Wellington Balmant

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Produções bibliográficas

• DIAS, F. G. ; JOSÉ VIRIATO COELHO VARGAS ; MARTINS, LAUBER ; ROSA, M. P. ; WELLINGTON BALMANT ; ANDRÉ BELLIN MARIANO ; PARISE, J. A. R. ; ORDONEZ, J. C. ; KAVA, V. . Modeling, simulation, and optimization of hydrogen production from microalgae in compact photobioreactors. Algal Research-Biomass Biofuels and Bioproducts , v. 71, p. 1, 2023.

• VARGAS, JOSÉ V C ; YANG, SAM ; ORDONEZ, JUAN CARLOS ; RIGATTI, LUIZ F ; PEIXOTO, PEDRO H R ; BALMANT, Wellington ; MARIANO, ANDRE B . Electronic packaging cabinets simplified modeling, simulation, and experimental validation for systems engineering. SIMULATION-TRANSACTIONS OF THE SOCIETY FOR MODELING AND SIMULATION INTERNATIONAL , v. 1, p. 003754972110699, 2022.

• COSTA, IAGO G. ; COELHO VARGAS, JOSÉ V. ; BALMANT, Wellington ; RAMOS, LUIZ P. ; ZANDONÁ FILHO, ARION ; TAHER, DHYOGO M. ; MARIANO, ANDRÉ B. ; YAMAMOTO, CARLOS I. ; CONCEIÇÃO, DANIELE ; KAVA, VANESSA M. . Microalgae-Derived Green Diesel. CHEMICAL ENGINEERING & TECHNOLOGY , v. 45, p. 890-897, 2022.

• MIYAWAKI, B. ; MARIANO, A.B. ; VARGAS, J.V.C. ; BALMANT, W. ; DEFRANCHESCHI, A.C. ; CORRÊA, D.O. ; SANTOS, B. ; SELESU, N.F.H. ; ORDONEZ, J.C. ; KAVA, V.M. . Microalgae derived biomass and bioenergy production enhancement through biogas purification and wastewater treatment. RENEWABLE ENERGY , v. 163, p. 1153-1165, 2021.

• DARIO, PRISCILA P. ; BALMANT, Wellington ; LÍRIO, FABIANA R. ; RAMOS, LUIZ P. ; BLANCO, JOHANA G. ; SUGAI, DANIELA Y. ; VARGAS, JOSÉ V.C. ; SANTOS, BEATRIZ ; MARIANO, ANDRÉ B. . Lumped intracellular dynamics: Mathematical modeling of the microalgae Tetradesmus obliquus cultivation under mixotrophic conditions with glycerol. Algal Research-Biomass Biofuels and Bioproducts , v. 57, p. 102344-10, 2021.

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• RAIMUNDO, R.C. ; VARGAS, J.V.C. ; ORDONEZ, J.C. ; BALMANT, W. ; POLLA, P.T.B. ; MARIANO, A.B. ; MARINO, C.E.B. . A sustainable alkaline membrane fuel cell (SAMFC) stack characterization, model validation and optimal operation. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY , v. 1, p. 1-15, 2019.

• BRANCO, KEMELY B.Z.F. ; BALMANT, Wellington ; TREVISAN, ELIAS ; TAHER, DHYOGO M. ; MARIANO, ANDRÉ B. ; ARROYO, PEDRO A. . Phenomenological modeling of Acutodesmus obliquus microalgae in situ transesterification. BIOCHEMICAL ENGINEERING JOURNAL , v. 154, p. 107434-107435, 2019.

• DIAS, FERNANDO G. ; VARGAS, JOSE V. C. ; YANG, SAM ; ROSA, MARCOS P. ; SANTOS, BEATRIZ ; KAVA, VANESSA M. ; BALMANT, Wellington ; MARIANO, ANDRE B. ; ORDONEZ, JUAN C. . Experimental Calibration of a Biohydrogen Production Estimation Model. Journal of Verification, Validation and Uncertainty Quantification , v. 4, p. 1-7, 2019.

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• CORRÊA, D.O. ; SANTOS, B. ; DIAS, F.G. ; VARGAS, J.V.C. ; MARIANO, A.B. ; BALMANT, W. ; ROSA, M.P. ; SAVI, D.C. ; KAVA, V. ; GLIENKE, C. ; ORDONEZ, J.C. . Enhanced biohydrogen production from microalgae by diesel engine hazardous emissions fixation. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY , v. 42, p. 21463-21475, 2017.

