Temas para MESTRADO 2017 PROFESSOR: Adilson José da … para... · o que resulta em grande volume gerado de vinhaça e alto consumo de vapor na etapa de destilação. Devido ao calor

Temas para MESTRADO 2017

1 ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica

PROFESSOR: Adilson José da Silva (orientador)

TÍTULO DO TEMA: Construção racional de uma fábrica celular para produção de

ácido 3-hidroxipropiônico

RESUMO

Produtos de valor agregado tais como ácidos orgânicos, aminoácidos e outras

especialidades obtidas por processos fermentativos movimentam um mercado global

estimado em US$ 22 bilhões. O ácido 3-hidroxipropiônico (3-HP) é um bloco construtor

promissor no contexto das biorrefinarias, precursor de uma variedade de compostos como

ácido acrílico, 1,3-propanodiol, acrilato de metila, propiolactona, ácido malônico,

acrilamida, e hidroxiamidas. Sua produção por rota química apresenta vários problemas

tecnológicos e ambientais, e por isso busca-se uma alternativa biotecnológica. Neste

sentido, há relatos da produção de 3-HP por E. coli a partir de glicose e por Klebsiella

pneumoniae a partir de glicerol. Porém, produtividades da ordem de 2 g/(L.h), tidas como

requisito para viabilidade econômica, ainda não são alcançadas. Neste projeto, a proposta

principal é a aplicação de estratégias racionais baseadas em estudos de Engenharia

Metabólica e Biologia de Sistemas para implementar modificações genéticas em células de

E. coli de forma a viabilizar a produção e acúmulo deste ácido orgânico pelos mutantes

gerados. A rota via malonil-CoA com xilose como substrato, que não requer suplementação

com vitamina B12, deverá ser explorada. Além disso, as reações identificadas como

favoráveis à formação do produto devem ser amplificadas, e aquelas de degradação do 3-

HP ou desvio de precursores deverão ser bloqueadas ou atenuadas. A identificação destas

reações alvo será feita a partir de modelos metabólicos em escala genômica, e

especificamente neste tema de mestrado, o plano de trabalho contempla a implementação

das modificações genéticas propostas. Ainda, além da realização da deleção e inserção de

genes específicos no genoma da linhagem de trabalho, também está prevista a análise, a

cada passo, dos mutantes gerados com relação a sua capacidade de produzir e acumular o

produto de interesse. Assim, ao final, pretende-se chegar à construção de uma linhagem de

E. coli cujas alterações metabólicas implementadas lhe transformem em uma fábrica celular

para produção eficiente de 3-HP.

PALAVRAS-CHAVE: E. coli, ácido 3-hidroxipropiônico, Biologia de Sistemas,

Engenharia Metabólica.


PROFESSOR: Alberto Colli Badino Junior

TÍTULO: Remoção de Calor da Dorna durante a Produção de Etanol por

Fermentação Extrativa empregando CO2 como Gás de Arraste

RESUMO:

Na produção de etanol a partir de mosto de cana, a inibição pelo produto e a elevação da

temperatura são dois fatores críticos inerentes ao processo fermentativo. Em consequência destes

fatores, a concentração de etanol no vinho ao final da fermentação situa-se em torno de 8-11]GL,

o que resulta em grande volume gerado de vinhaça e alto consumo de vapor na etapa de

destilação. Devido ao calor liberado durante a fermentação alcoólica, faz-se necessário realizar o

controle da temperatura das dornas para garantir a produtividade do processo e evitar problemas

de contaminação por bactérias. Para isso, é utilizado um grande volume de água para

resfriamento das dornas, principalmente em dias com temperatura ambiente elevada, o que

ocorre em muitas destilarias brasileiras. Uma forma de diminuir o efeito da inibição e obter

maior produtividade seria a utilização da fermentação extrativa com arraste por CO2. O uso desta

técnica seria uma grande vantagem para o controle da temperatura das dornas por promover

tanto a remoção de etanol quanto a remoção de calor do meio reacional, devido à vaporização de

água e etanol pelo arraste gasoso. Neste contexto, a fermentação extrativa poderia ser utilizada

tanto no controle da concentração de etanol, como na redução da temperatura do meio

fermentativo. Neste tema de mestrado propõe-se realizar fermentações extrativas em batelada e

em batelada alimentada, com a simultânea produção e separação de etanol, empregando dióxido

de carbono como gás de arraste, de modo a avaliar a remoção de calor do meio fermentativo.

PALAVRAS-CHAVE: etanol 1G, processo integrado, fermentação extrativa, remoção de

calor.

3 ÁREA DE PESQUISA: Termodinâmica e Processos de Separação

PROFESSOR: André Bernardo

TÍTULO: Avaliação da produção de açúcar utilizando estatística multivariável,

reconciliação de dados de produção e modelagem fenomenológica do processo

RESUMO:

O Brasil é o maior produtor de açúcar (sacarose) proveniente de cana no mundo. Contudo,

são raras as inovações do processo produtivo, e as técnicas, procedimentos e equipamentos

pouco mudaram nas últimas décadas.

Este projeto propõe o estudo do processo industrial de produção de açúcar a partir de dados

reais coletados em uma usina, a partir dos quais serão identificadas as maiores fontes de

variação na qualidade do produto utilizando estatística multivariável, e as maiores fontes de

perda de produto por meio da reconciliação dos dados de produção.

De posse desses resultados, o processo de produção (cozedores e centrífugas) será simulado

utilizando o software EMSO de modo a prever o impacto do maior controle da variabilidade

da planta na melhoria da qualidade do produto.

PALAVRAS-CHAVE: cristalização industrial, produção de açúcar, PCA,

reconciliação de dados, modelagem e simulação, EMSO

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PROFESSOR: Antonio José Gonçalves da Cruz

ÁREA DE PESQUISA: Análise e Simulação de Processos Químicos

TÍTULO DO TEMA: Fermentação alcoólica: Desenvolvimento de metodologia

baseada em balanços materiais e modelagem matemática por redes neurais

RESUMO:

O setor sucro-alcooleiro constitui o principal agronegócio brasileiro. No Brasil foram cultivados (safra 2015/16) 9,7 milhões de hectares com cana-de-açúcar, que produziram cerca de 667 milhões de toneladas de cana-de-açúcar, 33,8 milhões de toneladas de açúcar e 30,2 bilhões de litros de álcool (UNICA, 2016).

Uma área de pesquisa de interesse das usinas e das universidades é a de simulação de processos, que entre outras habilidades, pode ajudar na automação de processos industriais utilizando, como ferramenta de cálculo, softwares matemáticos capazes de realizar cálculos de certo grau de complexidade. Percebe-se, então, que o setor está ciente de que pode aumentar sua produção, de que tem que investir em novas tecnologias e de que precisa contar com mão-de-obra especializada para avançar tecnicamente e criar capacidade de conhecimento dentro da empresa.

Neste contexto, este tema de mestrado tem como objetivo desenvolver metodologia de cálculo, com base em fundamentos de balanços materiais, para os principais parâmetros do processo. Também serão utilizados informações de processo (concentração de ART, Brix, pH, temperatura, concentração de células, viabilidade celular, brotamento, teor alcóolico) como dados de entrada para o desenvolvimento de um modelo baseado em rede neural, com o objetivo de obter informações importantes do processo. No desenvolvimento desse trabalho serão utilizados dados experimentais de uma usina do Estado de São Paulo.

PALAVRAS-CHAVE: Etanol; Modelagem e Simulação; Balanço Material; Redes

Neurais.

5 ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica (AP-3)

PROFESSOR : Claudio Alberto Torres Suazo

TÍTULO DO TEMA: Otimização de bioprocesso de produção de anticorpo monoclonal

anti-GITR através de cultivo de hibridoma em biorreator3

RESUMO:

O câncer é uma das doenças letais que mais afligem o ser humano na atualidade. As atuais

terapias para tratamento desse mal apresentam índices de cura muito baixos. Na última

década, estudos demonstraram que o sistema imune controla o desenvolvimento de câncer

através de diferentes fatores que modulam a resposta imunológica no processo da

neoplasia. Um dos fatores descobertos como sendo responsável pela modulação da resposta

imune do organismo humano é o GITR (glucocorticoid-induced tumor necrosis factor

receptor), uma biomolécula presente no organismo humano. A ação do GITR pode ser

controlada através do bloqueio com o anticorpo monoclonal anti-GITR, biomolécula

complexa que pode ser produzida através de Tecnologia de Cultivo de Celulas Animais

pelo hibridoma conhecido como DTA-1. O objetivo deste trabalho é identificar condições

ótimas de um processo de cultivo do DTA-1 em biorreator, assim como de um processo de

separação e purificação de anti-GITR, visando a obtenção eficiente e econômica de

quantidades em larga escala desse anticorpo monoclonal. Para tal fim, o anticorpo anti-

GITR será produzido cultivando o hibridoma DTA-1 num biorreator de 500 mL do tipo

“spinner” utilizando o meio de cultura basal com 7,5 % de soro fetal bovino em incubadora

controlada com pH =7,2 e 37ºC. A modificação da composição do meio de cultura e a

forma de operação do biorreator serão objeto de estudo visando a produção otimizada do

anti-GITR. Também será estudado o processo de separação e purificação do anticorpo

monoclonal para poder definir uma metodologia de alto rendimento e de baixo custo que

possibilite a obtenção de anti-GITR. Como legado final deste estudo espera-se um processo

tecnicamente viável de produção em larga escala de anti-GITR.

