Totalmente de acuerdo con Daniel, no hay forma que vayas y vuelvas a Rio en 12 horas, considerando además que en esas 12 horas tienes que considerar lo que tardas en salir del aeropuerto y luego el tiempo previo a la partida.
Desconozco los temas de visado, pues como chileno solo me piden mi cédula de identidad.
Lo otro que debes considerar es que el Aeropuerto de Sao Paulo está en Guarulhos, que según la hora del día, te queda a una hora de Sao Paulo.
De todas formas creo que 12 horas son muchas para estar en el aeropuerto, así que te dejo algunos links para que veas si te animas a conocer algo en Sao Paulo o cerca.
www.deviajeabrasil.com/ (sitio muy instructivo de un español radicado en brasil). Revisa también
blog.deviajeabrasil.com/ y
www.blogdesaopaulo.com/ (blogs del mismo autor donde puedes hacer preguntas y te orientará muchísimo)
Sitios más típicos de turismo que te pueden dar una primera idea.
www.cidadedesaopaulo.com/
www.visitesaopaulo.com/
Las dos veces que he estado en Sao Paulo conocí lugares para niños (la primera yo era niño y la segunda, este año, fui con mi hijo). Así que recorrí zoológico, parques naturales y de diversiones, parques acuáticos, la costa de sao paulo (santos, guarujá, bertioga), estadio y museo de Santos de Pelé y algo de la zona interior (Campinas).
Suerte!!