Resumo

Os Processos de Separação com Membranas já podem ser considerados como operações unitárias consolidadas, mas com desenvolvimento contínuo que eleva ainda mais sua presença nos mais distintos setores. A Indústria do Petróleo emprega Processos com Membranas em diversas etapas, desde a exploração até o tratamento de efluentes. O primeiro objetivo deste curso é apresentar a utilização dos Processos com Membranas na Indústria do Petróleo, contemplando tanto aplicações já existentes como potenciais. De forma complementar, com a busca constante por novas fontes energéticas, processos para a geração de energia baseados em membranas também podem ser desenvolvidos, como aqueles que mediam a mistura entre soluções iônicas concentradas e diluídas. Estes processos também serão apresentados, indicando que os Processos com Membranas podem atuar tanto em setores tradicionais quanto nos inovadores, quando se fala em geração de energia.

Ementa

  • Introdução aos Processos de Separação com Membranas;
  • Aplicações dos processos com membranas na indústria de Petróleo e Gás;
  • Geração de energia associada a processos com membranas;
  • Condicionamento de água de injeção - Nanofiltração;
  • Tratamento de água associada à produção de petróleo - Ultrafiltração;
  • Remoção de dióxido de carbono do gás natural - Permeação de Gases e Contactores com Membranas;
  • Energia Azul: como aproveitar a energia desperdiçada no encontro dos rios com o mar?

Carga Horária

45h

3 créditos

Carga horária: 15 horas

Créditos: 1,0

Introduction to pharmaceutical forms.Manufacturability, stability and bioavailability. Fundamental powder and particle engineering. Amorphous solid dispersions.Characterization and physical stability. Particle design by encapsulation.

 

Apresentação de exemplos representativos de processos químicos. Definição de matéria-prima, processo e produto. Apresentação de processos químicos como seqüências interdependentes de operações e principais equipamentos da indústria de processos. Parâmetros usuais para a descrição de correntes de processos: composição, temperatura, pressão, densidade, viscosidade. Dimensões, unidades e sistemas de unidades.
Equilíbrio químico e equilíbrio de fase. Potencial químico. Conceitos e definições básicas: energia cinética, potencial, interna, calor e trabalho. Funções de estado. Processos reversíveis e irreversíveis. Capacidades caloríficas a pressão e volume constantes. Formulação da primeira lei da termodinâmica para sistemas em escoamento.
Balanço de quantidade de movimento. Escoamento laminar e turbulento em dutos. Fundamentos da reologia fluidos. Perda de carga em tubulações. Bomba centrífuga. Camada limite. Equações clássicas da mecânica dos fluidos, transferência de calor e massa. Modos de transporte de energia térmica e de massa: equações das taxas para condução, convecção e radiação para transporte térmico. Definição dos fluxos mássicos e molares. Difusividade mássica. Coeficientes de transferência de calor e massa.
Balanços de massa e energia. Formulação e aplicação da lei da conservação de massa e energia a processos físicos e químicos. Balanços materiais: globais e por componentes. Conceituação de sistemas e processos: batelada, semi-batelada e contínuo; regime permanente e transiente; sistemas concentrados e distribuídos. Processos com sistemas reacionais. Cinética homogênea e heterogênea. Reações sucessivas e paralelas, reagente limitante, conversão, grau de avanço das reações, percentagem em excesso, seletividade e rendimento.

Introdução:

Leis básicas da termodinâmica. Visão microscópica da energia e da entropia. Potenciais termodinâmicos e variáveis auxiliares (transformadas de Legendre), relações básicas e critérios de equilíbrio. Funções de partição canônica, micro-canônica e grande canônica. Propriedades volumétricas e calorimétricas. Equilíbrio de fases: propriedades parciais molares. Potencial químico. Fugacidade e coeficiente de fugacidade de misturas via equações de estado. Fugacidade de misturas líquidas e sólidas via energia livre de excesso. Equilíbrio de fases e método de estabilidade. Algoritmos de cálculo de equilíbrio de sistemas multicomponentes (ênfase em eq. L-V). Critério equilíbrio químico. Cálculo de constantes de equilíbrio. Equilíbrio químico em sistemas homogêneos. Equilíbrio químico e de fases (sistemas heterogêneos). Cálculo de equilíbrio de sistemas com várias reações via minimização direta de energia livre.

Carga Horária: 45hrs

Livros:

Smith, J.M.; Van Ness, H.C. e Abbott, M.M. Introdução à Termodinâmica da Engenharia Química, 7ª Edição [WINDOWS-1252?]– 2007, Editora: LTC, Rio de Janeiro.

John M. Prausnitz, Rudiger N. Lichtenthaler, Edmundo Gomes de Azevedo, Molecular Thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria (3rd Edition), Prentice Hall, 1999.

Jefferson W. Tester, Michael Modell, Thermodynamics and Its Applications (3rd Edition) Prentice Hall, 1996.

Herbert B. Callen, Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, 2nd Edition, (2nd edition) John Wiley 1985.

Bruce E. Poling, John M. Prausnitz, John P. O'Connell. The Properties of Gases and Liquids. Fifth Edition, John Wiley, New York (2001).

Hill, T., Introduction to Statistical Thermodynamics, Dover (1960).

McQuarrie, D.A., Statistical Mechamics, Harper and Row Publishers, New York (2000).

*Disciplina Obrigatória do Curso de Mestrado

Estabilidade de Fases: critérios local e global. Cálculo de Equilíbrio: Equilíbrio químico e/ou de fases - algoritmos modernos de “flash”. Pontos de Saturação. Diagramas de Fase: traçado e características de diferentes tipos de diagramas. Ponto Crítico: caracterização e algoritmos de cálculo. Equações de estado: Virial e suas extensões. Van der Waals e suas extensões. Teorias de soluções: Van Laar, Solução Regular, Flory-Huggins. Teorias químicas de soluções. Modelos de composição local – Wilson, NRTL, UNIQUAC, UNIFAC. Aplicação de modelos de composição local para a obtenção de regras de misturas de equações de estado. Solubilidade de sólidos e gases em líquidos. Formalismo Termodinâmico para misturas semi-contínuas. Equilíbrio Líquido-Vapor na presença de Eletrólitos.

Polímeros como materiais. Classificação e caracterização molecular e morfológica de polímeros. Propriedades básicas nos estados sólido e líquido: transições térmicas, interações moleculares, soluções e misturas, distribuição de massas moleculares, reologia. Sorção, difusão e permeabilidade em polímeros. Relações estrutura-propriedades. Mecanismos e cinéticas clássicas de polimerização por etapa e em cadeia. Copolimerização. Sistemas reacionais homogêneos e heterogênos em processos de produção de polímeros. Operações de transformação de polímeros. 

Sistemas reacionais de polimerização, homogêneos e heterogêneos. Mecanismos e cinética de polimerização. Distribuição de pesos moleculares e de tamanhos de partículas em processos de polimerização por condensação, e em cadeia (via radicais livres, iônica, coordenação). Efeitos difusivos. Polimerização em suspensão e em emulsão. Ratores de polimerização. Métodos de caracterização experimental.

Conceitos básicos: natureza e caracterização de macromoléculas e sistemas poliméricos. A indústria de polímeros e o mercado brasileiro. Classificação e propriedades de polímeros em função de estrutura molecular, topologia de meros e morfologia supramolecular: copolímeros, mobilidade segmental, isomeria espacial, cristalinidade etc. Transições térmicas e mecânicas. Soluções e permeabilidade de polímeros. Técnicas de caracterização de polímeros. A polimerização como processo. Polimerização em etapas e em cadeia. Cinética clássica de radicais livres. Copolimerização. Cinética de polimerização heterogênea, de Ziegler Natta e metalocênica. Sistemas reacionais homogêneos e heterogêneos (suspensão, dispersão, emulsão, lama). Problemas tecnológicos em sistemas de polimerização. Processamento de polimeros (extrusão, calandragem, moldagem).

Introdução:

A redução do impacto ambiental relacionada ao crescimento industrial e urbano é obtida através da utilização de processos avançados de separação ou a combinação de diferentes processos. Os processos de separação com membranas como osmose inversa e microfiltração, a combinação destes com processos biológicos, como os biorreatores com membranas, ou com operações unitárias tradicionais têm sido implementados em grande escala, em geral, visando o reuso do efluente. Este curso apresenta os processos de separação com membranas utilizados com maior freqüência, bem como a sua combinação com os processos biológicos e tradicionais. Processos com membranas ainda em fase de implementação como a pervaporação e a separação de gases também são apresentados.

Referencias:

BAKER, R. W., Membrane Technology Applications, 2 ª Edição, Jonh Wiley & Sons, Ltda., 2004.

BYRNE, W., Reverse Osmosis – A practical guide for Industrial Users, Tall Oaks Publishing Inc., 1995.

HO, W.S.W., SIRKAR, K. K., Membrane Handbook, Van Nostrand Reinhold. NY, 1992.

NOBREGA, R., BORGES, C.P., HABERT, A.C., “Processos de Separação com Membrana”, Escola Piloto PEQ/COPPE/UFRJ, 1997.

Nunes, S. P., Peinemann, K.-V. , “Membrane Technology in the Chemical Industry”, Wiley, 2001

Classificação dos processos com membranas e suas aplicações. Técnicas de preparo dos diferentes tipos de membranas poliméricas. Mecanismos de transporte e modelos. Tipos de módulos e suas principais características. Osmose inversa e ultrafiltração: fundamentos teóricos, síntese de membranas pela inversão de fases; influência das variáveis de síntese nas características de transporte das membranas. Polarização de concentração. Influência das variáveis operacionais; aplicações. Projeto para uma aplicação específica. Pervaporação e separação de gases: fundamentos teóricos; síntese de membranas densas e compostas. Influência das variáveis de operação. Projeto para uma aplicação específica.

Introdução:

Álgebra de vetores e tensores. Cálculo tensorial. Teoria dos campos vetoriais:t eoremas da divergência, Stokes e da circulação. Cinemática do escoamento: linhas material, de fluxo e de rastro, teorema de transporte de Reynolds, equação da continuidade, tensor deformação, tensor rotação e vorticidade. Introdução à Mecânica do Contínuo: tipos de forças, equilíbrio hidrostático, teorema de Kelvin, escoamento potencial de fluido ideal. Função fluxo. Leis de Euler e Cauchy: forças de superfície, conservação de quantidade de movimento e de momento angular, tensor tensão. Tensão em fluidos: fluidos Newtonianos, alguns modelos de fluidos não- Newtonianos, equações de Navier-Stokes. Escoamento lento, camada limite e turbulência. Equação da energia para substâncias puras: conservação de energia interna e de energia cinética, formas de transmissão de calor, forma funcional do vetor fluxo térmico, desigualdade entrópica. Conservação de massa de espécies químicas em uma mistura multicomponente: teorema de transporte para uma espécie química, balanço de massa para um componente, definições básicas de concentrações, velocidades e fluxos mássicos, revisão dos postulados para a mistura multicomponente. Transferência de calor e massa em misturas binárias: leis de Fourier e Fick, analogias termo-mássicas. Aplicações usando problemas difusivos e convectivos. Transferência de massa em misturas multicomponentes: forças de interação, equação de Maxwell-Stefan, estimativa dos coeficientes de transferência de massa. Aplicações.