PALAVRAS-CHAVE: câncer, anti-GITR, hibridoma, DTA-1, célula animal, biorreator

6 TÍTULO: Otimização do crescimento e biossíntese de uma glicoproteína através do

cultivo de células recombinantes de Drosophila melanogaster em biorreator

PROF. RESPONSÁVEL: Cláudio Alberto Torres Suazo

BREVE RESUMO:

A utilização de Tecnologia de cultivo de células de inseto para produção de produtos

terapêuticos de ultima geração vem ganhando grande interesse no Brasil, tendo como

grandes destaques suas altas produtividades e reduzidos riscos em termos de biossegurança.

Nosso grupo de Engenharia Bioquímica vem desenvolvendo vários trabalhos com cultivo

de células animais. Um deles é sobre a produção de um agente anticancerígeno, o outro é

para produção de um biopesticida. Nosso mais novo projeto visa o desenvolvimento de um

bioprocesso para produção de biomoléculas (vacinas contra Hepatitis B e raiva) utilizando

células de Drosophila melanogaster engenheiradas geneticamente por uma equipe de

biotecnólogos do instituto Butantan de São Paulo. Uma etapa importante para o

desenvolvimento do bioprocesso é identificar as melhores condições de crescimento e de

formação de produto (biomolécula) dessas células para poder definir os tipos de

biorreatores e a forma de operação dos mesmos. Os estudos de otimização do cultivo

deverão ser realizados em biorreatores de tanque agitado já existente em nossos

laboratórios, adaptados para o cultivo desse tipo de célula. As principais etapas da pesquisa

serão as seguintes:

a) Realização de experimentos em biorreator de tanque agitado em nossos laboratórios de cultivo de célula animal para determinação de taxas de crescimento e formação de produto em função do(s) substrato(s) limitante(s).

b) Avaliação de estratégias de operação que conduzam a altas produtividades de bioproduto em regime de batelada e batelada alimentada.

c) Definição de um procedimento de cultivo para operação do biorreator com alta produtividade de bioproduto em larga escala.

PALAVRAS-CHAVE: Célula de inseto; Drosophila melanogaster, Cinética de

crescimento; vacinas.

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ÁREA DE PESQUISA: Engenharia bioquímica

PROFESSOR: Cristiane Sanchez Farinas

TÍTULO: Avaliação do uso de aditivos na hidrólise enzimática da biomassa vegetal

RESUMO:

A conversão da biomassa vegetal em biocombustíveis e outros bioprodutos utilizando a rota

enzimática vêm sendo considerada a estratégia mais promissora para a implantação das

biorrefinarias de forma sustentável. No entanto, nesse processo o alto custo das enzimas

ainda é um limitante. Uma das alternativas para reduzir a quantidade de enzimas neste

processo é através do uso de aditivos que reduzem a adsorção não produtiva das enzimas na

lignina. O uso de aditivos como proteínas e surfactantes na hidrolise enzimática aumenta a

conversão de celulose em açúcares solúveis, em especial quando são usados substratos pré-

tratados. Este projeto de mestrado tem como objetivo avaliar o efeito de aditivos de baixo

custo na eficiência do processo de hidrólise enzimática da biomassa vegetal. O efeito dos

aditivos será avaliado durante o processo de hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-

açúcar utilizando complexos enzimáticos celulolíticos em biorreatores. Para cada aditivo

será avaliado o efeito da concentração, a cinética e as isotermas de adsorção. Também

serão realizadas caracterizações do sobrenadante, bem como da fase sólida.

PALAVRAS-CHAVE: bioprocessos, biorreatores, hidrólise enzimática, biomassa

vegetal


PROFESSOR Cristiane Sanchez Farinas

TÍTULO DO TEMA: Desenvolvimento de bioprocesso para produção de enzimas com

aplicação na indústria de alimentos

RESUMO:

A aplicação de enzimas na indústria de alimentos vem sendo considerada como uma

potencial estratégia para a obtenção de novos produtos e processos de forma sustentável.

Na produção de café solúvel, por exemplo, a extração dos carboidratos do café pela rota

bioquímica utilizando enzimas é uma potencial alternativa para contornar o elevado

consumo de energia e a formação de compostos indesejáveis formados quando se usa a rota

térmica convencional. No entanto, o alto custo das enzimas aliado à dificuldade de

obtenção de um coquetel enzimático que contenha as enzimas específicas são desafios

tecnológicos a serem superados para tal aplicação. Nesse contexto, o objetivo deste projeto

de mestrado é estudar o desenvolvimento de um bioprocesso para a produção de enzimas

utilizando como fonte de carbono resíduos agroindustriais de baixo custo. As etapas

previstas incluem o cultivo de microrganismos pelo processo de fermentação em estado

sólido em diferentes condições operacionais e a avaliação do coquetel enzimático nas

etapas extração dos carboidratos do café.

PALAVRAS-CHAVE: café solúvel, enzimas, fermentação, extração, bioprocesso

9 PROFESSOR: Prof. Dr. Dilson Cardoso

ÁREA DE PESQUISA: Catálise e Reatores Químicos

TEMA 1: Estudo de zeólitas com propriedades ácidas para reações de esterificação

PALAVRAS CHAVE:

Catálise heterogênea,

Catálise ácida

Cinética Química

Reação de Esterificação

Subprodutos do Etanol Zeólitas

RESUMO:

Introdução: O etanol produzido através da fermentação da sacarose forma um subproduto

denominado óleo fúsel, constituído principalmente pelo álcool isoamílico. A elevada produção do

etanol no Brasil é acompanhada por cerca de 80 milhões de litros de óleo fúsel ao ano.

Embora o óleo fúsel seja um produto de baixa procura no mercado, o seu derivado, o

acetato de isoamila, é usado em grandes quantidades como aromatizante artificial por possuir odor

a frutas. Também é utilizado como como solvente de tintas, vernizes, e filmes contendo

nitrocelulose e celuloide.

A maior parte da produção do acetato de isoamila é obtida através da reação entre o álcool

isoamílico e o ácido acético (um ácido fraco), usando ácido sulfúrico (um ácido forte) como

catalisador. No entanto, a crescente preocupação com o meio ambiente, bem como a necessidade

de se usar instalações especiais devido à ação corrosiva do ácido sulfúrico, tem incentivado a sua

substituição por catalisadores menos corrosivos, como é o caso dos catalisadores sólidos.

Entre os catalisadores sólidos com propriedades ácidas destacam-se as peneiras

moleculares, em particular as zeólitas, largamente empregada na indústria do petróleo.

Objetivos: Assim, o objetivo deste trabalho é dar início a trabalhos nesse tema, usando

catalisadores ácidos formado por zeólitas. Neste projeto propomos o estudo da conversão do álcool

isoamílico em produtos de interesse da indústria química, com um foco no estudo do catalisador

heterogêneo (zeólitas comerciais ou sintetizadas). Para tanto, escolhemos a esterificação do álcool

isoamílico com ácido acético, para a formação do acetato de isoamila, usando zeólitas como

catalisador.

BIBLIOGRAFIA:

H.M. Koo, J. W. Bae, Esteri cation of acetic acid with methanol to methyl acetate on modi ed

zeolites, Reaction Kinetics Mechanism & Catalysis, (2014) 112:499–510

Dissertação de Mestrado: Vanderlei Garcia, “Óleo Fúsel: Caracterização Química e Aplicação

Industrial”, Instituto Mauá de Tecnologia, 2008.

10 PROFESSOR: Prof. Dr. Dilson Cardoso

ÁREA DE PESQUISA: Catálise e Reatores Químicos

TEMA 2: Estudo de sílicas com propriedades básicas visando a produção do Biodiesel

PALAVRAS CHAVE: Biodiesel, Catálise heterogênea, Catálise básicaSílicas íbridas,

Interesterificação, Transesterificação.

RESUMO:

Introdução: O permanente crescimento da industrialização e a disponibilidade limitada de

combustíveis fósseis líquidos (petróleo) ou gasosos (gás natural) bem como as mudanças

ambientais decorrentes do efeito estufa representa um incentivo permanente para que se busque

outras fontes de energia. É nesse sentido que hoje vários pesquisadores dedicam os seus estudos e,

uma das soluções, é procurar combustíveis renováveis, que possam substituir os fósseis.

O Brasil, com sua vasta área cultivável, é um dos países privilegiados para encontrar

soluções a este problema, seja através das plantas oleaginosas e da cana de açúcar, a primeira

fornecendo óleos vegetais, a segunda o etanol.

