A graduação no PRH 3.1

Energia. Crescimento e sociedade. Balanço Energético Nacional. Geopolítica da energia. História econômica do setor de hidrocarbonetos. Evolução dos sistemas tecnológicos de E & P. A crise do petróleo. O contrachoque petrolífero. Estratégias de empresa e políticas de governo para o setor. Competição na indústria do petróleo e regulação na indústria do gás natural.

Origens do Petróleo e suas acumulações. Exploração e desenvolvimento de reservatórios. Construção de poços. Escoamento de petróleo: elevação natural e artificial. Sistemas de Produção de petróleo. Plantas de processamento de petróleo.

Modelos microscópicos, macroscópicos e de rede. Arvores de Bethe e neuronais. Percolação e propriedades críticas de rede. Fractais. Dimensão Fractal. Simulação de processos de difusão e crescimento. Processos de agregação e floculação limitados pela taxa e pela difusão. Produção de petróleo. Dispersão de poluentes. Comparação entre simulação molecular e descrição macroscópica. Descrição estocástica de processos. Teoria de meio efetivo. Passeios aleatórios.

Equações de conservação. Modelos de turbulência. Métodos de discretização. Geração de malhas. Inicialização de solução. Monitores de solução. Pós-Processamento. Problemas complexos de Mecânica dos Fluidos.

Propriedades químicas, físicas e termodinâmicas do petróleo. Tipos de reservatório. Balanços materiais e volumétricos aplicados a reservatórios. Pressão capilar, molhabilidade, função J de Leverett, zona de transição, equilíbrio vertical. Permeabilidades relativas, Lei de Darcy para escoamento multifásico, efeitos da gravidade, teoria de Buckley-Leverett, cálculos de predição de recuperação, escalonamento volumétrico linear, determinação da permeabilidade relativa (JBN e Jones-Rozelle). Equação do avanço frontal, Equação de Buckley-Leverett como solução do avanço frontal. Escoamento multifásico em meios porosos. Modelagem e simulação de reservatórios. Modelos microscópicos. Processamento in-situ.

Ocorrências de gás natural. Caracterização e definição. Produção. Processamento (UPGN). Aplicações e derivados. Termodinâmica aplicada à engenharia de gás natural. Transporte de gás natural. Simulação de redes de transmissão. Projeto de redes de transmissão. Simulação de redes de distribuição. Projeto de redes de distribuição. 

Introdução. Descrição de meios porosos. Escoamento monofásico. Escoamento bifásico imiscível. Escoamento bifásico miscível. Comportamento fenomenológico. Transferência de calor. Aplicações em engenharia de petróleo. 

Introdução. Teoria do fogo, classes e estágios de incêndios. Modelagem e simulação dinâmica de incêndios. Sistemas de proteção passiva. Classificação de áreas. Sinalização de segurança contra incêndio e pânico. Sistemas detectores de incêndio. Métodos de combate. Contexto legal e técnico no Brasil. Estudos de caso. 

Desenvolvimento da capacidade empreendedora, com ênfase no estudo do perfil do empreendedor, nas técnicas de identificação e aproveitamento de oportunidades, na aquisição e gerenciamento dos recursos necessários ao estudo da viabilidade de empreendimentos e na concepção de planos de negócios usando softwares aplicativos, jogos de empresas e dinâmicas de grupo.

Elementos de mecânica das rochas, fluídos de perfuração. Projeto do poço: perfuração, cimentação e revestimentos, coluna de produção. Controle de blowout. Perfis para perfuração de poços. Gerenciamento do processo de perfuração.

Projeto do poço: coluna de produção. Canhoneio. Dano de formação, técnicas de estimulação. Fraturamento hidráulico. Controle de areia. Perfilagem de produção. 

Conceitos básicos de garantia de escoamento; requerimentos de garantia de escoamentos; propriedades termofísicas de hidrocarbonetos; formação de hidratos; deposição de parafinas; escoamentos laminar e turbulento; escoamento multifásico; pistonamento severo (severe slugging); escoamento transiente; condução de calor; convecção forçada; convecção natural; isolamento térmico; transferência de calor transiente; aquecimento ativo; inibidores químicos de hidratos; corrosão; pigging; simulação computacional.