Carga Horária: 45h

*Disciplina Obrigatória do Curso de Mestrado

 

Cinemática de meios contínuos. Equação da Continuidade. Equações do movimento de fluidos. Tensor tensão e fluidos Newtonianos. Equações de Navier-Stokes. Escoamentos uni e bidimensionais. Teoria da camada limite. Introdução ao escoamento turbulento. Transferência de calor em sólidos e fluidos. Equação da energia. Soluções clássicas. Conservação de massa em misturas multicom-ponentes. Analogias entre transportes. Transferência simultânea de calor e massa.

Introdução. Fluxos e forças motrizes. Fluxo difusivo e convectivo. Equações de balanço baseadas no coeficiente de difusão e no coeficiente de transferência de massa. Relações de processo. Fontes de coeficientes de transferência de massa. Difusão em misturas de gases e em soluções diluídas. Lei de Fick. Modelo da película unidirecional. Relação entre coeficientes de transferência de massa e difusividade. Estimativa de difusividade em gases, líquido e sólidos. Métodos de medidas e exemplos. Equações de fluxo para multi-componentes. Equação de Stefan-Maxwell. Modelo da película, incluindo dupla película. Modelo da penetração. Solução exata das equações linearizadas. Solução aproximada no caso de regime estacionário. Forças motrizes, soluções concentradas. Aplicações. Equações generalizadas de balanço de massa e energia. Balanço de entropia. Relações entre fluxos e forças: termodinâmica dos processos reversíveis. Exemplos: soluções analíticas e numéricas. Analogias com transferência de calor. Modelos da difusividade turbulenta. Dispersão. Modelo da camada limite; absorção de gases com reação química. Transferência simultânea de calor e massa. 

Introdução:

Descrição de superfície e interface, termodinâmica das superfícies. Superfícies e forças. Sólidos iônicos e covalentes. Forças físicas e químicas de adsorção. Interface gás-solido: Adsorção física de gases e vapores, isotermas, calor de adsorção, condensação capilar. Quimissorção: Mecanismo, distinção entre adsorção química e física. Interface líquido-sólido: Isoterma, soluções diluídas, adsorções preferenciais, aspectos da química de superfície na cromatografia. Aspectos elétricos de superfícies. A teoria de camada elétrica dupla. Fenômenos eletrocinéticos.

Carga Horária: 45h

*Disciplina Obrigatória do Curso de Mestrado

 

Carga horária: 45 horas teóricas

Objetivo:

Capacitar o aluno na área de projeto de plantas biofarmacêuticas, incluindo as utilidades.

Ementa:

Introdução ao projeto de plantas farmacêuticas e biofarmacêuticas. Projeto do processo. Projeto da planta, classificação de áreas e sistema HVAC. Águas farmacêuticas. Outros serviços técnicos. Tendências no projeto de plantas biotecnológicas.

Programa:

Introdução. Fases do projeto de plantas. Panorama das capacidades mundiais e regionais de produção de proteínas recombinantes. Princípios gerais de projeto de áreas limpas e plantas farmacêuticas. Peculiaridades do projeto de plantas biofarmacêuticas. Estudo de caso. (9 horas)
Projeto do processo biotecnológico. Diagrama geral de um processo de obtenção de proteínas terapêuticas. Integração de conceitos: etapas do processo, processos contínuos e descontínuos, dimensionamento de equipamentos de processo. “Scheduling” do processo. Estudo de caso. (9 horas)
Projeto da planta, classificação de áreas e sistema HVAC. Princípios de funcionamento dos sistemas de purificação e refrigeração do ar ambiente (HVAC). Definição de zonas e classificação de áreas. Processos abertos e fechados. Relação entre os processos e as áreas limpas. Fluxos de materiais e de pessoal. Experiências de inspeções regulatórias a plantas biofarmacêuticas. Estudo de caso. (9 horas)
Águas farmacêuticas. Elementos de Boas Práticas de Fabricação (BPF, GMP) na produção de águas de aplicação na área farmacêutica. Usos das águas farmacêuticas. Água purificada (PW), água para injeção (WFI) e vapor limpo (CS): especificações e métodos de obtenção. Projeto de linhas de recirculação. Validação de sistemas de águas farmacêuticas. Estudos de caso sobre a estimação de capacidades e projeto de sistemas de águas farmacêuticas. (9 horas)
Outros serviços técnicos. Tratamento de resíduos líquidos e sólidos. Gases medicinais. Ar de instrumento e de processo. Suprimento de nitrogênio líquido. Armazenamento de insumos, produtos intermediários e finais. Laboratórios de controle de qualidade. Sistemas de gerenciamento de dados (5 horas)
Tendências no projeto de plantas biotecnológicas. Alternativas para a redução do custo das instalações. Impacto das tecnologias descartáveis no projeto de plantas. Estudo de caso: avaliação integral do projeto de uma planta biofarmacêutica para a produção de anticorpos monoclonais terapêuticos (4 horas).

Bibliografia:

1. Odum JN (2004) Sterile product facility design and project management. Boca Raton: CRC Press, 2nd Ed.
2. Seider WD, Seader JD, Lewin DR (2003) Product and process design principles: Synthesis, Analysis, and Evaluation. New York: John Wiley & Sons.
3. ISPE (2011) Pharmaceutical Engineering Guides for New and renovated Facilities. Vol. 4: Water and Steam Systems.
Referências complementares:
1. Walsh G (2003), Biopharmaceuticals: Biochemistry and Biotechnology. Chichester: Wiley-Blackwell.
2. Moraes AM, Augusto EFP, Castilho LR (Eds.) (2008), Tecnologia do Cultivo de Células Animais: de Biofármacos a Terapia Gênica. São Paulo: Editora Roca.
3. Wang W, Singh M (2013), Biological Drug Products: Development and Strategies. New York: John Wiley & Sons.
4. ISPE (2011) Pharmaceutical Engineering Guides for New and renovated Facilities. Vol. 6: Biopharmaceuticals.
5. Petrides, D. (2015). Bioprocess design and economics. Bioseparations Science and Engineering 2nd Ed Oxford University Press. (available from: www.intelligen.com)
6. Witcher MF, Odum J (2012) Biopharmaceutical manufacturing in the twenty-first century - the next generation manufacturing facility. Pharmaceutical Engineering, vol. 32, No.2, pp1-8.

Ementa:

Introdução: adsorção em sistemas sólido-gás, sólido-líquido e sólido-sistemas coloidais

Adsorção em fase gasosa: fundamentos, modelagem e aplicações

Adsorção em fase líquida: fundamentos, modelagem e aplicações

Carga horária: 40 horas

Ementa:

Aspectos biológicos das células animais. Tecnologia do cultivo de células animais. Separação e purificação do produto. Aprovação e licenciamento de processos e produtos

Programa:

Aspectos biológicos das células animais: células e produtos de interesse, manipulação genética das células, modificações pós-translacionais, metabolismo, meios de cultivo. (10 h)

Tecnologia do cultivo de células animais: tipos de bioreatores, processos em batelada, batelada alimentada e perfusão, processos com células imobilizadas, técnicas analíticas para monitoramento on-line e off-line, cinética, simulação e controle dos processos. (18 h)

Separação e purificação do produto: processos de separação de células, processos de concentração e purificação do produto. Processos integrados. (8 h)

Aprovação e licenciamento de processos e produtos: a boa prática de manufatura, plano de validação, validação do processo de produção, tipos usuais de contaminantes, os cuidados com plantas multi-propósito. (4 h)

Bibliografia:

Clynes, M. (ed.) (1998), Animal Cell Culture Techniques, Springer Verlag, Berlim.
Freshney, R.I. (2000), Culture of Animal Cells, 4a ed., Wiley-Liss Inc., Nova York.
Hauser, H. e Wagner, R. (eds.) (1997), Mammalian Cell Biotechnology in Protein Production, Walter de Gruyter, Berlim.
Lubiniecki, A.S. (ed.) (1990), Large-Scale Mammalian Cell Culture Technology, Marcel Dekker Inc., Nova York.

Carga horária: 45 horas teóricas

Objetivo:

Capacitar o aluno na área de assuntos regulatórios, familiarizando-o com os requerimentos relacionados ao processo e aos produtos para a saúde humana, incluindo conceitos de boas práticas de fabricação, validação e qualidade baseada em desenho (“quality by design”, QbD).

Ementa:

Garantia da qualidade. Inspeções sanitárias. Gerenciamento de mudanças e de desvios. Análise de tendências e de riscos. Validação. Eliminação viral em processos biofarmacêuticos. Qualidade baseada em desenho (QbD).

Programa:

Garantia da qualidade e sistema de gerenciamento da documentação na manufatura de produtos biotecnológicos aplicados à saúde humana (insumos, produtos intermediários e processamento final). Conceitos de boas práticas. Conceitos de controle de qualidade. (5 horas)
Planejamento e condução de inspeções sanitárias. Inspeção baseada em risco. (4 horas)
Sistema de gerenciamento de mudanças e gerenciamento de desvios. Análise de tendências. Análise de riscos. (4 horas)
Introdução à validação. Tipos de validação: retrospectiva, concorrente, prospectiva. Validação de processos. Validação para transferência de planta e/ou aumento de escala. Validação de procedimentos de limpeza e de troca de campanha/produto. Validação de métodos analíticos. Validação de sistemas de informática. (5 horas)
Rol da validação de processos para entender a variabilidade do processo. Estabelecimento de pontos de controle do processo. Guias internacionais sobre validação de processos. Verificação contínua do processo produtivo. Estudo de casos. (9 horas)
Validação da eliminação viral: vírus de relevância para processos biofarmacêuticos. Aspectos regulatórios e guias internacionais. Estudos de eliminação viral: remoção e inativação viral. Métodos analíticos para estudar a eliminação viral. Operações unitárias: inativação por solvente e/ou detergente, inativação por pH, remoção por filtração, eliminação durante processos cromatográficos de purificação do produto. Avaliação do fator de redução da carga viral. (9 horas)
Qualidade baseada em desenho (QbD). Antecedentes e histórico do conceito de “qualidade baseada em desenho”. Estabelecimento de atributos críticos de qualidade (CQA) de um produto biofarmacêutico. Determinação do espaço de desenho para um processo produtivo. Relação entre delineamento estatístico de experimentos e QbD. Tecnologia analítica de processo (PAT) e sua relação com QbD. Estudo de casos. (9 horas)

Referências principais:

1. ANVISA (2011), Registro de Produtos Biológicos: Bases legais e Guias – Coletânea. http://portal.anvisa.gov.br/wps/wcm/connect/935aed0048bd2755a7cdaf9a6e94f0d0/Registro_Produtos_Biologicos_Hemoterapicos_10102011_WEB.pdf?MOD=AJPERES
2. Rathore AS, Mhatre R (Eds.) (2008), Quality by Design for Biopharmaceuticals: Principles and Case Studies (2009). New York: John Wiley & Sons, Inc.
3. Rathore AS, Sofer G (2012), Process Validation in Manufacturing of Biopharmaceuticals, Third Edition. Boca Raton: CRC Press.
Referências complementares:
1. Walsh G (2003), Biopharmaceuticals: Biochemistry and Biotechnology. Chichester: Wiley-Blackwell.
2. ANVISA (2010), Resolução da Diretoria Colegiada RDC 17/2010.
3. International Conference for Harmonization – guia corrente ICH Q7.
4. International Conference for Harmonization – guia corrente ICH Q8.
5. International Conference for Harmonization – guia corrente ICH Q9.
6. International Conference for Harmonization – guia corrente ICH Q10.
7. International Conference for Harmonization – guia corrente ICH Q11.
8. Moraes AM, Augusto EFP, Castilho LR (Eds.) (2008), Tecnologia