Devido a sua alta massa molecular, o óleo vegetal é pouco volátil e muito viscoso, motivos

pelos quais não pode ser usado diretamente para a alimentação de motores de combustão interna. O

principal componente dos óleos vegetais são os triglicerídeos, ou seja, tri-ésteres da glicerina. A

solução para os problemas acima é transformar esses tri-ésteres em mono-ésteres, como os do

metanol ou etanol. Essa reação, denominada de transesterificação, requer o emprego de

catalisadores que possuam sítios básicos.

Objetivos: O objetivo deste trabalho é dar continuidade a trabalhos prévios nesse tema, usando

catalisadores básicos, formado por peneiras moleculares. Os catalisadores serão formados

principalmente por sílicas híbridas sendo sintetizados variando-se alguns parâmetros, sendo

caracterizados quanto as suas propriedades físicas, químicas e catalíticas.

Como reações modelo serão utilizadas a transesterificação e a interesterificação, acompanhando-se

os efeitos das variáveis na atividade, seletividade e estabilidade do catalisador.

BIBLIOGRAFIA:

Dilson Cardoso, Demian P. Fabiano, On the understanding of the remarkable activity of template-

containing mesoporous molecular sieves in the transesterification of rapeseed. Journal of

Catalysis, v. 276, p. 190-196, 2010.

Teses de Doutorado de Demian Fabiano, Jaílson de Araújo e Fernanda T. Cruz (UFSCar)

11 ÁREA DE PESQUISA: CONTROLE AMBIENTAL

PROFESSOR: Edson Luiz Silva

TÍTULO: Otimização da produção de metano em reatores anaeróbios a partir de a

partir da co-fermentação de vinhaça e glicerol

RESUMO: Reduzir o custo do tratamento de águas residuárias e de encontrar formas de

produzir produtos úteis a partir desse resíduo, vem ganhando importância na perspectiva de

atingir a sustentabilidade ambiental. Uma forma de reduzir o custo do tratamento de águas

residuárias é gerar subprodutos com valor agregado, a partir da matéria orgânica presente

nas águas residuárias, ao mesmo tempo realizando o seu tratamento.

A indústria alcooleira caracteriza-se pela produção de uma grande quantidade de resíduos,

dos quais alguns, mais recentemente, ganharam o “status” de subprodutos, tais como

bagaço, a torta de filtro e a vinhaça. O grande problema da agroindústria canavieira é que

para cada litro de combustível temos de 10 a 15 litros de vinhaça efluente da coluna de

destilação, que, pelo seu baixo pH e sua elevada DQO (demanda química de oxigênio), se

encontra entre os rejeitos industriais de maior potencial poluidor. Se por um lado ficam

evidenciados os problemas que o despejo desse resíduo acarreta, por outro, é ressaltada a

riqueza destes materiais em componentes úteis à nutrição das plantas ou correção dos solos.

A indústria de biodiesel também processa grande volume de matéria prima, o que

consequentemente acarreta em quantidades consideráveis de resíduo gerado. O glicerol é o

principal resíduo gerado durante a produção do biodiesel, visto que a cada 9 kg de biodiesel

produzidos é gerado 1 kg de glicerol bruto.

Face ao grande volume de vinhaça e glicerol gerados, há necessidade de desenvolver

tecnologias para gestão destes resíduos, como sua utilização para obtenção de energia.

A estratégia de co-fermentação de substratos distintos, visa não só a adequação ambiental

de diferentes fontes por um único processo, mas também utilizar diferentes características

destes substratos para compor meio de cultivo balanceado em relação à nutrientes e razão

carbono/nitrogênio.

No contexto apresentado, esta pesquisa tem como principal objetivo a avaliação de um

sistema biológico de produção de metano em reator de batelada e reator anaeróbio de leito

fluidizado que permita avaliar a influência das concentrações, pH e tempo de detenção

hidráulica a partir da co-fermentação de vinhaça e glicerol.

PALAVRAS-CHAVE: Processo anaeróbio, vinhaça, glicerol, co-substrato.


PROFESSOR: Edson Luiz Silva

TÍTULO: Otimização da produção de hidrogênio em reatores anaeróbios a partir de a

partir da co-fermentação de vinhaça e glicerol

RESUMO: Reduzir o custo do tratamento de águas residuárias e de encontrar formas de

produzir produtos úteis a partir desse resíduo, vem ganhando importância na perspectiva de

atingir a sustentabilidade ambiental. Uma forma de reduzir o custo do tratamento de águas

residuárias é gerar subprodutos com valor agregado, a partir da matéria orgânica presente

nas águas residuárias, ao mesmo tempo realizando o seu tratamento.

A indústria alcooleira caracteriza-se pela produção de uma grande quantidade de resíduos,

dos quais alguns, mais recentemente, ganharam o “status” de subprodutos, tais como

bagaço, a torta de filtro e a vinhaça. O grande problema da agroindústria canavieira é que

para cada litro de combustível temos de 10 a 15 litros de vinhaça efluente da coluna de

destilação, que, pelo seu baixo pH e sua elevada DQO (demanda química de oxigênio), se

encontra entre os rejeitos industriais de maior potencial poluidor. Se por um lado ficam

evidenciados os problemas que o despejo desse resíduo acarreta, por outro, é ressaltada a

riqueza destes materiais em componentes úteis à nutrição das plantas ou correção dos solos.

A indústria de biodiesel também processa grande volume de matéria prima, o que

consequentemente acarreta em quantidades consideráveis de resíduo gerado. O glicerol é o

principal resíduo gerado durante a produção do biodiesel, visto que a cada 9 kg de biodiesel

produzidos é gerado 1 kg de glicerol bruto.

Face ao grande volume de vinhaça e glicerol gerados, há necessidade de desenvolver

tecnologias para gestão destes resíduos, como sua utilização para obtenção de energia.

A estratégia de co-fermentação de substratos distintos, visa não só a adequação ambiental

de diferentes fontes por um único processo, mas também utilizar diferentes características

destes substratos para compor meio de cultivo balanceado em relação à nutrientes e razão

carbono/nitrogênio.

No contexto apresentado, esta pesquisa tem como principal objetivo a avaliação de um

sistema biológico de produção de hidrogênio em reator de batelada e reator anaeróbio de

leito fluidizado que permita avaliar a influência das concentrações, pH e tempo de detenção

hidráulica a partir da co-fermentação de vinhaça e glicerol.

PALAVRAS-CHAVE: Processo anaeróbio, acidogênese, vinhaça, glicerol, co-substrato.

13 ÁREA DE PESQUISA: Reatores Químicos Heterogêneos e Catálise

PROFESSOR: Ernesto A. Urquieta-González

TÍTULO: Peneiras Moleculares Aplicadas à Síntese Orgânica

RESUMO:

A necessidade cada vez mais premente de substituir processos catalíticos homogêneos

altamente contaminantes, tem levado à busca por processos com os quais se minimize o uso

de catalisadores baseados em ácidos ou bases fortes, os quais geram efluentes de difícil

manuseio, envolvem altos custos no seu tratamento e possuem alto grau de corrosividade de

reatores e equipamentos. Na síntese orgânica, como no caso de intermediários da indústria

farmacêutica ou intermediários da indústria de química fina, são usados ácidos minerais

fortes (por exemplo H2SO4), os que podem ser substituídos por sólidos ácidos, gerando,

consequentemente, processos catalíticos heterogêneos, onde o catalisador não se mistura

aos produtos formados, assim minimizando o impacto ambiental e reduzindo fortemente os

custos de manutenção e de separação de produtos após o processo reacional. Com esse

objetivo, durante o desenvolvimento da dissertação de mestrado, serão estudados e

aplicados aos processos mencionados catalisadores ácidos como zeólitas, sólidos

mesoporosos ordenados. Na avaliação dos catalisadores será utilizada linha de testes a ser

montada no Laboratório de Catálise do Departamento de Engenharia Química da UFSCar.

A pesquisa faz parte de projeto CEPID financiado pela FAPESP. O trabalho poderá ser

continuado em nível de doutorado.

PALAVRAS-CHAVE: catálise heterogênea, síntese orgânica, intermediários

químicos, peneiras moleculares


PROFESSOR: Ernesto A. Urquieta-González

TÍTULO: Desenvolvimento de Catalisadores para Aplicação em Processos de Refino de

Petróleo e Controle Ambiental

RESUMO: O desenvolvimento de catalisadores altamente ativos e seletivos é estratégico

no contexto da Indústria de Refino de Petróleo e se relaciona com a necessidade de menores

custos de produção, qualidade dos produtos e atendimento às rigorosas exigências para a

preservação do meio ambiente e sustentabilidade. Nesse contexto, as linhas relacionadas ao

Grupo de Pesquisa sob minha responsabilidade são dirigidas ao estudo de:

- catalisadores ácidos baseados em peneiras moleculares microporosas (zeólitas) ou

hierarquicamente estruturadas para aplicação em processo de craqueamento de

hidrocarbonetos.