Redes de tubulações: projeto e simulação. Fluidos não-newtonianos. Escoamento turbulento: modelos. Escoamento potencial. Teoria da camada limite. Escoamento compressível unidimensional. Escoamento bifásico líquido/gás

Interações entre átomos e moléculas. Mecânica estatística. Método de Monte Carlo. Método de simulação dinâmica. Técnicas especiais para a simulação de fluídos complexos. Aplicações em biotecnologia de programas computacionais para modelagem e simulação molecular

1) Equações de conservação. 2) Modelos de turbulência. 3) Métodos de discretização. 4) Geração de Malhas. 5) Inicialização de solução. 6) Monitores de solução. 7) Pós-Processamento. 8) Problemas complexos de Mecânica dos Fluidos.

1) Propriedades fundamentais dos catalisadores. 2) Catalisadores heterogêneos. Adsorção física e química. 3) Equilíbrio sobre superfícies. 4) Métodos de preparação de catalisadores. 5) Propriedades físico-químicas dos catalisadores. 6) Caracterização de catalisadores. 7) Tratamento de dados experimentais - Taxas intrínsecas. 8) Reações sensíveis e insensíveis. 9) Reações Modelo

1) Importância econômica da inovação: Schumpeter. 2) Inovação de produto e de processo. Inovação radical e incremental. 3) Trajetórias tecnológicas. 4) Inovação e indústria química. 5) Análise histórica da indústria: - evolução e papel da inovação no seu crescimento. 6) A indústria química como uma indústria "science based", a função de P & D. 7) Tendência, caracterização da inovação na indústria química atual. 8) Inovação como um processo interativo. 9) Aspectos tecnológicos, organizacionais e relacionais da inovação. 10) Competências organizacionais. 11) Economia das relações produtor-utilizador. 12) Caracterização dos papéis funcionais: produtor, fornecedor, utilizador e outros. 13) Problemas de coordenação entre os atores. 14) Estratégias de inovação e competências organizacionais. 15) Estudo de casos em inovação na indústria química.

Introdução. Conceitos. Histórico. Fundamentos matemáticos. Tratamento dos dados. Aprendizado supervisionado: introdução, métodos e métricas, modelos. Aprendizado não supervisionado: introdução, clusterização, redução de dimensionalidade. Aprendizado semi-supervisionado. Aprendizado suportado na física/conhecimento. Aprendizado por reforço: o processo de decisão de Markov e sua resolução, o conceito de exploração, algoritmos. Aplicações em engenharia de sistemas em processos.

Transição energética: de fontes fósseis para renováveis. Matriz energética mundial e brasileira. Planejamento energético. Energia a partir de biomassa. Energia solar. Energia do hidrogênio. Energia Eólica. Células a combustível. Biocombustível links.

Petróleo e Gás Natural como principais fontes de matéria-prima: Histórico. Principais derivados: Gás Natural: Ocorrências. Caracterização. Definição. Produção. Processamento (UPGN). Aplicações e derivados: Petróleo: Ocorrências. Caracterização. Definição. Processamento. Processos de separação. Processos de conversão. Processos de tratamento. Processos auxiliares.

Conceitos básicos e formulação de problemas de otimização. Otimização unidimensional sem restrições: resolução formal e métodos numéricos. Caracterização de extremos. Otimização multidimensional sem restrições: resolução formal, caracterização de extremos. Métodos numéricos. Aplicações no projeto de equipamentos e otimização de processos. Regressão linear múltipla, ajuste de parâmetros a partir de dados experimentais. Regressão não-linear múltipla. Programação linear: método Simplex. Otimização não linear com restrições de igualdade e desigualdade: multiplicadores de Lagrange e introdução à programação quadrática sucessiva.

Propriedades fundamentais dos catalisadores. Catalisadores heterogêneos. Adsorção física. Adsorção química. Equilíbrio sobre superfícies. Métodos de preparação de catalisadores. Propriedades físico-químicas dos catalisadores. Caracterização de catalisadores. Cinética das reações catalíticas heterogêneas. Tratamento de dados experimentais - Taxas intrínsecas. Reações sensíveis e insensíveis. Reações catalíticas: Hidrogenação. Desidrogenação. Oxidação. Hidratação Noções de Catálise homogênea ácido-base. 