Carga horária: 45 horas

Ementa

  1. 1. Introdução aos escoamentos multifásicos. Aplicações industriais. Classificação e regimes de escoamento.
  2. 2. Propriedades dos escoamentos multifásicos dispersos. Acoplamento entre fases.
  3. 3. Interação entre fluido e partículas. Equações de conservação para uma partícula para quantidade de movimento, massa e energia. Forças entre fluido e partículas.
  4. 4. Modelos particulados versus contínuos. Médias temporal, volumétrica e amostral.
  5. 5. Descrição matemática de escoamentos multifásicos. Modelos multifluido baseados em equações promediadas
  6. 6. Escoamentos bifásicos dispersos diluídos: abordagens Euleriana e Lagrangeana para a fase dispersa.
  7. 7. Escoamentos bifásicos polidispersos. Conceito de polidispersão. Variáveis internas e externas. Espaço de estado das propriedades das partículas.
  8. 8. Balanço populacional. Função de distribuição das propriedades das partículas. Teorema de Transporte de Reynolds no espaço de estado. Equação de balanço populacional. Condições auxiliares. Sistemas fechados e abertos. Agregação  e quebra de partículas.
  9. 9. Métodos numéricos de solução da equação de balanço populacional. Métodos das classes, dos momentos, dos momentos fechado por quadratura entre outros.
  10. 10. Escoamentos particulados densos. Interação entre partículas e entre partículas e paredes. Modelos da esferas dura e macia. Introdução à teoria cinética granular.
  11. 11. Escoamentos em meios porosos. Propriedades do meio poroso e equações do movimento de um fluido homogêneo. 
  12. 12. Tópicos especiais: modelos de drift flux para escoamentos bifásicos dispersos. Modelos de conservação de área interfacial.

Bibliografia:

[1]      Crowe, C.; Sommerfeld, M.; Tsuji, Y. (1998) Multiphase Flows with droplets and Particles. CRC Press.

[2]      Drew, D. A.; Passman, S. L. (1999) Theory of Multicomponent Fluids. Springer.

[3]      Ramkrishna, D. (2000) Population Balances. Academic Press.

[4]      Gidaspow, D. (1994) Multiphase Flow and Fluidization. Academic Press.

[5]      Ishii, M. (1975) Thermo-Fluid Dynamic Theory of Two-Phase Flow. Eyrolles.

[6]      Ishii, M., Hibiki, T. (2006) Thermofluidynamics of Two-Phase Flows. Springer.

[7]      Bear, J. (1972) Dynamics of Fluids in Porous Media. Dover.

[8]      Massarani, G. (2002) Fluidodinâmica em Sistemas Particulados. E-papers.

[9]      Clift, R.; Grace, J. R.; Weber, M. E. (1978) Bubbles, drops and particles. Dover.

1. Fundamentos de Fluidodinâmica Computacional.
2. Fundamentos dos métodos numéricos para a solução de problemas de valor inicial. Métodos de baixa ordem: acurácia e estabilidade.
3. Métodos de volumes finitos. Discretização de problemas de difusão estacionária. Métodos de solução de sistema de equações lineares. Solução direta e iterativa. Métodos de Gauss-Siedel, Thomas, LDOR, entre outros. Discretização de termo fonte.
4. Métodos de volumes finitos. Discretização da equação de advecção pura. Discretização do termo convectivo. Estabilidade espacial. Métodos de alta ordem. Métodos não lineares de ordem variável (TVD, NVD). Discretização da equação de transporte.
5. Discretização das equações do movimento. Solução seqüencial das equações discretizadas. Métodos de acoplamento pressão-velocidade.
6. Introdução à turbulência.
7. Modelagem RANS da turbulência: modelos de zero, uma e 2 equações. Modelos de tensão de Reynolds. Simulação de grandes escalas.
8. Aplicações no OpenFOAM.

Bibliografia:

[1]      Notas de aula.

[2]      Chung, T. J. (2002) Computational Fluid Mechanics. Cambridge University Press.

[3]      Peyret, R. (1996) Handbook of Computational Fluid Mechanics. Academic Press.

[4]      Toro, E. F. (1999) Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics, 2a edição, Springer.

[5]      Patankar, S. (1980) Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemisphere.

[6]      Anderson, D. A. Tannehill, J. C., Pletcher, R. H. (1984) Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. Hemisphere.

[7]      Ascher, U. M, Petzold, L. R. (1998) Computer Methods for Ordinary Differential Equations and Differential-Algebraic Equations. SIAM.

Conceitos fundamentais. Equações de Maxwell e propriedades ópticas. Propriedades radiantes de superfícies. Transferência de calor por radiação entre superfícies: teoria de câmaras. Equação de transporte de energia radiante em meios participantes. Propriedades radiantes de gases moleculares e de sistemas particulados. Soluções unidimensionais aproximadas e métodos aproximados de engenharia. Introdução aos métodos Zonal, de Monte Carlo, das harmônicas esféricas e das ordenadas discretas. 

Equações de conservação para sistemas multicomponentes e multifásicos. Simulação de escoamentos multifásicos: abordagens Euleriana, Lagrangeana e probabilística. Sistemas polidispersos: teoria da conservação das funções de distribuição. Métodos numéricos para a solução de balanços populacionais. Fluidodinâmica de partícula. Introdução aos métodos numéricos para a solução de escoamentos e de sistemas de equações de conservação. Problemas de frente livre: soluções analítica (em bolhas ou gotas) e numérica (acompanhamento de frentes de enchimento). Sistemas gás-líquido: colunas de borbulhamento, evaporadores por contato direto e “sprays”. Outras aplicações.

Escoamento sólido - fluido. Equações de conservação para o sistema particulado. Dinâmica de partícula. Separação de partículas sólidas: câmara de poeira, separador eletroestático, centrífuga, ciclone. Escoamento em meios porosos e colunas recheadas. Fluidização e transporte de partículas. Sedimentação. Teoria da filtração. 

Caracte­rização de um conjunto de partículas. Dinâmica da partícula. Separação sólido-fluido, câmara de poeira, centrífuga e ciclone. Sedimentação contínua: o Sedimentador Dorr-Oliver e sedimentador lamelado.
Teoria e prática da filtração.

Carga horária: 45 horas (teórico-práticas)

Objetivo:

Capacitar o aluno a aplicar os conceitos básicos de genômica, biologia molecular, bioinformática e manipulação genética; habilitando-o a atuar nas diversas etapas da geração de células animais recombinantes e do estabelecimento de bancos celulares.

Ementa:

Fundamentos, técnicas e aplicações de biologia molecular. Fundamentos básicos de bioinformática. Manipulação genética de células animais e obtenção de linhagens recombinantes. Bancos celulares.

Programa:

Teoria:

Fundamentos: Estrutura do DNA e dos cromossomos. Os genes – estrutura e função. O genoma humano. O dogma central da biologia molecular: transcrição e tradução. As proteínas – estrutura e função. Regulação da expressão gênica.
Manipulação genética de células: A tecnologia do DNA recombinante. Uso de ferramentas de bioin-formática. Bancos de dados de genômica. Obtenção do inserto. Otimização de sequências. Construção de genes quiméricos. Humanização de anticorpos. Seleção de linhagens hospedeiras. Edição gênica via CRISPR-CAS9.
Vetores de expressão: Vetores plasmidiais e virais. Promotores, enhancers, elementos IRES, elementos S/MARs, elementos remodeladores da cromatina UCOE. Sistema ACE de expressão por cromossomo artificial. Integração mediada por endonucleases ZFNs e TALENs. Integração pelo sistema PiggyBac transposon.
Transferência de genes e pressão seletiva: Métodos físicos, químicos e biológicos para transferência de DNA heterólogo. Transfecção transiente e estável. Pressão seletiva: marcadores de seleção dominantes e recessivos. Transferência gênica e seleção múltiplas.
Métodos e estratégias para obtenção de linhagens clonais de alta produtividade: Isolamento de clones por diluição limitante. Isolamento e seleção de alto desempenho por citometria de fluxo com sorting (FACS). Plataformas comerciais de isolamento e seleção de alto desempenho (Clone Pix, LEAP/Cell Xpress, Cello e outros). Amplificação gênica: sistemas DHFR e GS. Integração sítio dirigida por troca de cassetes mediada por recombinases. Estratégias para geração e seleção de células produtoras de proteínas multiméricas, como anticorpos monoclonais.
Bancos celulares: Sistemas de bancos celulares. Banco mestre e banco de trabalho. Padronização e qualificação de bancos celulares. Requisitos de garantia de qualidade e regulatórios.

Prática:

Técnicas e aplicações de biologia molecular: Gene repórter. Extração de DNA. Quantificação de DNA. Amplificação de DNA por reação em cadeira da polimerase (PCR). Seqüenciamento de DNA. Enzimas de restrição. Eletroforese de DNA. Purificação de DNA. Construção de vetores de expressão. Transformação em bactérias competentes. Transfecção de células animais. Quantificação de transcritos (PCR em tempo real).

Bibliografia:

Referências principais:

1. Hauser H, Wagner R. Mammalian Cell Biotechnology in Protein Production. Berlin: Walter de Gruyter; 1997.
2. Makrides SC. Gene Transfer and Expression in Mammalian Cells. Amsterdam: Elsevier Science BV; 2003.
3. Moraes AM, Augusto EFP, Castilho LR (Eds.) (2008), Tecnologia do Cultivo de Células Animais: de Biofármacos a Terapia Gênica. São Paulo: Editora Roca.

Referências complementares:

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 4a ed. New York: Garland Science; 2002.
2. Al-Rubeai M. Antibody Expression and Production. Springer Science & Business Media; 2011.
3. Al-Rubeai M. Cell Line Development. Springer Science & Business Media; 2009.
4. Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2a ed. Sunderland: Sinauer Associates; 2000.
5. Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. Molecular Cell Biology. 4a ed. New York: W. H. Freeman; 2000.

 

Carga horária: 45 horas teóricas

Objetivo:

Capacitar o aluno na área de assuntos regulatórios, familiarizando-o com os requerimentos relacionados ao desenvolvimento de produtos para a saúde humana, incluindo a condução de estudos não clínicos e clínicos e a solicitação de registro do produto junto a agências regulatórias.

Ementa:

Desenvolvimento não clínico e clínico de produtos biofarmacêuticos e biossimilares. Registro de produtos biológicos e produtos biológicos novos para a saúde humana. Especificidades quanto ao registro de anticorpos monoclonais. Imunogenicidade e estabilidade de produtos biológicos. Alterações pós-registro de produtos biológicos. Panorama geral da regulamentação de biossimilares no mundo.