- catalisadores à base óxidos de molibdênio ou tungstênio suportados e contedo óxidos de

Ni ou Co para aplicação no processo de hidrodessulfirização ou oxidessulfurização de

hidrocarbonetos.

- Catalisadores à base de óxidos de metais de transição e/ou metais nobres aplicados ao

abatimento de óxidos de nitrogênio ou monóxido de carbono em emissões industriais.

Nos estudos, se realiza o controle das propriedades físico-químicas dos catalisadores

mais adequadas à aplicação nos processos mencionados, compreendendo o uso de difração

de raios-X, ressonância magnética nuclear, microscopia eletrônica de varredura e de

transmissão, análises termogravimétricas, redução com hidrogênio a temperatura

programada, espectroscopia no infravermelho, entre outras. A avaliação dos catalisadores é

realizada utilizando unidades de reação especialmente montadas no Laboratório de Reatores

e Catálise do Departamento de Engenharia Química. No contexto acima, a pesquisa em

nível de mestrado, poderá ser continuada em nível avançado de doutorado.

PALAVRAS-CHAVE: catálise heterogênea, craqueamento, hidrodessulfurização,

oxidessulfurização, abatimento de NOx e CO

15 ÁREA DE PESQUISA: SISTEMAS PARTICULADOS

PROFESSOR: FABIO BENTES FREIRE

ALUNO (informar o nome quando for o caso):

TÍTULO DO TEMA: Sensor Virtual para Medida de Umidade e Temperatura na

Fase Sólida Durante Processos de Secagem de Pastas em Leito de Jorro

RESUMO:

Sistemas de controle são chamados a suprimir a influência de distúrbios externos, garantir a

estabilidade e otimizar a performance de processos químicos. Seja qual for o objetivo, os

meios de controlar um processo químico passam pela medição de certas variáveis de

processo e a adoção de diferentes estratégias de controle. No que diz respeito aos processos

de secagem, a umidade do produto final, além de ser o objetivo do processo, está

relacionada à manutenção de suas propriedades físicas. Entretanto, a medição direta dessa

variável depende de processos lentos, caros e imprecisos. Uma alternativa a essa limitação

reside na utilização de estimadores de estado, que têm em sua essência, o papel de unir

modelos simplificados e medidas disponíveis para determinar o valor de variáveis para as

quais não se dispõe de um medidor “físico”. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho é

desenvolver sensores virtuais a partir de duas metodologias de estimativa de estado para

estimar conjuntamente a umidade e a temperatura da fase sólida durante o processo de

secagem de pastas em leito de jorro.

PALAVRAS-CHAVE: SECAGEM, LEITO DE JORRO, INSTRUMENTAÇÃO

16 ÁREA DE PESQUISA: Controle Ambiental

PROFESSOR: Gabriela Cantarelli Lopes

TÍTULO: Estudo do comportamento fluidodinâmico de reatores anaeróbicos de leito

fluidizado.

RESUMO:

Atualmente, tecnologias que possibilitam a produção de energias limpas têm sido

amplamente investigadas para minimizar a dependência de combustíveis fósseis, abater as

emissões de poluentes e preservar o meio ambiente. Dentre essas tecnologias, o reator

anaeróbio de leito fluidizado para a produção de hidrogênio se destaca como uma

alternativa bastante promissora. Isso se deve ao duplo potencial desses reatores: possibilitar

a produção do combustível altamente eficiente e limpo e a utilização de biomassa presente

em águas residuárias, amplamente descartadas pelas indústrias. Nesse sentido, o

conhecimento do comportamento hidrodinâmico do reator de leito fluidizado anaeróbio se

revela como um dos fatores de significativa importância para o melhoramento do processo

de decomposição anaeróbia. A Fluidodinâmica Computacional (CFD) é uma ferramenta

que possibilita a resolução de problemas fluidodinâmicos mais complexos, oferecendo uma

avaliação mais detalhada do comportamento dos fluidos e uma alternativa custo efetiva em

relação às análises experimental e analítica. O objetivo deste estudo é, portanto, investigar o

comportamento sólido-líquido do reator de leito fluidizado através da simulação em CFD,

no intuito de contribuir para uma melhor compreensão dos diversos fatores envolvidos e

propor condições otimizadas de operação do reator.

PALAVRAS-CHAVE: Reator aneróbico, Fluidodinâmica Computacional (CFD),

Tratamento de águas residuárias.

17 ÁREA DE PESQUISA: Controle Ambiental

PROFESSOR: Gabriela Cantarelli Lopes

TÍTULO: Estudo da dinâmica do escoamento em ciclone adaptado com bicos injetores de

água usando técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD).

RESUMO: Grande parte das indústrias sucroalcooleiras usam o bagaço de cana de açúcar -

que é um subproduto da produção do etanol e do açúcar de cana - para suprir a demanda

energética através de sua queima em caldeiras ou gaseificadores. Além de gerar energia

suficiente para o abastecimento da própria usina, em alguns casos, a energia elétrica gerada

é vendida de volta para a rede, trazendo lucro para a indústria. No entanto, essa queima gera

resíduos, em sua maioria fuligem, que contém partículas menores que 10 μm. Estas

partículas são altamente prejudiciais ao meio ambiente e à saúde, sendo necessária a

implantação de um sistema de controle de emissão de gases provenientes da queima da

biomassa de cana. Existem diversos equipamentos que são utilizados para a remoção de

materiais particulados de um gás e sua escolha depende dos aspectos físicos e químicos da

emissão dos poluentes. Os lavadores de gases tem sido uma opção bastante empregada na

indústria sucroalcooleira, devido à sua alta eficiência na remoção de partículas, em ampla

faixa granulométrica. Entretanto, os lavadores requerem um elevado volume de água no

processo de remoção de partículas. Um equipamento que pode ser também utilizado no

controle de material particulado é o ciclone, que possui baixo custo de implantação,

manutenção e operação, e alta aplicabilidade em condições adversas de temperatura e

umidade. Apesar de o ciclone convencional ser, no geral, altamente eficiente na remoção de

partículas com diâmetro acima de 10 μm, ele é pouco eficiente na coleta de partículas

menores. Na tentativa de aumentar a eficiência de coleta do ciclone convencional, foi

construído um ciclone adaptado com bicos injetores de água. O objetivo aqui é aliar as

características positivas do ciclone convencional com as dos lavadores de gases, porém com

o uso reduzido de água. É proposto então neste projeto, o estudo da dinâmica do

escoamento em ciclones adaptados com bicos injetores de água, de forma a determinar

configurações geométricas e condições operacionais que maximizem a eficiência de coleta

de partículas, usando um volume mínimo de água. O estudo será feito usando técnicas de

Fluidodinâmica Computacional (CFD). PALAVRAS-CHAVE: Ciclone úmido,

Fluidodinâmica Computacional (CFD), Limpeza de Gases, Controle Ambiental


PROFESSOR: João Batista Oliveira dos Santos

TÍTULO: Geração de energia, produção de hidrogênio e captura de CO2 utilizando

chemical looping reactions.

RESUMO: Chemical looping combustion é uma tecnologia para a produção de energia

com captura de CO2. CLC foi inicialmente proposto para aumentar a eficiência térmica em

plantas geradoras de energia e, em seguida, foi utilizado também como um processo para a

separação de CO2. A principal diferença entre CLC e tecnologias convencionais de

combustão é que o contato direto entre o ar e o combustível é eliminado. Neste caso, o CO2

é obtido sem diluição com nitrogênio. Na tecnologia CLC, o oxigênio utilizado na

combustão é proveniente de ciclos de redução e oxidação de um material sólido tipo

metal/óxido (MyOx/MyOx-1). Chemical looping reforming (CLR) utiliza o mesmo conceito

empregado na CLC, mas o produto produzido é o hidrogênio. O processo CLC ou CLR

ocorre, em geral, em dois reatores de leito fluidizado em que ocorre a oxidação do sólido

em um reator e a posterior redução do sólido no outro reator. O processo CLC foi

demonstrado para a combustão do gás natural em protótipos para a geração de energia na

faixa entre 1 e 50 kW. Os principais problemas encontrados foram a baixa estabilidade do

metal/óxido e a baixa taxa de oxidação e redução do sólido. Portanto, pesquisas são

necessárias para o desenvolvimento de sólidos (MyOx/MyOx-1) com as seguintes

características: elevada taxa de oxidação-redução, alto ponto de fusão, baixa taxa de atrito e

fragmentação, baixo custo e elevada eficiência de combustão. A proposta deste trabalho é

desenvolver materiais com as qualidades necessárias para aplicações em processos

envolvendo CLC e CLR.

PALAVRAS-CHAVE: chemical looping, seqüestro de CO2, hidrogênio


PROFESSOR: João Batista Oliveira dos Santos

TÍTULO: Desenvolvimento do processo de gaseificação de biomassa para geração de

gás de síntese.