Análise termodinâmica de processos: conceito de energia. Modelagem termodinâmica de sistemas complexos: não-idealidade. alta pressão. Criticalidade. Supercriticalidade e sistemas reacionais. Estabilidade termodinâmica e criticalidade. Aplicações com computação digital. 

Métodos de Projeto de Trocadores de Calor: Trocadores Multitubulares e Trocadores a Placas. Projeto de Evaporadores. Condensadores e Vaporizadores Industriais. Simulação Computacional de Equipamentos Térmicos. Métodos para a Síntese e Projeto de Redes de Trocadores de Calor. 

Projeto de malhas com uma entrada e múltiplas saídas controladas. Projeto de malhas com uma saída controlada e várias entradas. Controle de processos de dinâmica complexa (tempo morto. resposta inversa e instabilidade cm malha aberta). Controle de processos não lineares. Controle baseado em modelos. Sistema multivariáveis. Projeto de controladores multivariáveis. 

Instrumentação para controle e automação de processos. Caracterização de instrumentos de medida, controle e atuação. Elementos sensores, transdutores e transmissores de sinais de variáveis de processos. Válvulas de controle, características inerentes e instaladas. Controladores simples e multimalhas. Controladores programáveis. Projeto de sistemas digitais de monitoração e de supervisão. Sistemas de controle multivariáveis. Aplicações simuladas de sistemas de controle e automação a processos e operações unitárias da indústria química. 

Água na Natureza. Classificação, usos, empregos e importância. Sustentabilidade dos Recursos Hídricos. Água e suas impurezas. Aeração. Coagulação/Floculação. Decantação. Filtração. Desinfecção. Abrandamento. Desmineralização. Tratamento químico em sistemas fechados de resfriamento e produção de vapor. 

Gestão ambiental; EIA/RIMA; Licenciamento; caracterização física e química dos efluentes industriais., Normas gerais de amostragens e conservação. Processos de tratamento de efluentes líquidos/polpas; Tratamentos primários, secundários e terciários. Controle de Emissões Gasosas (Equipamentos de controle de poluentes gasosos); Tratamento de Resíduos Sólidos. 

.A importância do Gás Natural; conceitos fundamentais; Gás Natural: ocorrências, reservatórios de produção; sistemas de produção de Gás Natural; processamento de Gás Natural; transporte, distribuição e comercialização de gás natural; Tecnologias e aplicações em desenvolvimento. 

Produtos de petróleo. Constituição do petróleo: hidrocarbonetos e não carbonetos. Principais derivados: gasolina automotiva, óleo diesel, álcool, gás liquefeito de petróleo (GLP), querosene de aviação, óleo combustível, óleos lubrificantes e graxas. Definições. Tipos de produtos comerciais. Características dos combustíveis e óleos em função do uso. Caracterização química, físico-química. Aditivos. 

Caracterização do processo histórico e atual do desenvolvimento tecnológico. A posição dos países, setores industriais e agentes-empresas, universidades e institutos tecnológicos na geração da C&T. As parcerias tecnológicas e os incentivos fiscais, financeiros e outros. O uso dos indicadores de PD&E na gestão estratégica das empresas. Transferência de tecnologia: importância, tipos de contratos e outros aspectos. Propriedade intelectual: abordagem conceitual, métodos de busca e prospecção tecnológica.

EMENTA:

1) Gestão dos recursos hídricos; 2) Legislação; 3) Formas de reúso de água e efluentes; 4) Reúso de Águas Industriais; 5) Processos de tratamento de efluentes para adequação aos critérios de qualidade para as diversas formas de reúso.

BIBLIOGRAFIA:

Reúso de Água. Pedro Mancuso & Hilton dos Santos (editores). Ed. Manole, 2003. Manual Guidelines for Water Reuse - USEP A. Washington, 1992 (EP A/625/R -92/004) Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse. 4ed. Metcalf & Eddy Inc. McGraw Hill, 2002. Resolução CONAMA 20/ 1986 e Lei n. 9433/ 1997 (política Nacional de Recursos Hídricos) Membranas Filtrantes para Tratamento de Água, Esgoto e Águas de Reúso. - René Peter Schneider & Miltom Tomoyuki Tsutiya. Ed. ABES, 2001. Introduction to Environmental Engineering - Davis & Corwell - McGraw-Hill, 2ed., 1998. Periódicos: - Chemosphere (Environmental Chemistry), Elsevier; - Water Research, Elsevier; Water Science & Tecnology, International Water Association.