Programa:

Introdução. Etapas do desenvolvimento de produtos farmacêuticos até a sua comercialização.
Desenvolvimento não clínico de produtos biofarmacêuticos e biossimilares. Normas da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) e Organização Mundial da Saúde (OMS). Desenho de um estudo não clínico de um produto biofarmacêutico.
Desenvolvimento clínico de produtos biofarmacêuticos e biossimilares. Normas da ANVISA e guias internacionais (ICH). Aspectos éticos, plano de desenvolvimento clínico, questões relacionadas ao produto de investigação (caracterização necessária, comparabilidade, estabilidade, boas práticas de fabricação). Desenho de um estudo clínico de um produto biofarmacêutico.
Registro de produtos para a saúde humana. O conceito de produtos biológicos e produtos biológicos novos. Registro de produtos biológicos inovadores: normas da ANVISA e guia da OMS. Registro de produtos biológicos no Brasil pela via do desenvolvimento individual: conceitos básicos, aplicabilidade, aspectos moleculares, não clínicos e clínicos. Registro de produtos biológicos no Brasil pela via da comparabilidade: guias de comparabilidade da ANVISA e da OMS, conceitos básicos, aplicabilidade, aspectos moleculares, não clínicos e clínicos.
Registro de anticorpos monoclonais. Normas da ANVISA e guia da Agência Europeia de Medicamentos. Conceitos específicos, aplicabilidade, aspectos moleculares, não clínicos e clínicos.
Imunogenicidade. Guias europeias (EMA) e norte-americanas (FDA). Métodos analíticos e aspectos clínicos.
Estabilidade de produtos biológicos. Normas da ANVISA e guias internacionais (ICH).
Alterações pós-registro de produtos biológicos. Normas da ANVISA.
Panorama geral da regulamentação de biossimilares no mundo. Desenvolvimento global e desenvolvimento local.

Bibliografia:

Referências principais:

1. ANVISA (2011), Registro de Produtos Biológicos: Bases legais e Guias – Coletânea.
2. Moraes AM, Augusto EFP, Castilho LR (Eds.) (2008), Tecnologia do Cultivo de Células Animais: de Biofármacos a Terapia Gênica. São Paulo: Editora Roca.
3. Wang W, Singh M (2013), Biological Drug Products:Development and Strategies.New York: John Wiley & Sons.

Referências complementares:

1. Cavagnaro JA (2013), Preclinical Safety Evaluation of Biopharmaceuticals: A Science-Based Approach to Facilitating Clinical Trials. New York: John Wiley & Sons.
2. Kayser O, Warzecha H (2012), Pharmaceutical Biotechnology: Drug Discovery and Clinical Applications. New York: John Wiley and Sons.
3. Plitnick L, Herzyk D (2013), Nonclinical Development of Novel Biologics, Biosimilars, Vaccines and Specialty Biologics. New York: Academic Press.
4. Walsh G (2003), Biopharmaceuticals: Biochemistry and Biotechnology. Chichester: Wiley-Blackwell.
5. Weert M, Møller (2008), Immunogenicity of Biopharmaceuticals. Berlim: Springer Science & Business Media.

Carga horária: 45 horas teóricas

Objetivo:

Fornecer um arcabouço teórico sobre temas relevantes ao planejamento, gestão e avaliação de projetos no setor biofarmacêutico, assim como ao empreendedorismo neste setor, com ênfase nos elementos associados à análise de decisões de investimento e ao perfil dos empreendedores. Avaliar os alunos quanto aos conhecimentos teóricos adquiridos e também através de trabalhos englobando o conjunto de assuntos abordados na disciplina, por exemplo através da elaboração de planos de negócios ou análises completas de investimentos e viabilidade econômica.

Ementa:

Planejamento e avaliação de projetos da indústria biofarmacêutica. Gestão e propriedade intelectual no setor biofarmacêutico. Empreendedorismo.

Programa:

Planejamento. Avaliação de mercado e dimensionamento de capacidade no setor biofarmacêutico. Aquisição versus desenvolvimento de tecnologia. Localização: aspectos logísticos, econômicos e ambientais. Etapas de implantação de projetos na indústria biofarmacêutica. Cronograma físico e financeiro.
Investimentos e custos de produção. Componentes de investimento fixo e capital de giro na indústria biofarmacêutica. Métodos de estimativa de investimentos. Financiamento. Custos de produção: custos fixos e variáveis, depreciação, custos diretos e indiretos. Receitas. Precificação na indústria biofarmacêutica. Ponto de nivelamento.
Avaliação de projetos. Fluxo de caixa. Critérios de avaliação de rentabilidade e de viabilidade econômica: valor presente líquido, tempo de retorno, taxa interna de retorno. Análise de sensibilidade.
Gestão e propriedade intelectual. Gestão da inovação: conceitos básicos, visão linear x sistêmica, sistemas de inovação. Inovação na empresa: vantagem do primeiro a se mover, organização para a inovação, estratégias de colaboração, novas formas de apropriação. Propriedade intelectual: conceitos básicos, TRIPS e suas implicações para o setor biofarmacêutico.
Empreendedorismo. Identificação de oportunidades de mercado no setor biofarmacêutico. Blockbusters e commodities. Marcos legais, Lei do Bem, Lei da Inovação. Modelos de negócio. Planos de negócio. Características dos empreendedores. Mecanismos de capitalização. A empresa: portfolio, aspectos legais e organizacionais. Incubadoras, parques tecnológicos e clusters. Estudos de caso de empresas de biotecnologia nacionais e internacionais.

Bibliografia:

Referências principais:

1. Chauvel A, Fournier G, Raimbault C (2003), Manual of Process Economic Evaluation. Editions Technip.
2. Filion LJ, Dolabela F, Cozzi A, Judice V (2007), Empreendedorismo de Base Tecnológica. Editora Campus.
3. Peters M, Timmerhaus K, West R (2003), Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 5a edição. McGraw-Hill Education.

Referências complementares:

1. Danzon PM, Nicholson S (2012), The Oxford Handbook of the Economics of the Biopharmaceutical Industry. Oxford University Press.
2. Moraes AM, Augusto EFP, Castilho LR (Eds.) (2008), Tecnologia do Cultivo de Células Animais: de Biofármacos a Terapia Gênica. São Paulo: Editora Roca.
3. Rasmussen B (2010), Innovation and Commercialisation in the Biopharmaceutical Industry: Creating and Capturing Value. Edward Elgar Publishers.
4. Silva ES (2013), Empreendedorismo e Plano de Negócios. Vida Economica Editorial.
5. Tidd J, Bessant J, Pavitt K (2008), Gestão da Inovação, 3ª edição. Artmed Editora.

Carga horária: 30 horas teóricas

Objetivo:

Capacitar o aluno na área de biotecnologia farmacêutica, familiarizando-o com os requerimentos de qualidade e sistemas de produção mais comumente aplicados em processos de obtenção de produtos para a saúde humana.

Ementa:

Tipos de produtos da Biotecnologia Farmacêutica. Aspectos de mercado. Visão geral do processo de produção. Sistemas de expressão utilizados. Conceitos básicos do cultivo de células animais. Visão geral de biorreatores, processos de purificação e caracterização. Questões regulatórias.

Programa:

Introdução: Produtos da Biotecnologia Farmacêutica. Proteínas terapêuticas, vacinas, produtos para diagnóstico, terapias gênicas e terapias celulares.
Proteínas terapêuticas: Propriedades importantes e complexidade. Estrutura e modificações pós-tradução. Aspectos de mercado e de propriedade intelectual. Biossimilares.
Sistemas de expressão: Sistemas microbianos, células animais, células vegetais, plantas e animais transgênicos.
Aspectos básicos do desenvolvimento de linhagens produtoras: Princípios gerais da modificação genética de células animais e conceito de bancos celulares.
Aspectos básicos do cultivo de células animais: Tipos de células. Assepsia. Controle de qualidade. Questões básicas relacionadas ao metabolismo celular e às condições de cultivo. Aspectos básicos de biorreatores. Quantificação e monitoramento dos cultivos celulares. (6 horas)
Aspectos básicos de purificação dos produtos: Processo em múltiplos estágios. Técnicas comumente empregadas. Requerimentos gerais de pureza.
Questões regulatórias: Conceitos básicos. Princípios gerais de desenho de plantas. Visão geral do desenvolvimento dos processos até a solicitação do registro.
Modelos de implantação: sistemas de P&D internos e externos, parcerias para o desenvolvimento e transferências de tecnologia.

Bibliografia:

Referências principais:

1. Doyle A, Griffiths JB (1998). Cell and Tissue Culture: Laboratory Procedures in Biotechnology. New York: Wiley.
2. Moraes AM, Augusto EFP, Castilho LR (Eds.) (2008), Tecnologia do Cultivo de Células Animais: de Biofármacos a Terapia Gênica. São Paulo: Editora Roca.
3. Ozturk S, Hu WS (Eds.) (2006), Cell Culture Technology for Pharmaceutical and Cell-Based Therapies. Boca Ratón: CRC Press.

Referências complementares:

1. Butler M (2004), Animal Cell Culture and Technology. London: BIOS Scientific Publishers, 2004
2. Hauser H, Wagner R (Eds.) (1997), Mammalian Cell Biotechnology in Protein Production. Berlin: Walter de Gruyter.
3. Hu WS (2012), Cell Culture Bioprocess Engineering. Minnesota: University of Minnesota.
4. Kayser O, Warzecha H (2012). Pharmaceutical Biotechnology: Drug Discovery and Clinical Applications. New York: John Wiley & Sons.
5. Walsh G (2003), Biopharmaceuticals: Biochemistry and Biotechnology. Chichester: Wiley-Blackwell.

Equações diferenciais ordinárias. Equações de diferenças finitas. Séries de funções ortogonais. Funções integrais. Função de Green. Problema de Sturm-Liouville. Teoria dos resíduos. Transformadas integrais: Fourier e Laplace. Equações diferenciais parciais. Sistemas de equações diferenciais ordinárias. Valores e vetores característicos. Representação no espaço de estado. Métodos de perturbação. Matriz de
transição de estado.

Objetivo:

Aprofundamento dos conceitos teóricos e métodos matemáticos para a solução e análise de equações diferenciais.

Programa:

1. Equações Diferenciais Ordinárias
1.1 Equações diferenciais de primeira ordem
1.2 Operador diferencial
1.3 Equações diferenciais de ordem superior
1.4 Existência e unicidade de soluções
2. Equações de Diferenças
2.1 Métodos de resolução de equações de diferenças lineares
2.2 Forma discreta da equação de Ricatti
2.3 Transformada z
3. Séries e Funções Ortogonais
3.1 Funções integrais
3.2 Método da série de potências
3.3 Equações de Legendre
3.4 Método de Frobenius
3.5 Equações de Bessel
3.6 Problemas de Sturm-Liouville
3.7 Operador D de Euler
4. Teoria dos Resíduos
4.1 Números e funções complexas
4.2 Integração complexa
4.3 Séries complexas
4.4 Teorema dos resíduos
4.5 Integrais reais
5. Transformadas de Fourier e Laplace
5.1 Transformada de Laplace e sua inversa
5.2 Transformada de Laplace de derivadas e integrais
5.3 Diferenciação e integração de transformadas
5.4 Teorema da convolução
5.5 Séries e integrais de Fourier
5.6 Transformadas de Fourier e suas inversas
5.7 Transformada de Fourier de derivadas
5.8 Transformada de convolução
6. Sistema de Equações Diferenciais Ordinárias
6.1 Valores e vetores característicos
6.2 Sistemas lineares não-homogêneos
6.3 Sistemas não-lineares
6.4 Métodos de perturbação aplicados à resolução de equações diferenciais
ordinárias.
7. Equações Diferenciais Parciais
7.1 Conceitos básicos e classificações
7.2 Método da separação de variáveis
7.3 Solução assintótica
7.4 Solução por transformada de Laplace
7.5 Solução por transformada de Fourier
7.6 Solução por similaridade
7.7 Equações clássicas
MÉTODO DE TRABALHO: aulas expositivas com realização de exercícios em aula e listas de exercício extra-classe.
PROCEDIMENTOS E/OU CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO: avaliação baseada nos conceitos de duas provas com consulta ilimitada e nas listas de exercícios semanais.