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RESUMO:

A gaseificação de biomassa é uma tecnologia bastante promissora para a produção de gás

de síntese (CO e H2). Entretanto, o efluente do gaseificador contém: i) gases: H2, CO, N2,

H2O, CO2, CH4 e pequenas quantidades de NH3 e H2S; ii) cinzas; e iii) alcatrão: mistura

contendo compostos orgânicos fenólicos e aromáticos de alto peso molecular. O alcatrão é

considerado como um contaminante do gás de síntese e sua presença é altamente

indesejada, pois pode obstruir as tubulações, trocadores de calor, filtros e outros

equipamentos do processo. Além disso, pode promover a rápida desativação dos

catalisadores devido à formação de coque, reduzindo a eficiência e aumentando os custos

do processo. A remoção do alcatrão é considerada uma das maiores barreiras técnicas para

o desenvolvimento do processo de gaseificação de biomassa. Por esta razão, um enorme

esforço vem sendo feito para minimizar ou eliminar o alcatrão no processo de gaseificação

e uma tecnologia para a eliminação do alcatrão é o processo de decomposição catalítica. A

principal desvantagem da decomposição catalítica do alcatrão é a desativação do catalisador

devido à formação de coque. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é desenvolver um

processo de gaseificação com alto rendimento para formação do gás de síntese, combinando

reforma catalítica e craqueamento do alcatrão. O processo de gaseificação será realizado em

leito fixo e fluidizado utilizando bagaço de cana de açúcar. A reforma catalítica ou

craqueamento do alcatrão consistirá no estudo de compostos modelos do alcatrão utilizando

catalisadores de Ni suportado em diferentes óxidos. Os catalisadores serão preparados por

impregnação e caracterizados por difração de raios-x, microscopia eletrônica de

transmissão, redução a temperatura programada, análise termogravimétrica e adsorção de

nitrogênio. O desenvolvimento de um catalisador eficaz e estável é essencial para a

implementação de um processo de gaseificação.

PALAVRAS-CHAVE: gás de síntese, alcatrão, biomassa, gaseificação


PROFESSOR: José Maria Correa Bueno

TÍTULO: A transformação direta de alcoois em solventes através da rota de

desidrogenação

RESUMO: Na obtenção de acetato de etila a partir do etanol em atmosfera inerte,

realizamos um trabalho pioneiro mostrando que em catalisadores de cobre suportados em

óxido de zircônio a reação pode acontecer na interface entre o metal e o suporte, além de a

seletividade para acetato de etila ser fortemente afetada pela razão entre espécies de Cu(0) e

Cu(I) na superfície da nanopartícula do metal (A.G. Sato et al./J. Catal. 307 (2013) 1–17).

Existe o interesse de desenvolver novos catalisadores mais ativos e consequentemente

condições de temperatura e pressão mais brandas. As propriedade catalíticas dos

catalisadores a base de Cu não é suficientemente compreendida a nível molecular. O foco

nesse projeto é determinação de parâmetros estruturais de nanoparticulas de Cu com

substituição parcial de outros metais de transição e correlação destas propriedades com a

atividade catalítica, visando:

- Desenvolvimentos de novos catalisadores bi- ou multifuncionais para reações de

transformação direta do etanol em produtos de interesse para a indústria química;

- Desenvolver um maior conhecimento sobre a química de superfície dos

catalisadores através de caracterizações in situ e ex situ. Dessa forma, poderemos identificar

em nível atômico os sítios de superfície ativos e seletivos para cada reação, o que nos

possibilitará, dentre outras coisas, entender mais detalhadamente o mecanismo de reação

orgânica na superfície do catalisador inorgânico;

- Avaliação dos catalisadores em reatores de fluxo contínuo, o que nos trará

informações sobre aspectos cinéticos e termodinâmicos da reação em questão. De forma

mais aplicada, obteremos informações sobre a viabilidade da reação para produção

comercial.

PALAVRAS-CHAVE: etanol, propanol, catalise, acetato de etila


PROFESSOR: José Maria Correa Bueno

TÍTULO: Catalisadores bifuncionais ácido de Brøsted e ácido de Lewis com alta

estabilidade hidrotérmica para desidratação da biomassa em furanos

RESUMO: Visando diminuir a dependência do petróleo por parte da sociedade, observa-se

um grande aumento do interesse científico pela busca de fontes renováveis de carbono e

energia, além do desenvolvimento de uma química sustentável. A biomassa lignocelulósica,

principalmente a sua fração sacarídea, aparece como a fonte renovável de carbono mais

atrativa devido a sua vasta disponibilidade. A conversão química da glicose e da xilose, os

principais componentes da biomassa, por catálise ácida leva a formação do 5-

hidroximetilfurfural e do furfural. Esses furanos são importantes intermediários na

biorrefinaria para a produção de combustíveis, solventes e polímeros.

Os principais catalisadores para a conversão de glicose e xilose são a base de

aluminosilicatos ou sílicas sulfatadas, que apresentam dois problemas principais: (i)

seletividade limitada para os furanos; e (ii) baixa estabilidade hidrotérmica, que é

especialmente importante, uma vez que a presença de água é inevitável nesses processos.

Trabalhos recentes mostraram que a combinação de ácidos de Brønsted e ácidos de

Lewis aumentam consideravelmente a eficiência das reações de conversão de glicose e

xilose nos furanos correspondentes. Dessa forma, neste projeto, serão desenvolvidos novos

catalisadores heterogêneos bifuncionais contendo grupos ácidos de Brønsted e ácido de

Lewis com alta estabilidade hidrotérmica e alto desempenho na síntese do furanos a

partir de glicose e xilose.

Dessa forma, serão propostas as sínteses de duas famílias de catalisadores

bifuncionais: os fosfatos de metais e os óxidos metálicos fosfatados. Esses catalisadores tem

natureza bifuncional, apresentando sítios ácidos de Brønsted e de Lewis (ou multifuncional,

quando preparados com V, Ce, e Fe, apresentando também atividade redox). Em geral, os

fosfatos de metais são preparados pela reação de um sal solúvel do metal com ácido

fosfórico em alta concentração (70-85 % em água) ou fosfato de amônio monobásico

(NH4H2PO4). Já os óxidos metálicos fosfatados são preparados pelo tratamento do óxido

metálico em solução aquosa diluída de ácido fosfórico (1 mol L-1, por exemplo).

Essas duas classes de catalisadores foram pouco exploradas na síntese do de furanos

a partir de glicose e xilose. Dessa forma, propõe-se nesse projeto, um estudo sistemático

da atividade e da estabilidade de diversos fosfatos de metais e óxidos metálicos fosfatados

(como vanádio, lantânio, cério, alumínio, nióbio, zircônio, titânio, cálcio e estrôncio)

para a conversão de açúcares derivados da biomass.


PROFESSOR JOSÉ TEIXEIRA FREIRE

TÍTULO DO TEMA: SECAGEM DE RESÍDUO SÓLIDO EM SECADOR DE

LEIRO MÓVEL VISANDO O SEU REAPROVEITAMENTO

RESUMO:

DIVERSAS INDÚSTRIAS GERAM UMA QUANDIDADE ENORME DE RESÍDUO

SÓLIDO. O SEU DESCARTE TEM SIDO UM PROBLEMA DE DIFÍCIL SOLUÇÃO,

NOTADAMENTE PELO VOLUME PRODUZIDO E PELA SUA GRANDE UMIDADE.

NO CENTRO DE SECAGEM JÁ FOI INICIADO O ESTUDO DA SECAGEM DESSE

TIPO DE MATERIAL ONDE FOI ANALISADA A SECAGEM DE RESIDÚO DE

CÍTRICOS E DE PAPEL CARTONADO EM TAMBOR ROTATIVO. ESSES ESTUDOS

MOSTRARAM-SE MUITO PROMISSORES E A IDÉIA BÁSICA DESTA PROPOSTA

É A DE CONTINUAÇÃO DESSES TRABALHOS, LEVANDO-SE EM CONTA NÃO

SÓ A SECAGEM COMO TAMBÉM PESQUISAR MEIOS DE REUTILIZAÇÃO DO

SÓLIDO PRODUZIDO. JÁ SE DISPÕE DE VÁRIOS SECADORES DE LEITO

MÓVEL, A PARTE INÍCIAL DA DISSERTAÇÃO SERÁ FAZER TESTES NESSES

SECADORES PARA POSTERIORMENTE DECIDIR PELO DE MAIOR EFICIENCIA.

PALAVRAS-CHAVE: RESÍDUO SÓLIDO,SECAGEM,LEITO MÓVIL

23 ÁREA DE PESQUISA: Sistemas Particulados

PROFESSOR: Luís A. M. Ruotolo

TÍTULO: Tratamento de Efluentes da Indústria do Petróleo Utilizando Tecnologia

Eletroquímica

RESUMO:

A presença de compostos orgânicos em efluentes industriais se constitui num sério problema

ambiental e de saúde humana uma vez que estes compostos em sua maioria são extremamente

tóxicos.