Conceitos básicos de garantia de escoamento; requerimentos de garantia de escoamentos; propriedades termofísicas de hidrocarbonetos; formação de hidratos; deposição de parafinas; escoamentos laminar e turbulento; escoamento multifásico; pistonamento severo (severe slugging); escoamento transiente; condução de calor; convecção forçada; convecção natural; isolamento térmico; transferência de calor transiente; aquecimento ativo; inibidores químicos de hidratos; corrosão; pigging; simulação computacional.

Características gerais da indústria petroquímica. A cadeia petroquímica: matérias primas intermediárias e produtos finais. Polos petroquímicos no Brasil. A cadeia de produção de derivados do eteno, propeno, benzeno e xilenos. Processos de polimerização e de transformação de resinas. Aspectos de mercado. Tendências do setor.

1) Fundamentos teóricos. Busca univariável e multivariável com e sem restrições. 2) Métodos estocásticos e determinísticos. Programação linear e não-linear. 3) Programação mista. 4) Otimização de processos dinâmicos: Métodos variacionais e controle preditivo. 5) Algoritmos de otimização e aspectos computacionais. 6) Programação dinâmica e heurística. 7) Aplicações a equipamentos e processos químicos.

A diversidade de problemas de otimização na Engenharia Química. Fundamentos teóricos. Busca univariável e multivariável sem restrições. Programação linear simples e com objetivos múltiplos. Programação não-linear. Programação dinâmica e heurística. Programação linear e não-linear com inteiros. Aspectos computacionais. Aplicações a equipamentos e a processos. Análise da literatura recente.

1) Introdução às Redes Neurais Artificiais - Redes neurais e Inteligência Artificial; 2) Fundamentos de Redes Neurais; 3) Perceptrons Multicamadas a; 4) Redes de Base Radial; 5) Redes de Kohonen; 6) Tópicos Avançados em Análise de Redes Neurais; 7) Panorama de Aplicações à Engenharia Química - Implementações desenvolvidas para a disciplina e revisão da literatura para aplicações de: a) Regressão não linear; b) Soft-sensor; c) Modelagem; d) Controle; e) Detecção de falhas etc.

1- A economia do Hidrogênio: panorama e perspectivas 2- Infraestrutura: transporte, distribuição e armazenamento 3- Produção de hidrogênio 4- Células combustíveis 5- Cenário brasileiro de geração e aplicação do hidrogênio

Sistemas e Processos Químicos. Redes em Processos Químicos. Síntese e Análise no Projeto de Processos. Análise como instrumento de avaliação de concepções alternativas. Redes de Trocadores de Calor e de Equipamentos que usam água. Avaliação econômica, dimensionamento, simulação e otimização na análise e síntese de processos. Integração de processos via métodos heurísticos e programação matemática. Funções objetivo. Componentes Ambientais e Sociais no contexto da Sustentabilidade. Problemas com Múltiplos Objetivos. Incerteza, Risco e Sensibilidade. Conceitos e exemplos de aplicação na Análise de Processos. Planejamento e Programação da Produção.

Desenvolvimento Sustentável. Analogia com ecossistemas. Ecologia Industrial. Parques eco-industriais. Projeto de Processos para o Ambiente (DfE). Indicadores de desempenho ambiental. Projetos visando a prevenção de poluição. Minimização de impacto ambiental. Gerenciamento de Materiais. Reciclo e Reuso. Ciclos de Vida: Princípios, Estudos de Caso. Metabolismo Industrial. Química Verde. Captura e Sequestro de CO2. Créditos de Carbono.