Carga Horária: 45h


Bibliografia:

• Abramowitz, M. & Stegun, I.A. Handbook of Mathematical Functions, Dover, 1964. [http://www.math.sfu.ca/~cbm/aands/]
• Amundson, N. R. Mathematical Methods in Chemical Engineering, Prentice Hall, Inc., 1966.
• Kreider, D., Ostberg, D.R., Kuller, R.C. & Perkins, F.W. Introdução à Analise Linea, vols. 1, 2 e 3. Ao Livro Técnico S. A., 1972.
• Kreyszig, E. Advanced Engineering Mathematics, 8ª ed. John Wiley & Sons, Inc., 2001.
• Özisik, M. N. Heat Conduction, John Wiley & Sons, 1980.
• Rice, R. R. & Do, D.D.- Applied Mathematics and Modeling for Chemical Engineers, John Wiley & Sons, 1995.
• Richards, D. – Advanced Mathematical Methods with MAPLE, 1a ed. Cambridge, USA, 2002.
• Spiegel, W.M.R. & Liu, J. Manual de Fórmulas e Tabelas Matemáticas, 2ª ed. Coleção Schaum–Bookman, 2004.
• Wiley, C. R. & Barrett, L.C. - Advanced Engineering Mathematics, 5ª ed. McGraw Hill, 1985.

*Disciplina Obrigatória do Curso de Mestrado

Espaços vetoriais: álgebra de vetores e tensores. Cálculo tensorial. Funções vetoriais e mapeamentos. Cálculo matricial. Funções matriciais. Sistemas de equações lineares. Sistemas Cartesianos. 

Resolução de equações algébricas e transcedentais. Matrizes e sistemas lineares de equações. Interpolação. Quadratura numérica. Resolução de equações diferenciais ordinárias e parciais. Aproximação e regressão. Introdução à otimização numérica. 

Equações integrais: introdução, exemplos e soluções particulares. Relação com as equações diferenciais e com as funções de Green. Teoria de Hilbert. Teoria de Schmidt. Séries de Neumann. Problemas de contorno móvel. Elementos finitos. 

Taxas de reações heterogêneas. Efeitos difusivos e térmicos. Efetividade e seletividade. Determinação de parâmetros cinéticos em sistemas heterogêneos. Modelos de reatores heterogêneos. Reatores não ideais. 

Taxas de reação simples e complexas em sistema homogêneo. Etapas determinantes. Cinética de processos enzimáticos; noções de cinética enzimática, modelos de Michaelis-Menten e suas variantes, modelos de inibição por produto. Cinética de processos de polimerização; mecanismos básicos de crescimento em reações de polimerização, cinética de reações de poli-condensação, cinética de reações de adição (reações em cadeia). Cinética de reações em sistemas heterogêneos; modelos e equação de taxa considerando adsorção, reação e dessorção em partícula isolada, etapa determinante, taxas globais de reação em sistema gás-sólido: transferência de massa e calor inter e intra partícula, etapa determinante, taxas de reação em sistemas bi e trifásicos.

Carga Horária: 45h

*Disciplina Obrigatória do Curso de Mestrado

 

A partícula isolada: transferência de massa e calor. Adsorção e reação química. Modelagem para sólidos não porosos. Etapas controladoras. Sistemas não isotérmicos. Modelagem para sólidos porosos. Etapas controladoras. Taxas tipo Langmuir-Hinshelwood. Técnicas experimentais.

Preparação de óxidos, zeólitas, catalisadores suportados e materiais nano estruturados. Métodos clássicos: impregnação, precipitação, coprecipitação, troca iônica, deposição/precipitação e ancoragem. Preparação por reação gás-sólido: carbetos e nitretos. Síntese de materiais nanoestruturados: plasma, sonoquímica e nanotubos. Caracterização físico-química de catalisadores: composição química, natureza e estrutura das fases, propriedades texturais; reações termo-programadas e técnicas espectroscópicas.

Breve histórico e fundamentos da catálise heterogênea. Adsorção. Catálise sobre metais, óxidos, e outras estruturas. Propriedades dos catalisadores e conceitos fundamentais (atividade, seletividade, estabilidade, dispersão metálica, interações metal-suporte). Cinética de adsorção, reação superficial e dessorção. Conceitos sobre investigação de mecanismos de reações (cinética, espectroscopia, estudos isotópicos, teoria do funcional de densidade). Aplicações catalíticas: reações de hidrogenação, oxidação, química do C1, reforma de alcanos, síntese de amônia, geração de gás de síntese, craqueamento catalítico FCC, isomerização, exaustão automotiva, captura e conversão de CO2, hidrotratamentos, e desativação de catalisadores.

Bibliografia

Chorkendorff, I., Niemantsverdriet, J.W.; Concepts of Modern Catalysis and Kinetics. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003 (ISBN 3-527-30574-2).

Schmal, M.; Catálise Heterogênea. Rio de Janeiro, Ed. Synergia, 2011(ISBN 978-85-61325-53-4).

Bond, G.C.; Heterogeneous Catalysis: Principles and Applications, Clarendon Press, Oxford, 1987 (ISBN 0-19-855526-1).

Petersen E.E., Bell A.T. (editors). Catalyst deactivation. Marcel Dekker, Inc., 1987 (ISBN 0-8247-7741-7).

As formas de poluição. Padrões de qualidade. Caracterização de efluentes domésticos e industriais. Formas de tratamento primário (gradeamento, decantação, neutralização/equalização). Tratamento biológico de efluentes. Modelagem do crescimento bacteriano, consumo de substrato e consumo de oxigênio. Processos aeróbios: lodos ativados e suas variantes. Lagoas aeradas, filtros e discos biológicos. Tratamento de efluentes: fundamentos; tipos de digestores (UASBR, AF, FFAR). Remoção de nitrogênio por via biológica. Remoção de fósforo.

Carga horária: 45 horas

Objetivo:

Capacitar o aluno na área de cultivo de células animais em biorreatores para produção de biofármacos e vacinas, incluindo os conceitos teóricose a prática de operação de diferentes tipos de biorreatores em diferentes escalas e modos de operação.

Ementa:

Introdução aos cultivos de células animais em biorreatores.Tipos de biorreatores, seu preparo e esterilização. Oxigenação e agitação. Principais variáveis do processo. Monitoramento e controle de biorreatores. Modos de operação. Equipamentos retenção celular em processos em perfusão. Transposição de escala: miniaturização e ampliação de escala.

Programa:

Teórico (30 horas)
Introdução aos cultivos de células animais em biorreatores. Aspectos básicos.De frascos de cultivo a biorreatores controlados. Etapas de propagação doinóculo: da alíquota do banco celular ao biorreator principal (5 horas).
Tipos de biorreatores e seu preparo.Biorreatores para células aderentes e para crescimento em suspensão mais empregados.Componentes de biorreatores e sua montagem. Processos de esterilização de biorreatores e demais equipamentos e insumos (3 horas).
Oxigenação e agitação de biorreatores.Tipos de sistemas de agitação. Métodos de oxigenação. Transferência de oxigênio. Consumo de oxigênio. Interação entre agitação e aeração (3horas).
Principais variáveis do processo. Temperatura. pH. Oxigênio dissolvido (3 horas).
Monitoramento e controle de cultivos celulares em biorreatores.Conceitos e tecnologias para monitoramento de processos. Técnicas analíticas. Estratégias de controle (3 horas).
Modos de operação dos biorreatores. Batelada, batelada alimentada, contínuo e contínuo com reciclo celular. Balanços de massa. A questão da produtividade (5 horas).
Equipamentos para separação de célulasem processos em perfusão.Princípios gerais de separação de células animais. Eficiência de separação. Principais equipamentos de retenção celular utilizados(3 horas).
Transposição de escala.Processos miniaturizados para desenvolvimento tecnológico. Ampliação de escala de processos (2 horas).
Estudo de caso.Desenvolvimento do processo deprodução de uma proteína humanarecombinante aprovada para uso terapêutico (3horas).
Prático (15 horas)
Montagem de biorreatores do tipo tanque agitado e com movimento ondulatório(“wave”), de vidro e com bolsas descartáveis, em diferentes escalas (100 mL a 50 L). Esterilização dos biorreatores e acessórios. Procedimentos para inoculação. Operação de cultivos celularesem frascos agitados e em biorreatores, em modo batelada, batelada alimentada e perfusão. Amostragem. Determinação da concentraçãoe viabilidade celular, quantificação de substratos, metabólitos e produto. Análise dos dados e cálculo de taxas e fatores de rendimento.

Bibliografia:

Referências principais:

1. Moraes AM, Augusto EFP, Castilho LR (Eds.) (2008), Tecnologia do Cultivo de Células Animais: de Biofármacos a Terapia Gênica. São Paulo: Editora Roca.
2. Ozturk S, Hu WS (Eds.) (2006), Cell Culture Technology for Pharmaceutical and Cell-Based Therapies. Boca Ratón: CRC Press.
3. Doran PM (2012), Bioprocess Engineering Principles. London: Academic Press.
Referências complementares:
1. Wagner R, Hansjörg H (2014), Animal Cell Biotechnology in Biologics Production. Berlin: De Gruyter.
2. Shuler ML, Kargi F (2014), Bioprocess Engineering: Basic Concepts. Harlow: Pearson Education Limited.
3. Blanch HW, Clark DS(1997),Biochemical Engineering. New York: Marcel Dekker Inc.
4. Winkler MA (1990), Chemical Engineering Problems in Biotechnology. Barking: Elsevier Science Publishers.
5. Bailey JE, Ollis DF (1986), Biochemical Engineering Fundamentals. Singapore: McGraw-Hill.

Fundamentos de bioquímica e microbiologia: Aspectos gerais e vias metabólicas para obtenção de produtos de interesse industrial. Cinéticas de crescimento microbiano e produção de metabólicos. Bioreatores: tipos e modos de operação. Monitoramento de processos biotecnológicos: medição e controle de variáveis de interesse. Fundamentos de modelagem de bioprocessos. Estimação de parâmetros e sensibilidade paramétrica.

Carga horária: 45 horas

Objetivo:

Capacitar o aluno a desenvolver processos de purificação, desde etapa de separação de células do sobrenadantede cultivo celular até a purificação final(polimento), garantindo a capacidade de remoção de vírus e demais contaminantes considerados críticos na indústria biofarmacêutica.