O tratamento destes efluentes é feito muitas vezes utilizando processos biológicos;

entretanto, algumas categorias de compostos, entre eles os fenólicos, são bastante refratárias a

este tipo de tratamento e requerem a utilização de tecnologias conhecidas como Processos

Oxidativos Avançados, que se baseiam na geração química ou fotoquímica de radicais

oxidantes. A tecnologia eletroquímica surgiu como uma alternativa ambientalmente compatível

e com vantagens como eliminação de transporte e estocagem de produtos químicos perigosos,

diminuição da mão-de-obra e facilidade de controle do processo.

O processo se baseará na utilização de um eletrodo de diamante comercial e de PbO2 para a

geração de radicais oxidantes in situ utilizando-se reator eletroquímico de fluxo.

O eletrodo de PbO2 será preparado eletroquimicamente sobre placas de titânio. Serão

adicionadas nanopartículas de Nb2O5 durante a síntese para verificar um possível efeito

sinérgico da adsorção e da oxidação via radical hidroxila sobre o processo de degradação.

Serão estudadas variáveis de processo e de projeto importantes para o desenvolvimento de

um reator eletroquímico a ser utilizado para o tratamento de águas fenólicas provenientes da

refinaria de petróleo de Paulínia (Replan-Petrobras).

Maiores informações sobre a linha de pesquisa podem ser obtidas no site do Laboratório de

Tecnologias Ambientais: http://www.latea.deq.ufscar.br/

PALAVRAS-CHAVE: tratamento de efluentes, poluentes orgânicos, reatores

eletroquímicos



TÍTULO: Desenvolvimento de bioadsorventes magnéticos para degradação de compostos

fenólicos provenientes da agroindústria do café

RESUMO:

O desenvolvimento de tecnologias para o tratamento de águas residuais provenientes do

setor agroindustrial tem se tornado um fator relevante devido, principalmente, a fatores

ambientais e econômicos. O cultivo do café no mundo vem crescendo significativamente

nos últimos anos, sendo o Brasil o maior produtor e exportador do produto e o segundo

maior consumidor. Porém, o desenvolvimento da agroindústria do café trouxe sérios

problemas ambientais, como a alta quantidade de resíduos gerados e grandes volumes de

água utilizados. O café pode ser processado por via seca ou via úmida, sendo que este

último processo reduz os custos de secagem dos grãos e proporciona uma bebida de maior

qualidade. No entanto, o processamento por via úmida gera grandes volumes de águas

residuárias com alto teor de compostos fenólicos, sendo persistentes no meio ambiente e

tóxico aos seres humanos e aos microrganismos. Dentro deste contexto, este projeto tem

como objetivo o desenvolvimento de bioadsoventes magnéticos a base de carvão ativado e

nanopartículas magnéticas, através de uma rota de síntese inovadora para remoção de

compostos fenólicos provenientes da agroindústria do café.



PALAVRAS-CHAVE: Nanopartículas Magnéticas, Carvão ativado, Compostos Fenólicos



TÍTULO: Degradação Fotocatalítica de Compostos Orgânicos Poluentes com

Produção Simultânea de Hidrogênio

RESUMO:

A degradação de compostos orgânicos recalcitrantes ao tratamento biológico é um

desafio que se coloca atualmente. Neste projeto será estudada a tecnologia

fotoeletroquímica para a degradação de compostos orgânicos com a geração simultânea de

hidrogênio, cuja produção como sub-produto do processo é interessante pois pode torná-lo

economicamente mais atraente.

Neste projeto propõe-se estudar a síntese e caracterização de nanotubos de titânio (NTi)

para a obtenção de fotocatalisadores. Neste processo, a reação anódica será utilizada para a

degradação de um composto orgânico poluente enquanto a reação catódica será utilizada

para a produção de hidrogênio. Serão feitas tentativas de se dopar os NTi com nitrogênio

com a finalidade de se obter atividade fotoeletrocatalítica na região de radiação visível. Os

NTi serão sintetizados eletroquimicamente sobre a superfície de uma placa de titânio e os

eletrodos serão caracterizados por diferentes técnicas.

A atividade fotocatalítica será avaliada através da oxidação de um composto-padrão (um

corante ou fenol). Ao final destes experimentos pretende-se correlacionar as características

estruturais e morfológicas dos materiais sintetizados com suas respectivas atividades

fotocatalíticas.

Uma vez determinado o material com melhor atividade este será utilizado em um reator

fotocatalítico de fluxo com a finalidade de se avaliar o efeito do transporte de massa sobre a

eficiência de degradação de uma molécula orgânica modelo. A etapa final consistirá em se

aplicar o reator, já nas condições otimizadas, para a degradação de um resíduo real.



PALAVRAS-CHAVE: tratamento de efluentes, fotocatálise, reatores fotocatalític

26 ÁREA DE PESQUISA: Simulação e Controle de Processos Químicos

PROFESSOR: Marcelo Perencin de Arruda Ribeiro

TÍTULO: Síntese enzimática de galacto-oligossacarídeos a Partir de permeado do soro

de leite: Modelagem e Análise Econômica do Processo

RESUMO: O soro do leite é um resíduo na produção de fabricação de queijo e representa

aproximadamente 90% do leite. Por processo de ultrafiltração e secagem, parte do soro

(gorduras e proteínas) pode ser transformada em concentrado proteico e ser reutilizada na

indústria de alimentos. Já o permeado do soro (resíduo da ultrafiltração) é rico em lactose e

é empregado principalmente na produção de permeado de soro em pó e lactose refinada ou

simplesmente descartado. O descarte tanto do soro quanto do permeado consiste em um

problema ambiental devido à alta demanda bioquímica de oxigênio desses efluentes.

Galacto-oligossacarídeos (GOS) são prebióticos utilizados na indústria de alimentos e

valorizados comercialmente. O uso do permeado do soro como substrato na produção

enzimática de galacto-oligossacarídeos (GOS) é uma alternativa ao seu descarte que gera

um produto com algo valor agregado.

Este projeto visa estudar a viabilidade técnico-econômica do processamento do soro de

leite para fabricação de GOS, utilizando a enzima β-galactosidase (imobilizada ou livre)

como biocatalisador. Para isso, modelos técnicos de processo (balanços de massa e energia

e cinética enzimática) deverão ser combinados com modelos econômicos para encontrar

janelas operacionais e avaliar atuais gargalos de processo. Os modelos serão incorporados

no simulador EMSO, um simulador de processos orientado a equações. Resultados obtidos

serão utilizados no desenvolvimento do reator de síntese enzimática de GOS que vem

sendo estudados pelo grupo.

PALAVRAS-CHAVE: modelagem e simulação de processos enzimáticos; síntese

enzimática; soro de leite; análise econômica.


PROFESSOR: Maria do Carmo Ferreira

INFLUÊNCIA DA ESFERICIDADE NO PROCESSO DE SECAGEM

CONVECTIVA DE MATERIAIS PARTICULADOS

RESUMO

Inúmeros desafios observados no processamento de materiais biológicos em indústrias

químicas, alimentícias e farmacêuticas, deve-se à ampla variedade de dimensões e

formatos que caracterizam esses produtos. Enquanto grãos de soja possuem formato

próximo ao de uma esfera e volume típico de um particulado granular, ervas aromáticas

como a cidreira, por exemplo, tem formato plano e volume praticamente desprezível em

comparação com o grão. Assim, é de se esperar que tais materiais tenham

comportamentos distintos quando submetidos à operações unitárias como transporte,

carga e descarga e secagem, entre outras.

O objetivo desta pesquisa é avaliar a secagem convectiva de materiais particulados

visando identificar a influência do formato dos produtos no processo. Será avaliada a

secagem em camada-fina de diversos materiais com esfericidades entre 0,1 (formato quase

plano) e 1 (formato esférico). Os materiais incluem produtos biológicos como grãos,

sementes, cereais e folhas fitoterápicas, além de partículas convencionais que possam ser

usadas como padrão de comparação. Pretende-se avaliar, a partir dos dados, como a

esfericidade do material afeta a perda de carga, a percolação do ar e a cinética de secagem

destes produtos e testar o desempenho de equações que foram desenvolvidas para

produtos convencionais para a estimativa da perda de carga e da cinética de secagem dos

produtos com esfericidade abaixo de 0,5.

PALAVRAS-CHAVE:

Propriedades físicas, transferência de calor e massa, secagem convectiva.


PROFESSOR: MÔNICA LOPES AGUIAR

TÍTULO DO TEMA: ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE MEIOS FILTRANTES

UTILIZADOS EM F ILTROS INDUSTRIAIS, NA SEPARAÇÃO GÁS-SÓLIDO, NO

CONTROLE DA POLUIÇÃO DO AR.

