidir o que, quanto e quando produzir de cada produto de modo a buscar a máxima rentabilidade do negócio de nossos clientes.. Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa. Integrantes: Alice Medeiros de Lima - Integrante / Claudio Adriano Policastro - Coordenador / André Ribeiro Lins de Albuquerque - Integrante / Marcos Alexandre Vieira - Integrante. Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Auxílio financeiro.
     Membro: Alice Medeiros de Lima.
  3. 2016-Atual. Da Fabrica Celular a Biorrefinaria Integrada Biodiesel-Bioetanol: uma Abordagem Sistemica Aplicada a Problemas Complexos em Micro e Macroescalas
     Descrição: Projeto certificado pelo(a) coordenador(a) Roberto de Campos Giordano em 13/03/2017. Descrição: Este projeto se propõe a enfrentar desafios tecnológicos colocados por uma nova concepção de biorrefinaria integrada, aproveitando sinergias entre os processos de produção dos dois mais importantes biocombustíveis no contexto brasileiro: bioetanol de 1ª e 2ª gerações, a partir cana de açúcar, e biodiesel, a partir de óleos vegetais e, também, de fonte microbiana. Para tanto, associam-se pesquisadores com larga experiência da área, de várias instituições do Estado de São Paulo: UFSCar (Departamento de Engenharia Química), UNICAMP (Faculdades de Engenharia Química e de Engenharia de Alimentos), USP (Escola de Engenharia de Lorena), EMBRAPA Instrumentação (São Carlos). Biocombustíveis líquidos de fontes renováveis são a "espinha dorsal" dessa biorrefinaria, baseada em rotas bioquímicas, mas moléculas de maior valor agregado têm sua produção igualmente estudada, pois contribuem de forma importante para a viabilidade do empreendimento. Em uma analogia com a indústria do petróleo, esta biorrefinaria seria equivalente a um parque refinaria-complexo petroquímico de 1ª a 2ª/3ª gerações. Até onde vai nosso conhecimento, a exploração das inúmeras sinergias que existem entre os processos de produção de biodiesel e bioetanol é ainda incipiente. A utilização de subprodutos hoje problemáticos, como o glicerol e a fração hemicelulósica da biomassa vegetal, a produção de biodiesel etílico (totalmente renovável), dentre vários outros exemplos, podem ter soluções tecnicamente mais eficazes se os processos de produção dos dois biocombustíveis forem pensados de forma integrada, entre si e com a produção de outras moléculas (como ácido 3-hidroxipropiônico, ácido aspártico, nanocelulose, carotenoides, biossurfactantes, dentre outras). Todas essas linhas de pesquisa são interligadas pela análise tecno-econômica dos processos integrados na biorrefinaria (encarada como um sistema complexo em macroescala), utilizando ferramentas avançadas da Engenharia de (Bio)processos e Sistemas que permitem retroalimentar aos grupos trabalhando experimentalmente metas a serem atingidas para que o processo global passe pelo crivo de uma análise econômica, ainda que preliminar. Paralelamente, técnicas de Biologia de Sistemas são utilizadas para estudar a fábrica celular, encarada como um sistema complexo em microescala. Finalmente, soluções definidas em microescala que, por exemplo, resultem em um microrganismo recombinante, irão interagir com o meio, dentro de biorreatores - os quais estão por sua vez inseridos no processo em macroescala. Desta forma, metodologias da área de engenharia de (bio)processos e sistemas podem proporcionar novos pontos de vista para análise dos fenômenos em micro e macroescalas. Tais metodologias irão auxiliar na definição da viabilidade tecno-econômica de soluções industriais - sem esquecer os aspectos relativos à sustentabilidade ambiental da solução proposta... Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. Alunos envolvidos: Graduação: (10) / Mestrado acadêmico: (20) / Doutorado: (25) . Integrantes: Alice Medeiros de Lima - Integrante / Antonio José Gonçalves da Cruz - Integrante / Felipe Fernando Furlan - Integrante / Roberto de Campos Giordano - Coordenador / Antonio José de Almeida Meirelles - Integrante / Cristiane Sanchez Farinas - Integrante / Everson Alves Miranda - Integrante / Heizir Ferreira de Castro - Integrante / Paulo Waldir Tardioli - Integrante / RAQUEL DE LIMA CAMARGO GIORDANO - Integrante / Silvio Silvério da Silva - Integrante / TERESA CRISTINA ZANGIROLAMI - Integrante / LUIZ HENRIQUE CAPPARELLI MATTOSO - Integrante / Marcelo Perencin de Arruda Ribeiro - Integrante / Patrícia Caroline Molgero Da Rós - Integrante / Pedro Carlos de Oliveira - Integrante / Ruy de Sousa Júnior - Integrante / WILLIAN KOPP - Integrante / Adilson José da Silva - Integrante / ANTONIO CARLOS LUPERNI HORTA - Integrante / Eduardo Augusto Caldas Batista - Integrante / GUILHERME JOSÉ MAXIMO - Integrante / José Manoel Marconcini - Integrante / Júlio César dos Santos - Integrante / Larissa de Freitas - Integrante. Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Auxílio financeiro.
     Membro: Alice Medeiros de Lima.
  
  

Prêmios e títulos