Ementa:

Etapas de um processo de separação e purificação. Propriedades de biomoléculas (proteínas, vírus, DNA) e sua influência no processo de purificação. Técnicas de purificação de proteínas: precipitação fracionada, extração em sistemas de duas fases aquosas eprocessos decromatografia líquida. Processos de remoção viral. Aumento de escala. Sistemas de uso único (“single use”).

Programa:

Teórico (30 horas)
Introdução. Processos de fabricação de bioprodutos: processamento “upstream” e “downstream”.Estrutura geral de processos de purificação parabioprodutos intracelulares e extracelulares. Requerimentos de pureza para produtos biofarmacêuticos. Etapas de um processo de purificação na indústria biofarmacêutica e suas características. Propriedades bioquímicas,físico-químicas e de estabilidade de produtos e contaminantes e sua influência no processo. Atributos críticos de qualidade do produto, contaminantes críticos relacionados ao produto e ao processoe requisitos regulatórios associados ao processamento “downstream” (5 h).
Técnicas analíticas para desenvolvimento e monitoramento de processos de purificação.Dosagem de proteínas totais,eletroforese (SDS-PAGE), “Western blot”, imunoensaios do tipo ELISA, cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC), cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC-MS), ensaios de atividade biológica, ensaios para avaliação da estrutura proteica e para monitoramento da estabilidade do produto ao longo do processo (dicroísmo circular, técnicas baseadas em fluorescência e outras) (3 h).
Técnicas de separação de células e de processamento de produtos intracelulares.Técnicas de separação de células por centrifugação, filtração convencional e com membranas, sedimentação e outras.Métodos físicos, químicos e enzimáticos de rompimento celular. Processos de solubilização e renaturação de produtos recombinantes intracelulares expressos na forma de corpos de inclusão (5 h).
Técnicas de purificação de baixa resolução e alta capacidade.Precipitação fracionada de proteínas. Extração líquido-líquido em sistemas de duas fases aquosas. Diafiltração (2 h).
Técnicas de purificação de alta resolução. Princípios gerais da cromatografia líquida de proteínas. Processos cromatográficos com finalidade preparativa.Tipos de suporte: resinas, membranas e monolitos. Capacidade adsortivaestática (em equilíbrio) e dinâmica. Técnicas de cromatografia baseadas em exclusão molecular, troca iônica, hidrofobicidade e afinidade bioespecífica. Técnicas multimodais. Processos em modo de cromatografia de adsorção-dessorção (“bind-elutemode”) e em modo de cromatografia negativa (“flow-throughmode”). Processos cromatográficos pseudo-contínuos e contínuos (5 h).
Remoção viral. Processos de inativação viral. Processos de filtração viral. Validação da remoção (“clearance”) viral em modelos miniaturizados segundo as normas regulatórias internacionais (ICH) (3 h).
Avaliação de desempenho de processos de purificação.Resolução de separação. Capacidade de processamento. Fator de concentração. Fator de purificação. Rendimento/recuperação. Remoção de contaminantes críticos. Número de etapas versus desempenho do processo (2 h).
Estabelecimento de processos em larga escala.Aumento de escala de processos de separação e purificação: etapas de separação de células, extração em sistemas de duas fases aquosas, precipitação fracionada de proteínas e cromatografia líquida. Princípios gerais relacionados ao projeto e operação das etapas de processamento “downstream” em plantas biofarmacêuticassob condições de Boas Práticas de Fabricação (BPF). Emprego de sistemas de uso único (“single use”) para preparo de soluções e técnicas de purificação (5 h).
Prático:(15 horas)
Comparação de técnicas de separação celular: sedimentação, hidrociclones e microfiltração. Processos cromatográficos: empacotamento de colunas, determinação da capacidade adsortivadinâmica dediferentes tipos de adsorventes (resinas e membranas) a diferentes vazões, emprego de sistema em microplacas para comparação de técnicas e condições cromatográficas, purificação cromatográfica em sistema preparativo,eluição em gradiente e em degraus. Análise de amostras por SDS-PAGE e HPLC.
Análise de resultados utilizando o software Excel e elaboração de tabela com o desempenho do processo de purificação.

Bibliografia:

Referências principais:

1. Scopes RK (1994), Protein Purification: Principles and Practice. 3ª ed. Berlim: Springer.
2. Moraes AM, Augusto EFP, Castilho LR (2008), Tecnologia do Cultivo de Células Animais: de Biofármacos a Terapia Gênica. São Paulo: Editora Roca.
3. Pessoa Jr A,Kilikian B (2005), Purificação de produtos biotecnológicos. São Paulo: Manole.
Referências complementares:
4. Behme S (2009), Manufacturing of Pharmaceutical Proteins: from Technology to Economy. Nova York: Wiley.
5. Carta G,Jungbauer A (2010), Protein Chromatography: Process Development and Scale-up. Nova York: Wiley.
6. Janson J (2011), Protein Purification: Principles, High-Resolution Methods and Applications. 3ª ed. Nova York: Wiley.
7. Rathore ASet al. (2015), Continuous Processing for Production of Biopharmaceuticals.
8. RathoreAS,Velayudhan A (2003), Scale-up and Optimization in Preparative Chromatography: Principles and Biopharmaceutical Applications. Marcel Dekker.
9. Walsh G (2003), Biopharmaceuticals: Biochemistry and Biotechnology. Chichester: Wiley-Blackwell.

Introdução à modelagem matemática de processos. Obtenção de modelos lineares invariantes no tempo e de parâmetros concentrados. A representação entrada/saída no domínio do tempo (contínuo e discreto) e das transformadas de Laplace e Z para sistemas lineares. A representação no espaço de estados. Introdução a Probabilidade e Estatística. Introdução à Otimização. Análise de sensibilidade. Reações em batelada e reações em reatores tubulares. Natureza não linear dos sistemas químicos. O comportamento complexo dos sistemas dinâmicos.

Carga Horária: 45h

Referências:

J. C. Friedly, “Dynamic Behavior of Processes”, Prentice Hall, 1972.
B. W. Bequette, “Process Dynamics. Modeling, Analysis, and Simulation”, Prentice Hall, l998.
T. F. Edgar, D. M. Himmelblau, “Optimization of Chemical Processes”, MacGraw-Hill, 1989.

*Disciplina Obrigatória do Curso de Mestrado

 

Modelos matemáticos de processos e parâmetros concentrados e distribuídos. Simulação numérica dos comportamentos estacionários e dinâmico de processos. Sistemas de escoamento, de reação e de equilíbrio. Modelos de balanço de população. Métodos dos resíduos ponderados.

Revisão de controle clássico. Controle digital. Controle de sistemas multivariáveis. Introdução à reconciliação de dados. Introdução à detecção e isolamento de falhas. Introdução ao controle estatístico de processos.

Carga Horária: 45h

Referências

Aström, K, Wittenmark, B., “Computer-Controlled Systems”
Deshpande, P. (editor), “Multivariable Process Control”
Koppel, L., “Introduction to Control Theory”
Ray, W., “Advanced Control”
Narasimhan, S., Jordache, C., “Data Reconciliaton & Gross Erro Detection”
Chiang, L., Russell, E., Braatz, R. “Faul Detection and Diagnosis in Industrial Systems”

 

Ementa:

Apresentação e introdução ao tema da Quimiometria. Variáveis, réplicas e erros de medição. Estatística básica e testes de hipóteses. Técnicas de estimação de parâmetros por mínimos quadrados e MLR (regressão linear múltipla). PCA (análise de componentes principais) e PCR (regressão em componentes principais) - visualização, formulação, algoritmo e seleção do número de componentes principais. FDA (análise por discriminante de Fisher) - classificação, formulação, algoritmo e seleção do número de classes. PLS (mínimos quadrados parciais) - regressão, formulação, algoritmo e seleção do número de componentes principais. ANN (redes neuronais artificiais) - estruturas, treinamentos, algoritmo e validação cruzada. MCA (análise de correspondência múltipla) - comparação, formulação e algoritmo. ANOVA (análise de variâncias) - comparação, formulação e algoritmo. ANCOVA (análise de covariâncias) - comparação, formulação e algoritmo. Estudos de aplicação - NIR (infravermelho próximo) e QSPR (relações quantitativas entre estrutura e propriedades).

Bibliografia:

(i) Análise de Dados Experimentais - Volume I: Estatística Básica e Estimação de Parâmetros, M. Schwaab e J.C. Pinto, E-Papers, Rio de Janeiro (2009)
(ii) Análise de Dados Experimentais - Volume II: Planejamento de Experimentos, M. Schwaab e J.C. Pinto, E-Papers, Rio de Janeiro (2012)
(iii) Artigos técnicos.

Profª: Emilia Annese

Carga horária: 45 horas

Créditos: 3,0

Objetivos:

Capacitar o aluno na área de engenharia química, familiarizando-o com os requerimentos de caracterização espectroscopica de sistema químico-físico

 Ementa:

Introdução: fundamentos de espectroscopia. O espectro electromagnético. Matéria e seu grau de liberdade. Interação entre onda electromagnética e a materia. Espectroscopia no infravermelho. Espectroscopia Raman. Espectroscopia Mossbauer. Métodos analiticos pelo raios X: Espectroscopia de Fotoelétrons e absorção de raios X.
Espectroscopia de massa.

 Referências Bibliográficas:

1. Modern Raman Spectroscopy – A practical approach, E. Smith, G. Dent, John Wiley & Sons, Ltd, (2005);
2. Photoelectron Spectroscopy- Principle and Application, S. Hüfner, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995,1996, (2003);
3. Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications, B. Stuart, John Wiley & Sons, (2004);
4. Análise instrumental, H. Willard, L. Merritt, J. Dean, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa (1979).

O objetivo fundamental dessa disciplina e a apresentação de processos avançados de polimerização, que combinam o processo de produção dos materiais poliméricos com outros estágios simultâneos de processamento e/ou modificação da estrutura desses materiais. Nesse contexto, serão discutidas técnicas para incorporação in-situ de cargas poliméricas durante a polimerização, para a produção de compósitos e blendas. Serão discutidas também técnicas que permitem a incorporação de cargas bioativas, com o objetivo de desenvolver materiais bioativos, para aplicações biomédicas e biotecnológicas. Serão discutidas oportunidades para produção de materiais especiais através de técnicas heterogêneas e homogêneas de polimerização, por intermédio de mecanismos do tipo radicais livres e de policondensação.

 Modelagem matemática de uma unidade de separação de leito móvel simulado. Aplicação de técnicas de otimização em problemas de separação com unidades de leito móvel simulado.

Interações entre pequenas moléculas e polímeros em soluções diluídas e concentradas. Teorias de soluções poliméricas. Extensão para polímeros pouco inchados e reticulados. Sorção de gases, vapores e líquidos em elastômeros e polímeros vítreos. Cinética de sorção. Difusão em polímeros elastoméricos: modelos moleculares e do volume livre. Difusão em polímeros vítreos. Métodos experimentais de determinação de coeficientes de solubilidade, difusão e permeabilidade. Aplicações industriais e em instrumentação analítica.

Permeação de gases e líquidos em membranas poliméricas. Modelos básicos de transporte: solução-difusão ativada, escoamento em poros, abordagens da termodinâmica de proces¬sos irreversíveis. Efeitos da geometria e da dinâ¬mica do escoamento na interface fluido/membrana: polarização de concentração, camada gel. Métodos experimentais de determinação de coeficientes de transporte. Sistemas não isotérmicos. Projeto de permeadores. Aplicações.