RESUMO

A poluição do ar vem aumentando a cada ano, tornando os índices de qualidade do ar mais alarmantes. Um dos fatores que vem contribuindo para esse aumento é o desenvolvimento industrial. O mercado competitivo exige grandes volumes de produção e consequentemente uma maior quantidade de poluentes é liberada na atmosfera. Durante a revolução industrial a fumaça saindo pelas chaminés representava evolução e modernidade. Nas últimas décadas, essa percepção mudou e começaram a surgir leis e regulamentações mais rigorosas. Dessa forma, as indústrias precisaram se moldar a este novo cenário. Consequentemente, investimentos em desenvolvimentos e aperfeiçoamento em equipamentos de filtração têm sido uma das principais estratégias adotadas pelas indústrias. O uso do filtro de mangas tem se mostrado uma alternativa eficiente no tratamento dos gases efluentes. No entanto, deve-se tomar cuidado ao se projetar os filtros de mangas, caso contrário poderá ocorrer sérios problemas de operação como a troca das mangas antecipada, devido a desgastes das fibras, furos, entupimentos, etc, elevando assim os custos de manutenção, operação, além de provocar problemas ambientais, resultando em poluição atmosférica e multas. Assim, conhecer as variáveis de projeto e o funcionamento desses filtros auxiliará em projetos de filtros de mangas mais eficientes e duráveis. Portanto, esse projeto tem como objetivo estudar a relação da força de adesão entre os meios filtrantes e o material particulado nos filtros manga, para identificar e quantificar os fenômenos que geram a saturação precoce das mangas nas indústrias. A finalidade é aumentar o tempo de vida útil dos meios filtrantes dos filtros de mangas, atualmente um dos grandes problemas que as indústrias vêm enfrentando.

PALAVRAS-CHAVE: filtração de gases, meios filtrantes, filtros de mangas, eficiência do filtro.

29 ÁREAS DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica

LabEnz: Engenharia Enzimática

PROFESSOR: Paulo Waldir Tardioli

TÍTULO: Engenharia de biocatalisadores aplicada à produção de compósitos de lipases e

micropartículas magnéticas para aplicação em reações de hidrólise de óleos vegetais não refinados

RESUMO: A produção enzimática de biodiesel por hidroesterificação (hidrólise e esterificação

sequenciais) é uma alternativa ao processo convencional de produção de biodiesel por

transesterificação alcalina em meio homogêneo. Na primeira etapa (hidrólise), óleos ou gorduras

são hidrolisados em fase aquosa livre de sais, seguida da separação das fases aquosa e orgânica,

obtendo-se glicerol de alta pureza e ácidos graxos livres. Na segunda etapa (esterificação), os ácidos

graxos liberados são esterificados com um álcool de cadeia curta (metanol ou etanol), obtendo-se

biodiesel (mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos). Esse processo permite o processamento

de óleos e gorduras com alta acidez livre, contribuindo para a redução de custos com a matéria-

prima. Entretanto, a maior limitação da implantação industrial de produção enzimática de biodiesel

é o custo do catalisador. Um catalisador robusto que seja estável térmica e mecanicamente no

processo, de fácil recuperação e passível de reutilização em vários ciclos reacionais poderia tornar

atraente sua utilização em escala industrial. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é a preparação

de um catalisador robusto para aplicação na hidrólise heterogênea de óleos vegetais ácidos.

Inicialmente, será avaliada a imobilização de uma enzima (lipase) comercial pela técnica de

agregação/reticulação com micropartículas magnéticas de sílica com o objetivo de se produzir um

biocatalisador insolúvel, mecanicamente estável e de fácil recuperação. Na sequência, serão

avaliadas técnicas pós-imobilização (e.g., glicosilação, hidroxilação e pegilação) visando aumentar

a estabilidade operacional da enzima. Essas técnicas envolvem a modificação da superfície da

enzima imobilizada com mono/bicamadas de carboidratos e/ou polietileno glicol, as quais podem

conferir maior rigidez à molécula de enzima imobilizada, e, portanto, aumentar a sua estabilidade

operacional. Finalmente, o biocatalisador mais estável operacionalmente será avaliado na reação de

hidrólise de óleo de soja degomado em reator batelada em escala de bancada visando à obtenção de

parâmetros para o aumento de escala do processo.

PALAVRAS-CHAVE: lipase; imobilização; micropartículas magnéticas; modificação da

superfície da enzima; hidrólise de óleos.

30 PROFESSOR: Raquel de Lima Camargo Giordano

ÁREA DE PESQUISA: Engenharia Bioquímica -LabEnz: Engenharia de Processos

Enzimáticos

TÍTULO: PRODUÇÃO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS PARA APLICAÇÕES

EM BIOPROCESSOS

RESUMO: Nanopartículas superparamagnéticas somente apresentam resposta magnética

na presença de campos externos. O recobrimento de tais partículas é importante para manter

a sua estabilidade, mas a formação de uma estrutura com alta área superficial e mesoporosa

a partir do seu recobrimento com sílica é um desenvolvimento recente nesta linha de

pesquisa. As potenciais aplicações destas partículas recobertas se baseia na facilidade de

separação do material sólido em meio complexo, através da aplicação de campo magnético.

A modificação da superfície em tais matrizes porosas (funcionalização) pode facilitar

operações de separação de diversos componentes químicos por adsorção. Além disso,

existem áreas de potencial aplicação em sistemas catalíticos, incluindo a imobilização de

enzimas. Neste caso, o sólido serve como suporte, podendo ser facilmente separado do meio

reacional e reutilizado. O maior inconveniente do processo de recobrimento está na redução

da resposta magnética do material, principalmente em se tratando da formação de partículas

mesoporosas.

Recente inovação patenteada pelo Laboratório de Engenharia de processos Enzimáticos

(LabEnz) descreve um sistema em emulsão capaz de fornecer micropartículas magnéticas

de sílica com as características desejadas para aplicações em bioprocessos, em que houve

pouca redução na magnetização de saturação originada nas nanopartículas (SMMps).

O objetivo desta proposta de mestrado é analisar sistematicamente o processo de síntese,

fazendo a análise das variáveis envolvidas no processo através de experimentos delineados

e superfícies de resposta, caracterizando a emulsão utilizada e as partículas produzidas

As variáveis influentes a serem analisadas são: concentração de silicato, fração de

nanopartículas, proporção de surfactante e temperatura. As variaveis respostas pesquisadas

serão: características físicas, químicas e morfológicas das SMMpscaracterísticas físicas,

químicas e morfológicas das SMMps e um teste de aplicação na purificação e/ou

imobilização de uma enzima. O Prof. Thiago Pádua irá co-orientar este tema.

PALAVRAS-CHAVE: Suportes magnéticos, nanopartículas magnéticas, emulsão,

purificação de biomoléculas, imobilização de enzimas

31 PROFESSOR: Roberto de Campos Giordano

ÁREA DE PESQUISA: Simulação e Controle de Processos e LaDABio:

Desenvolvimento e Automação de Bioprocessos

TEMA: ESTUDO CINÉTICO E DE VIABILIDADE TECNO-ECONÔMICA DA

HIDRÓLISE DE ÓLEO DE SOJA CATALISADA POR LIPASE EXTRAIDA DE

SEMENTES DE MAMONA

RESUMO:

Lipases (triacilglicerol éster hidrolases, EC 3.1.1.3) são enzimas amplamente utilizadas

industrialmente. Na natureza, agindo como hidrolases, catalisam a hidrólise de ligações

ésteres presentes em moléculas de triacilglicerol, de forma parcial ou total. Essas enzimas

são capazes de não somente catalisar a hidrólise, mas também a esterificação, a

transesterificação e a interesterificação de óleos e gorduras em meios com restrição de água.

Podem ser obtidas de microrganismos e de vegetais, como mamona, pinhão manso, girassol

e canola.

Dentre as lIpases vegetais, A de mamona (Ricinuscommunis L.) é especialmente

interessante pela sua elevada atividade catalítica em pH ácido e baixo custo de obtenção.

Sementes de mamona possuem enzimas de atividade lipolítica em sementes não germinadas

(dormentes). Assim, essas sementes poderiam ser utilizadas, diretamente, como

biocatalisador em algumas reações químicas

Este tema de mestrado se insere em linha de pesquisa emcolaboração com o LabEnz

(coordenado pela Profa. Raquel Giordano), que vem estudando a utilização dessa enzima

para hidrólise de óleo de soja visando à produção de biodiesel em arranjo sequencial de

reatores hidrólise-esterificação. A aplicação da enzima ainda na matriz sólida da semente,

assim como sua extração, já foram objeto de estudo.

O objetivo deste trabalho é estudar a cinética da hidrólise de óleo de soja utilizando a

enzima de mamona em forma solúvel, desenvolver e ajustar modelos que possam descrever

seu comportamento catalítico e utilizar os resultados obtidos para embasar análise tecno-

econômica preliminar da viabilidade do processo industrial de produção de biodiesel por

essa rota.

PALAVRAS-CHAVE: modelagem e simulação de processos enzimáticos; cinética

enzimática; lipases; biodiesel.