1) Propriedades fundamentais dos catalisadores. 2) Catalisadores heterogêneos. Adsorção física e química. 3) Equilíbrio sobre superfícies. 4) Métodos de preparação de catalisadores. 5) Propriedades físico-químicas dos catalisadores. 6) Caracterização de catalisadores. 7) Tratamento de dados experimentais - Taxas intrínsecas. 8) Reações sensíveis e insensíveis. 9) Reações Modelo.

Conceitos fundamentais em cinética química. Técnicas experimentais de determinação de parâmetros cinéticos. Termodinâmica das reações químicas. Mecanismo de reação. Teoria das taxas de reação. Introdução à cinética de reações catalíticas heterogêneas. Processos de transporte externo em reações heterogêneas. Processos de transporte interno; difusão e reação em catalisadores porosos em sistemas isotérmicos e não-isotérmicos. Fundamentos das reações enzimáticas em fase homogênea e heterogênea. Biocatálise orgânica. Cinética de enzimas alostéricas.

1) Equações de conservação. 2) Modelos de turbulência. 3) Métodos de discretização. 4) Geração de Malhas. 5) Inicialização de solução. 6) Monitores de solução. 7) Pós-Processamento. 8) Problemas complexos de Mecânica dos Fluidos.

O conceito de bioeconomia. Caracterização de Indústrias Emergentes e o desafio da transição. Análise da bioeconomia segundo cinco dimensões: Matérias-primas, tecnologias, produtos, modelos de negócio e políticas públicas. O conceito de economia circular e sua relação com a bioeconomia. Estudos de casos. 

Visão geral da biomassa agroenergética promovendo combustíveis modernos. Culturas energéticas, caracterização das matérias primas (canavieira, amilácea, oleaginosas e florestais). Panorama mundial e tecnologia para produção de etanol. Tratamento da matéria-prima/ processos de hidrólise. Processos para produção de biodiesel, relação entre matéria-prima e tipos de biodiesel. Pré-tratamento da biomassa. Multiprodutos da Biorrefinaria. Biomassa como fonte de geração elétrica. Ciclos de geração. Alternativas para o aproveitamento de resíduos e efluentes gerados nos processos produtivos.

Caracterização de efluentes líquidos e resíduos sólidos industriais. Princípios da oxidação biológica aeróbia e anaeróbia. Tratamento biológico de efluentes e resíduos. Estudo de caso de unidades de tratamento biológico. 

Panorama da produção de etanol no Brasil e no mundo: aspectos econômicos, mercado e inovação no setor. Aspectos bioquímicos e microbiológicos da fermentação alcoólica. Tecnologias para a produção de etanol. Etanol de primeira geração: matérias-primas, tecnologias de processamento industrial, separação e purificação, aspectos logísticos. Alternativas para o aproveitamento de resíduos e efluentes gerados nos processos produtivos: biomassas residuais da produção de etanol inseridas no contexto de biorrefinarias. Co-geração de energia: Biomassa como fonte de geração elétrica e ciclos de geração. Etanol de segunda geração: matérias-primas (caracterização, pré-tratamentos, tratamentos/processos de hidrólise). Estratégias de produção. Especificações etanol combustível e etanol anidro. 

Célula combustível à biomassa, conceitos básicos, performance, etanol e outros combustíveis renováveis como fonte de energia. Biodiesel, matérias-primas, processo de transesterificação, aspectos cinéticos e difusivos, especificações internacionais. Aproveitamento energético do lixo, aterros com recuperação energética, pirólise, projeto de usinas termoelétricas a lixo.

Introdução. Teoria de grupos na previsão de propriedades. O equilíbrio de fases para soluções. Formulações "fi-fi" e "gama-fi". Modelos termodinâmicos e suas faixas de aplicação. Processos e Produção de Biocombustíveis. Integração de Processos na Produção de Biocombustíveis. 

Conceito e definições de tecnologias limpas. Produção mais limpa: Conceitos, etapas, estabelecimentos de metas, medição de consumos e de insumos e geração de resíduos, geração de opções e implementação de P+L, produtos e consumo limpo. Conceitos de risco. Engenharia verde: Operações unitárias e prevenção de poluição. Análise de Fluxogramas de processos para prevenção de poluição: minimização de rejeitos, integração energética, integração de massa. Avaliação de desempenho ambiental de fluxograma de processos. Análise do ciclo de vida. Reuso CO2.