Ementa:

Polímeros à base de estireno e butadieno. Processos de polimerização aniônica. Catalisadores aniônicos monofuncionais e bifuncionais. Produção de polímeros estirênicos em solução por catálise aniônica. Catalisadores de n- butil lítio e seus derivados multifuncionais. Caracterização de resinas poliméricas à base de estireno e butadieno. Funcionalização de resinas a base de estireno e butadieno in situ e em duas etapas. Testes experimentais de produção de copolímeros de estireno e butadieno em solução com catalisadores à base de lítio.

 Ementa:

Sistemas aeróbios com biomassa imobilizada para o tratamento de águas residuárias; Sistemas anaeróbios de alta taxa; Novos processos para remoção biológica de nitrogênio; Remoção biológica de fósforo; Aplicação de processos visando redução de custos operacionais de plantas de tratamento; Competição entre organismos presentes em sistemas biológicos de tratamento de águas residuárias; Estudo dos principais grupos microbianos funcionais em sistemas de tratamento, Dinâmica da estrutura da comunidade bacteriana em sistemas de tratamento biológico.

 Ementa:

Processos biotecnológicos para despoluição de águas residuárias e ecossistemas naturais; Avaliação de combinações de processos biológicos e físico-químicos para redução do potencial poluidor de correntes líquidas específicas; Estudo de casos particulares de remoção de poluentes de matrizes aquosas; Minimização de gastos em estações de tratamento.

Ementa:

Introdução aos fenômenos de superfície
Fenômenos eletrocinéticos
Termodinâmica de filmes finos
Métodos de recuperação do Óleo
Capilaridade
Permeabilidade de meios porosos
Molhabilidade de reservatórios
Parte experimental

Carga horária: 45 horas

Créditos: 3


Ementa:

Equações Hidrodinâmicas e Leis de Conservação; Hipótese do Equilíbrio Local; Relações Fenomenológicas-Postulados; Relações Termodinâmicas e Produção de Entropia; Calor de Transporte; Fluxos Cruzados; Difusão Multicomponente Isotérmico; Difusão Multicomponente Não-Isotérmico (Termodifusão). Forças Motrizes para Transporte.

Livros:

Espósito, R. O.; Alijó, P. H. R.; Scilipoti, J. A. e Tavares, F. W., Compositional Grading in Oil and Gas Reservoir. Elservier, 2017.
Firoozabadi, A., Thermodynamics and Applications in Hydrocarbon Energy Production. McGraw Hill, 2016.
Fitts, D. D., Nonequilibrium Thermodynamics, McGraw-Hill Series in Advanced Chemistry, 1962.
De Groot, S.R., Mazur, P., Nonequilibrium Thermodynamics, North-Holland Publishing Co., Amsterdam, 1962.
Glasstone, S., Laidler, K.J., Eyring, H., The theory of rate processes, McGraw-Hill Book Co., New York, 1941.
Haase, R., Thermodynamics of Irreversible Processes, Addison-Wesley, 1969.

Ementa:

Introdução - FI em biotecnologia

Superfícies em sistemas biológicos e biomateriais

Origem das cargas em sistemas biológicos e biomateriais

Interface Líquido-Líquido

Interface Sólido-Líquido 

Proteínas: Interface e Adsorção 

Células e Membranas celulares 

Separação e Purificação de bioprodutos

Ementa:

Escoamentos bifásicos dispersos. Conceito de polidispersão. Variáveis internas e externas. Espaço de estado das propriedades das partículas. Função de distribuição das propriedades das partículas. Teorema de Transporte de Reynolds no espaço de estado. Equação de balanço populacional mono e multi-variada. Condições auxiliares. Sistemas fechados e abertos. Fenômenos que alteram o número de partículas: agregação e quebra de partículas. Modelagem da quebra. Modelagem da agregação. Exemplos. Métodos analíticos e numéricos de solução da equação de balanço populacional.

Bibliografia:

Ramkrishna, D. (2000) Population Balances. Academic Press.
Artigos da literatura.

  1. Introdução aos escoamentos multifásicos. Aplicações industriais. Regimes de escoamento. Escoamentos multifásicos estratificados e dispersos.
  2. Introdução: modelos particulados x contínuos. Conceito das médias temporal, volumétrica e amostral.
  3. Propriedades dos escoamentos multifásicos dispersos. Acoplamento entre fases. Distribuição de tamanho de partículas.
  4. Interação entre fluido e partículas. Equações de conservação para uma partícula para quantidade de movimento, massa e energia. Forças entre fluido e partículas.
  5. Interação partícula-parede. Interação partícula-partícula.
  6. Descrição matemática de escoamentos multifásicos. Modelos multifluido.
  7. Escoamentos bifásicos dispersos: Equações de conservação para a fase contínua e para a fase dispersa. Abordagens Euleriana e Lagrangeana para a fase dispersa. Modelos de área interfacial.
  8. Fundamentos de balanço populacional. Conceito de polidispersão. Variáveis internas e externas. Espaço de estado das propriedades das partículas.
  9. Função de distribuição das propriedades das partículas. Teorema de Transporte de Reynolds no espaço de estado. Equação de balanço populacional mono e multi-variada. Condições auxiliares. Sistemas fechados e abertos.
  10. Fenômenos que alteram o número de partículas: agregação  e quebra de partículas. Modelagem da quebra. Modelagem da agregação.
  11. Métodos analíticos e numéricos de solução da equação de balanço populacional.

Bibliografia:

[1]     Crowe, C.; Sommerfeld, M.; Tsuji, Y. (1998) Multiphase Flows with droplets and Particles. CRC Press.

[2]     Brennen, C. (2005) Fundamentals of Multiphase Flow. Cambridge University Press.

[3]     Drew, D. A.; Passman, S. L. (1999) Theory of Multicomponent Fluids. Springer.

[4]     Sirignano, W. A.. (1999) Fluid Dynamics and Transport of Droplets and Sprays. Cambridge University Press.

[5]     Gidaspow, D. (1994) Multiphase Flow and Fluidization. Academic Press.

[6]     Clift, R.; Grace, J. R.; Weber, M. E. (1978) Bubbles, drops and particles. Dover.

[7]     Ishii, M. (1975) Thermo-Fluid Dynamic Theory of Two-Phase Flow. Eyrolles.

[8]     Ishii, M., Hibiki, T. (2006) Thermofluidynamics of Two-Phase Flows. Springer.

[9]     Massarani, G. (2002) Fluidodinâmica em Sistemas Particulados. E-papers.

 Ramkrishna, D. (2000) Population Balances. Academic Press

Objetivo

Visualização da coalescência de bolhas e medida experimental das variáveis turbulentas em uma célula de coalescência a ser modificada. Tópicos de estudo:

1. Rudimentos de teoria da turbulência
2. Projeto de atenuadores de turbulência
3. Obtenção das variáveis turbulentas usando medidas de anemometria laser Doppler
4. Análise da colisão de bolhas por filmagem de alta velocidade
5. Processamento de imagem para cálculo de tamanho e velocidade de bolhas
6. Estudo de modelos de coalescência de bolhas

Bibliografia:

1. Coelho, D. B. Projeto e construção de uma célula de coalescência de bolhas. Dissertação de Mestrado, PEQ/COPPE, 2014.
2. Guinancio, R.. Análise experimental de modelos de eficiência de coalescência de bolhas usando uma célula de coalescência, Dissertação de Mestrado, PEQ/COPPE, 2015.
3. Araujo, J. F. M., Estudo dos modelos de quebra e coalescência para escoamentos polidispersos. Dissertação de Mestrado, PEQ/COPPE, 2006.
4. Liao, Y., Lucas, D. A literature review on mechanisms and models for the coalescence process of fluid particles, Chemical Engineering Science 65, pp. 2851-2864, 2010.
5. Pope, S. B. Turbulent Flows, Cambridge University Press, 2000.
6. Nobach, H. Local time estimation for the slotted correlation function of randomly sampled LDA data, Experiments in Fluids 32, pp. 337-345, 2002.
7. Zhang, Z. LDA Application Methods - Laser Doppler Anemometry for Fluid Dynamics
8. Farell, C. Youssef, S. Experiments on Turbulence Management using Screens and Honeycombs. Project Report 338, 1992.
9. Gorlin, S.M., Slezinger, I.I. Wind tunnels and their instrumentation. 1966.

Oferta de 3º período de 2017
Docentes: Paulo Laranjeira da Cunha Lage e Juliana Loureiro (PEM/COPPE)

1. Introdução à análise funcional: definições Básicas e espaços e operadores.
2. Teoria da aproximação: aproximação em espaços normados, unicidade e convexidade, aproximação uniforme, polinômios de Chebyshev, aproximações em espaços de Hilbert.
3. Introdução à Teoria dos momentos canônicos: conceitos básicos, sequência especial de momentos canônicos e aplicação na Teoria da Aproximação.
4. Modelagem de escoamentos multifásicos polidispersos usando balanço populacional.
5. A equação de balaço populacional multivariada.
6. Métodos numéricos recentes para a solução da equação de balanço populacional: método das classes, QMoM, DQMOM, SQMOM, CQMOM, Direct DuQMoGeM, DQST, etc.

Bibliografia:

1. Ramkrishna, D. (2000) Population Balances. Academic Press.
2. Marchisio, D. L., Fox, R. O. (2013) Computational Models for Polydisperse Particulate and Multiphase Systems. Cambrige University Press.
3. The Theory of Canonical Moments with Applications in Statistics, Probability, and Analysis (Wiley Series in Probability and Statistics)
4. Kreyszig, E. Introductory Functional Analysis with Applications. John Wiley and sons,1978.

Oferta de 3º período de 2017
Docentes: Paulo Laranjeira da Cunha Lage e Fabio Pereira dos Santos (EQ)

Resolução numérica de sistemas de equações algébricas: métodos diretos e iterativos, método da continuação. Multiplicidade de soluções. Resolução numérica de equações diferenciais ordinárias: problemas de valor inicial. Métodos explícitos e implícitos. Métodos de passos simples e passos múltiplos. Método de pertubação. Rigidez de sistemas. Análise de estabilidade e sensibilidade paramétrica. Resolução de sistemas de equações algébrico-diferenciais. Problema de índice e consistência das condições iniciais.

Objetivo:

Aprofundamento dos conceitos teóricos e métodos numéricos para a solução e análise de equações algébricas e diferenciais.

Programa:

1. Solução de Equações Algébricas
1.1 Matrizes, fatorizações, valores e vetores característicos e singulares
1.2 Métodos diretos para sistemas lineares densos e esparsos
1.3 Métodos iterativos para sistemas lineares densos e esparsos
1.4 Condicionamento e análise de erro
1.5 Sistemas não-lineares e multiplicidade de soluções
1.6 Método da Continuação
2. Solução de Equações Diferenciais Ordinárias
2.1 Métodos explícitos vs métodos implícitos
2.2 Métodos de passo simples vs métodos de passos múltiplos
2.3 Método de perturbação
2.4 Interpolação polinomial
2.5 Rigidez de sistemas
2.6 Análise de estabilidade
2.7 Sensibilidade paramétrica
3. Solução de Equações Algébrico-Diferenciais
3.1 Resolubilidade
3.2 Problema de índice
3.3 Consistência das condições iniciais
3.4 Redução de índice
3.5 Diferenciação automática e simbólica
3.6 Métodos de passo simples vs métodos de passos múltiplos

MÉTODO DE TRABALHO: aulas teórico-práticas em laboratório de computação com a participação interativa dos alunos, tendo disponível um computador por aluno.