PROFESSOR: RODRIGO BÉTTEGA

TÍTULO: ANÁLISE DE PARÂMETROS DE PROJETO DE LEITOS DE JORRO

UTILIZANDO FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL (CFD)

RESUMO:

A Fluidodinâmica Computacional (CFD – Computational Fluid Dynamics) vem

apresentando uma evolução em termos de aplicação industrial nos últimos anos. Os códigos

computacionais disponíveis na atualidade são fáceis de usar e possibilitam a obtenção de

respostas de alta qualidade para as mais diferentes operações e equipamentos. A

popularização do leito de jorro em inúmeros processos nas indústrias química e

farmacêutica, como também na agroindústria, deve-se à alta taxa de transferência de calor e

massa promovida entre as fases presentes no equipamento. As altas taxas de transferência

apresentam-se como grandes motivadores para a sua utilização. Entretanto, este

equipamento apresenta desvantagens como a alta queda de pressão para o estabelecimento

do jorro, instabilidade em grandes escalas e o alto consumo energético para a manutenção

do regime de jorro. Neste contexto, pesquisas direcionadas à avaliação de parâmetros

geométricos e condições de operação do leito de jorro podem contribuir diretamente

buscando a minimização das desvantagens e assim contribuir com o projeto do

equipamento. Assim sendo, neste trabalho propõem-se a realização de simulações

numéricas computacionais de leitos de jorro com diferentes geometrias buscando mapear

condições ideais para o projeto do equipamento. Para tal fim serão planejadas e realizadas

simulações com diferentes geometrias do equipamento, possibilitando a obtenção de

resultados acerca da fluidodinâmica e da transferência de calor. A análise destes resultados

resultará na melhor configuração para a operação do equipamento.

PALAVRAS-CHAVE: CFD, Leito de Jorro, Parâmetros de projeto


Orientadora: Profa. Dra. Teresa Cristina Zangirolami

TÍTULO DO TEMA: Obtenção e caracterização de levedura recombinante com elevada

tolerância a etanol por Engenharia Evolutiva

RESUMO

A fermentação alcoólica da glicose é processo consolidado, havendo linhagens da levedura

Saccharomyces cerevisiae adaptadas ao ambiente industrial, robustas e aptas a suplantar a

competição com microrganismos contaminantes. Entretanto, a fermentação das pentoses

(fundamentalmente xilose) continua sendo um grande desafio industrial. O aproveitamento

da fração hemicelulósica da biomassa é importante para viabilizar economicamente a

produção industrial de bioetanol. S. cerevisiae selvagem não metaboliza xilose, mas estão

disponíveis leveduras recombinantes que capazes de assimilar eficientemente esse açúcar.

No entanto, as leveduras recombinantes são menos robustas que as industriais,

apresentando menor tolerância ao etanol e aos inibidores normalmente presentes em

hdirolisados de hemicelulose. O objetivo desta proposta é usar técnicas de Evolução

Adaptativa para adaptar a levedura recombinante a meios de cultivo contendo hidrolisado

de hemicelulose e concentrações de etanol superiores a 70 g/L. Os experimentos de

Evolução Adaptativa serão realizados em condições fermentativas em falcons dotados de

saída para o CO2. A metodologia de transferências sucessivas para meios gradualmente

enriquecidos com etanol será empregada, com no mínimo 100 gerações em cada estágio da

adaptação. A linhagem recombinante original e a linhagem evoluída serão caracterizadas

em experimentos em biorreator tipo tanque agitado (operação em batelada) e em biorreator

de leito fixo (operação contínua), com hidrolisados de hemicelulose concentrados. Os

experimentos de evolução adaptativa serão acompanhados pela perda de massa associada à

liberação de CO2. Ao final dos ensaios em falcon e ao longo dos experimentos em

biorreator tipo tanque agitado, amostras serão coletadas para determinação da concentração

de açúcares, etanol e xilitol (por cromatografia líquida de alta eficiência). O crescimento

celular será acompanhado por medidas da concentração celular (método gravimétrico e

leitura da densidade ótica). A viabilidade celular será realizada por contagem de células

coradas por azul de metileno. O reator tanque agitado e o reator de leito fixo serão

monitorados via sistema de supervisão e controle, com aquisição da fração molar de CO2

produzido. A biomassa obtida nos cultivos com a levedura evoluída será encaminhada para

sequenciamento e análise do genoma (serviço a ser contratado).

PALAVRAS-CHAVE: Saccharomyces cerevisiae, hemicelulose, Evolução Adaptativa,

etanol 2G.


Orientadora: Profa. Dra. Teresa Cristina Zangirolami

TÍTULO DO TEMA: Análise técnico-econômica da E. coli como fábrica celular para

produção de biomoléculas a partir de resíduos da biorrefinaria

RESUMO

Produtos de valor agregado tais como aminoácidos, ácidos orgânicos e outras

especialidades obtidas por processos fermentativos movimentam um mercado global

estimado em US$ 22 bilhões. Dentre eles, o ácido aspártico (37,4 mil ton, 2013) e o ácido

3-hidroxipropiônico (demanda estimada em 2015: 20 mil ton) são destacados como

potenciais coprodutos em biorrefinarias. O L-aspartato é usado na produção de aspartame e

de ácido poliaspártico. Como bloco construtor, pode ser convertido em diversas classes de

moléculas como anidrido aspártico, 3-aminotetrahidrofurano, 2-amino-1,4-butanodiol,

amino-diácidos substituídos e intermediários farmacêuticos. O ácido 3-hidroxipropiônico

(3-HP) é outro bloco construtor promissor no contexto de biorrefinarias, precursor de uma

variedade de compostos como ácido acrílico, 1,3-propanodiol, acrilato de metila,

propiolactona, ácido malônico, acrilamida e hidroxiamidas. Nesta proposta, o potencial de

Escherichia coli como plataforma para obtenção de ácido aspártico e 3-HP, com

concomitante consumo de resíduos da biorrefinaria (a fração hemicelulósica do bagaço de

cana-de-açúcar e glicerol não refinado). Ferramentas computacionais serão utilizadas para,

por meio da Biologia de Sistemas, obter novos alvos no metabolismo da E. coli. Partindo

do modelo metabólico em escala genômica, o metabolismo da bactéria será explorado in

silico utilizando o software Optflux para identificar alvos para modificação genética,

aumentando a produtividade em ácido aspártico e 3-HP. Modificações para cada bioproduto

alvo serão incorporadas ao modelo metabólico, prevendo-se a produtividade da fábrica

microbiana e os rendimentos para cada fonte de carbono principal (xilose e glicerol). Em

seguida, a “biorrefinaria virtual da produção de 3-HP e de aspartato” será implementada na

plataforma EMSO, incluindo a modelagem das etapas de preparação da matéria-prima, de

reação e de purificação dos produtos. Os rendimentos obtidos via simulação dos modelos

metabólicos modificados serão utilizados como variáveis de entrada para a simulação da

planta de obtenção 3-HP ou aspartato, permitindo a solução dos balanços de massa e

energia, estimativa do custo e a análise da viabilidade econômica para produto em função

dos diferentes resíduos empregados como cada fonte de carbono.

PALAVRAS-CHAVE: Biologia de Sistemas, Engenharia de Bioprocessos e Sistemas

ácido 3-hidroxipropiônico, aspartato, E. coli.

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35 PROFESSOR: Vádila Giovana Guerra Béttega

ÁREA DE PESQUISA: Controle Ambiental

TÍTULO: Avaliação de diferentes condições operacionais no desempenho de coleta

de partículas de um precipitador eletrostático.

RESUMO:

A remoção de partículas micrométricas de correntes gasosas tem se mostrado uma operação

cada vez mais importante, tanto no controle da emissão de materiais particulados na faixa

respirável e inalável (altamente prejudiciais à saúde), quanto na recuperação de produtos

com alto valor agregado. Dentre os equipamentos capazes de operar na remoção de

materiais particulados, tem-se o precipitador eletrostático, que é altamente eficiente na

remoção de partículas em ampla faixa granulométrica e o mais viável na recuperação de

materiais com valor agregado. Além disso, apresenta a vantagem de poder operar sobre

altas temperaturas e ocasionar baixa perde de carga ao escoamento, quando comparado aos

demais sistemas de limpeza de gases. Muitas são as variáveis operacionais que afetam o

desempenho de coleta de partículas do equipamento, tais como: velocidade do gás,

potencial aplicado aos eletrodos, distribuição de tamanho das partículas, propriedades

físicas do material particulado, etc. Nesse contexto, o objetivo do estudo é avaliar a

influência de diferentes condições operacionais no desempenho de coleta de partículas de

um precipitador eletrostático. Para isso serão variados o campo elétrico, a velocidade do gás

e o material particulado. Os valores de eficiência de coleta encontrados experimentalmente

serão comparados com modelos disponíveis na literatura.

PALAVRAS-CHAVE: Precipitador eletrostático, Limpeza de Gases, Controle Ambiental.

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Temas para MESTRADO 2017 PROFESSOR: Adilson José da … para... · o que resulta em grande volume gerado de vinhaça e alto consumo de vapor na etapa de destilação. Devido ao calor