Panorama da produção de biodiesel no Brasil e no mundo: aspectos econômicos, mercado e inovação no setor. Tecnologias para a produção de biodiesel. Matérias-primas para a produção de biodiesel. Tecnologias de processamento industrial, separação e purificação, relação entre matéria-prima e propriedades dos tipos de biodiesel, aspectos logísticos. Rotas biotecnológicas: biodiesel por rota enzimática e biodiesel a partir de microalgas. Alternativas para o aproveitamento de resíduos e efluentes gerados nos processos produtivos: biomassa residuais da produção de biodiesel inseridas no contexto de biorrefinarias. Especificações do biodiesel. Rotas termoquímicas para obtenção de biocombustíveis. Processos de gaseificação e pirólise (reatores, catalisadores). Gás de síntese, diesel verde, bioóleo. Plataformas integradas. 

1) Introdução às Redes Neurais Artificiais - Redes neurais e Inteligência Artificial; 2) Fundamentos de Redes Neurais; 3) Perceptrons Multicamadas a; 4) Redes de Base Radial; 5) Redes de Kohonen; 6) Tópicos Avançados em Análise de Redes Neurais; 7) Panorama de Aplicações à Engenharia Química - Implementações desenvolvidas para a disciplina e revisão da literatura para aplicações de: a) Regressão não linear; b) Soft-sensor; c) Modelagem; d) Controle; e) Detecção de falhas etc.

Matérias-primas e insumos. Recursos naturais no Brasil: potencialidades de aplicação biotecnológica. Critérios de escolha de matérias-primas. Classificação de matérias-primas. Matérias-primas sacaríneas. Matérias-primas amiláceas. Matérias-primas lignocelulósicas. Matérias-primas alcoólicas. Matérias-primas complexas. Aproveitamento de resíduos. Conceito de biorrefinaria. Introdução à cromatografia líquida de alta performance (HPLC). Tratamento de amostras. Preparo de padrões. Análise de carboidratos e álcoois em HPLC. Caracterização e hidrólise de materiais amiláceos. Caracterização e hidrólise de materiais lignocelulósicos.

Parte I: Conceitos e Fundamentação Conceitos: Economia circular como forma de organização sustentável da produção de materiais. Origem e evolução do conceito. Relações com a ecologia industrial. Simbiose industrial. Fundamentação: Desafios da produção atual de materiais e energia. Dimensões de sustentabilidade econômica, ambiental e social. Uso eficiente dos recursos. Parte II: Estruturação Destinação dos materiais e economia circular: desafios para as cadeias produtivas estabelecidas. O papel dos produtores de materiais, dos transformadores, dos end users, dos consumidores. Inovações em economia circular. Novos modelos de negócios e reestruturação das cadeias produtivas estabelecidas. Decisões sobre origem dos recursos, concepção do produto, lógicas de produção e destinação de resíduos. Simbiose industrial e reorganização do espaço industrial. Oportunidades e desafios. Casos de simbiose industrial. Transição dos sistemas tecnológicos: mudança nos regimes sociotécnicos, papel das experimentações em nichos, influência da paisagem e o papel das Políticas públicas. Parte III: Economia Circular e a sua relação com a Bioeconomia Contribuição da Bioeconomia para a Economia Circular. Decisão sobre matérias-primas, tecnologias, produtos. O desafio dos bioprodutos, dilema biobased versus biodegradabilidade. Biorrefinarias, complexos industriais e valorização dos resíduos. Parte IV: Exploração de Estudos de Casos Resíduos sólidos urbanos: alternativas de destinação e valorização no âmbito da economia circular. Estruturação das cadeias e negócios baseados em resíduos sólidos urbanos. Experiência internacional. Desafios e oportunidades para o caso brasileiro. Embalagens e sustentabilidade. Estruturação das cadeias produtivas de embalagens no contexto da economia circular. Plásticos e economia circular: alternativas de destinação e valorização no âmbito da economia circular. Estruturação das cadeias e negócios em economia circular dos plásticos. Experiência internacional. Desafios e oportunidades para o caso brasileiro. Estratégias de produtores e end users na economia circular dos materiais.