PROCEDIMENTOS E/OU CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO: avaliação baseada em trabalhos individuais extra-classe e apresentação oral de um trabalho de conclusão da disciplina.

Bibliografia:

• Fröberg, C.E. Introduction to Numerical Analysis, Addison-Wesley, 1965.
• Carnahan, B., Luther, H.A. & Wilkes, J.O. Applied Numerical Methods, Wiley, 1969.
• Finlayson, B.A. Nonlinear Analysis in Chemical Engineering, McGraw Hill, 1980.
• Rice, J. R. Numerical Methods, Software and Analysis, McGraw-Hill, 1983.
• Davis, M.E. Numerical Methods and Modeling for Chemical Engineers, John Wiley & Sons, 1984.
• Dekker, K. & Vermer, J.G. Stability of Runge-Kutta Methods for Stiff Non Linear Differential Equations, North-Holland, 1985.
• Butcher, J.C. The Numerical Analysis of Ordinary Differential Equations, Wiley Interscience Publications, 1987.
• Brenan, K.E., Campbell, S.L. & Petzold, L.R. Numerical Solution of Initial-Value Problems in Differential Algebraic Equations, North-Holland, 1989.
• Golub, G.H. & Ortega, J.M. Scientific Computing and Differential Equations, Academic Press, 1992.
• Kreyszig, E. Advanced Engineering Mathematics, Wiley, 1993.
• Rice, R.R. & Do, D.D. Applied Mathematics and Modeling for Chemical Engineers, John Wiley & Sons, 1995
• Müllges, G.E. & Uhlig, F. Numerical Algorihtms with C, Springer, 1996.
• Golub, G.H. & Van Loan, C.F. Matrix Computations, Johns Hopkins, 1996.
• Stewart, G.W. Matrix Algorithms, Vol. 1 a 4, SIAM, 1998.

Aproximação polinomial. Interpolação. Ortogonalidade de funções e expansões em série de funções ortogonais. Quadratura numérica. Método dos resíduos ponderados, método das diferenças finitas, métodos dos elementos finitos e volumes finitos. Resolução numérica de problemas de valor de contorno unidimensional. Método das linhas e método das características. Resolução numérica de equações diferenciais parciais. Resolução de equações diferenciais de diferenças. Técnicas de redução de ordem.

Introdução:

mecanismos de polimerização, propriedades importantes de soluções e materiais poliméricos. Sistemas homogêneos: polimerização em solução em CSTRs, efeito gel, efeitos térmicos, dinâmica complexa em sistemas homogêneos, reações em reatores tubulares, reatores-extrusores, reatores azeotrópicos de separação. Sistemas Hetero-gêneos: polimerização em emulsão; polimerização em suspensão; polimerização catalítica (Ziegler-Natta): reatores em leito de lama, reatores em leito fluidizado. Cinética de coalescência e quebramento. Dinâmica complexa em sistemas heterogêneos. Simulações de Monte Carlo.

Ementa:

Definição de Metodologia Científica. Escrita Científica e Assuntos Correlatos. Escrita e Publicação Científica para Jovens Pesquisadores. Busca Bibliográfica nas Diversas Bases de Dados On-line e Off-line e Classificação/Indexação de Periódicos. Segurança no Laboratório e Assuntos Correlatos. Ciência em Casa. Como Escrever um Artigo Científico. Inovação Tecnológica e Produção Científica. Redação da Tese, Direitos Autorais, Plágio, Ética.

Desenvolvimento de modelos matemáticos de reatores catalíticos em leito fixo – Modelos pseudo-homogêneo e heterogêneo. Reatores com difusão radial e axial. Reatores com escoamento radial. Reatores em leito gotejante. Reatores multi-tubulares: métodos numéricos de resolução dos modelos. Simulação do comportamento estacionário. Análise da sensibilidade a parâmetros e variáveis de operação.

Métodos diretos de estimativa de parâmetros, regressão não linear, interpretação e análise dos resultados: matriz de covariância, intervalos de confiança e testes estatísticos. Projeto seqüencial de experimentos: critérios de discriminação entre modelos. Critérios de estimação de parâmetros de um modelo de critérios mistos. Exemplos aplicados à discriminação de modelos cinéticos.

X-ray diffraction

Diffraction from Polycrystalline Samples and Determination of Crystal Structure; X-ray Diffractometer Essentials; Estimation of X-ray Diffraction Intensity from a Polycrystalline Sample; Structure Factor Polarization Factor; Multiplicity Factor; Lorentz Factor; Absorption Factor

Identification of an Unknown Sample by X-ray Diffraction - Determination of Lattice Parameter of a Polycrystalline Sample - Quantitative Analysis of Powder Mixtures and Determination of Crystalline Size and Lattice Strain- Quantitative Determination of a Crystalline Substance in a Mixture - Measurement of the Size of Crystal Grains and Heterogeneous Distortion –

Examples of Application of xrd to catalysis

X-ray fluorescence spectroscopy

Principles and data analysis- Specific application in catalysis

X-ray photoemission spectroscopy

Principles and data analysis-Use of CASA software for XPS analysis. Specific application in catalysis

Outline of Photocatalysis and study of catalizadores by scanning tunneling microscopy and atomic scanning microscopy.

Other examples of characterization in catalysis

X-ray based techniques: it will be done short demonstrative experiments in NUCAT lab if available and working the instrumentation. The collected data will be used for the analysis.

Adsorção em superfícies sólidas. Quimissorção em superfícies metálica e óxido: teoria, métodos de caracterização e aspectos quantitativos. Superfície ácida. Superfície básica. Métodos térmicos de análise: dessorção/redução/oxidação à temperatura programada. Testes de atividade catalítica. Reações modelo.

Enzimas, conceituação e classificação. Produção de enzimas. Utilização de enzimas como catalisadores. Introdução à cinética enzimática. Técnicas de imobilização de enzimas. Cinética e difusão em enzimas imobilizadas. Reatores enzimáticos, características e equações de projeto.

Fundamentos:

taxas e mecanismos de reações superficiais. Catálise por metais, óxidos e sulfetos. Fatores geométricos; adsorção-desorção química em metais, óxidos e sulfetos. Padrões de atividade reações modelos. Teoria microscópica da catálise heterogênea. Adsorção dissociava- Papel dos elétrons de Estados de transição das reações superficiais. Modelos cinéticos em superfícies não uniformes.

Parâmetros de controle de efluentes. Ozonização. Tratamento por radiação ultra-violeta. Tratamento por peróxidos. Princípios e aplicações da fotocatálise. Princípios e aplicações do reativo de Fenton e foto-Fenton. Combinação de processos e avaliações comparativas de processos.

Aspectos biológicos das células animais. Tecnologia do cultivo de células animais. Separação e purificação do produto. Aprovação e licenciamento de processos e produtos.

Processos Biológicos com biofilmes, dinâmica populacional em sistemas biológicos, microscopia, impactos de substancias químicas recalcitrantes na dinâmica populacional, estudo de casos de efluentes da indústria química.

Formulação de modelos matemáticos para sistemas de reação e separação. Sistemas homogêneos e heterogêneos. Cinéticas de crescimento microbiano, consumo de substratos e formação de produtos. Cinética enzimática. Sistemas com células e/ou enzimas imobilizadas.

Introdução. Elementos de probabilidade e estatística. Diferentes tipos de modelos. Métodos de Identificação linear não paramétrica nos domínios do tempo e da freqüência. Estimação de Parâmetros. Métodos recursivos de estimação de parâmetros. Métodos de identificação não linear. Projeto de experimentos, Seleção de estruturas. Validação de modelos.

Análise de processos multivariáveis: arranjo de ganhos relativos (RGA). Análise via decomposição em valores singulares: uso de métodos da geometria diferencial (ordem relativa). Controle descentralizado: métodos de ajuste de controladores. Desacoplamento: diferentes tratamentos. Controle multivariável: controle ótimo linear quadrático. Controle preditivo baseado em modelo linear. Controle não linear: controle preditivo baseado em modelo não linear. Métodos baseados em conceitos da geometria diferencial.
Equações diferenciais ordinárias e mapeamentos: existência e unicidade de soluções. Escoamentos e caracterização de trajetórias. Sistemas lineares e não-lineares. Solução permanente. Sistemas dissipativos e conservativos. Estudo de estabilidade: funções de Liapunov. Bifurcações estáticas. Teorema do ponto fixo. Teorema de Hopf. Degenerações de ordem superior. Estabilidade de soluções periódicas. Bifurcações dinâmicas secundárias. Caos: caracterização e universalidade. Crises e bifurcações. Rotas para o caos. Bifurcações globais: órbitas homo-clínicas e heteroclínicas. Ciclos de Silnikov.

Profs. Príamo Melo & Heloísa Sanches

Capítulo 0 – Definições Básicas
Teoria de conjuntos, relações e funções.
Álgebra abstrata. Operações. Sistemas abstratos: grupóide, semi-grupo, monóide, grupo, anel, campo.

Capítulo 1 – Álgebra Linear
Espaço vetorial, subespaço. Dependência e independência linear. Bases. Dimensão de um espaço. Transformações lineares: isomorfismos, matrizes, equações lineares. Funcionais. Duais algébricos. O espaço de duais algébricos, base dual. A transposta de uma operação linear. Produto escalar. Teorema da representação em espaços de dimensão finita. Base e co-base. Adjunta de uma transformação. Componentes covariantes e contravariantes de tensores.

Capítulo 2 – Teoria da Medida e Integração de Lebesgue
Teoria da medida de Lebesgue. Construção e caracterização desta medida. Teoria da Integração de Lebesgue. Funções mensuráveis. Integrais de Riemann. Integrais de Lebesgue. Espaços Lp.

Capítulo 3 – Espaços Topológicos
Topologia. Espaço topológico. Conjuntos abertos e fechados. Vizinhança. Ponto interior, interior. Bola aberta, bola fechada, esfera. Ponto de acumulação. Fechamento. Mapeamentos contínuos. Subconjunto denso, espaço separável. Fronteira. Conjuntos compactos. Seqüências. Convergência de uma seqüência, conjunto limitado. Seqüência limitada. Critério de convergência de Cauchy. Seqüências de Cauchy.

Capítulo 4 – Espaços Métricos
Definição de espaço métrico. Características de uma métrica. Desigualdade triangular generalizada. Métrica induzida. Exemplos de espaços métricos e métricas. Desigualdades (Holder/Cauchy-Schwarz, Minkowski). Algumas propriedades topológicas de espaços métricos. Espaços métricos completos e incompletos. Completação de espaços métricos. Espaços isométricos. Espaços métricos compactos.

Capítulo 5 – Espaços Normados e Espaços de Banach
Espaço normado. Espaço de Banach. Norma e suas propriedades. Métrica induzida pela norma. Norma

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.

Apoio / Parceiros

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