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• SUGAI-GUÉRIOS, MAURA HARUMI ; BALMANT, Wellington ; KRIEGER, NADIA ; FURIGO JUNIOR, AGENOR ; MITCHELL, DAVID ALEXANDER . Colonization of solid particles by Rhizopus oligosporus and Aspergillus oryzae in solid-state fermentation involves two types of penetrative hyphae: A model-based study on how these hyphae grow. Biochemical Engineering Journal , v. 114, p. 173-182, 2016.

• BALMANT, Wellington ; SUGAI-GUÉRIOS, MAURA HARUMI ; CORADIN, JULIANA HEY ; KRIEGER, NADIA ; FURIGO JUNIOR, AGENOR ; MITCHELL, DAVID ALEXANDER . A Model for Growth of a Single Fungal Hypha Based on Well-Mixed Tanks in Series: Simulation of Nutrient and Vesicle Transport in Aerial Reproductive Hyphae. Plos One , v. 10, p. e0120307, 2015.

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• D'AQUINO, C.A. ; BALMANT, W. ; RIBEIRO, R.L.L. ; MUNARO, M. ; VARGAS, J.V.C. ; AMICO, S.C. . A simplified mathematical model to predict PVC photodegradation in photobioreactors. Polymer Testing , v. 31, p. 638-644, 2012.

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• SUGAI-GUÉRIOS, MAURA HARUMI ; BALMANT, Wellington ; Furigo, Agenor ; KRIEGER, NADIA ; MITCHELL, DAVID ALEXANDER . Modeling the Growth of Filamentous Fungi at the Particle Scale in Solid-State Fermentation Systems. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. 149ed.: Springer International Publishing, 2015, v. , p. 171-221.

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• COSTA, IAGO G. ; VARGAS, JOSÉ V. C. ; BALMANT, Wellington ; Z. FILHO, ARION ; RAMOS, LUIZ P. ; TAHER, DHYOGO M. ; MARIANO, ANDRÉ B. . Green Diesel From Microalgae. In: ASME 2019 13th International Conference on Energy Sustainability collocated with the ASME 2019 Heat Transfer Summer Conference, 2019, Bellevue. ASME 2019 13th International Conference on Energy Sustainability, 2019.

• ROSA, MARCOS P. ; VARGAS, JOSE V. C. ; KAVA, VANESSA M. ; DIAS, FERNANDO G. ; SAVI, DAIANI ; SANTOS, BEATRIZ ; BALMANT, Wellington ; MARIANO, ANDRE B. ; SERVIENSKI, ANDRE ; ORDÓÑEZ, JUAN C. . Hydrogen and Compounds With Biological Activity From Microalgae. In: ASME 2019 13th International Conference on Energy Sustainability collocated with the ASME 2019 Heat Transfer Summer Conference, 2019, Bellevue. ASME 2019 13th International Conference on Energy Sustainability, 2019.

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• SUGAI, DANIELA ; DARIO, PRISCILA PAOLA ; BALMANT, Wellington ; DE LIMA SOUSA, DIEGO ; CAVALHEIRO MARTINEZ, LEONARDO ; CASTANHO CHAGAS DUARTE, LORENA ; COELHO VARGAS, JOSÉ VIRIATO . EXERGETIC AND THERMOECONOMIC ANALYSIS OF BIODIESEL PRODUCTION PROCESS FROM WASTE COOKING OIL. In: 25th International Congress of Mechanical Engineering, 2019. Proceedings of the 25th International Congress of Mechanical Engineering.

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• BLANCO MARTINEZ, JOHANA GUADALUPE ; CAVALHEIRO MARTINEZ, LEONARDO ; COSTA, IAGO ; RIGATTI, LUIZ ; KOVARA, YAGO ; GONÇALVES, ADALBERTO ; BALMANT, Wellington ; MARIANO, ANDRÉ ; COELHO VARGAS, JOSÉ VIRIATO ; FINGER, GUSTAVO . MODELING AND SIMULATION OF A SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER USED FOR REDUCING FLUE GAS TEMPERATURE FOR MICROALGAE MITIGATION. In: 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering, 2017. Procceedings of the 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering.

• RIGATTI, LUIZ ; COELHO VARGAS, JOSÉ VIRIATO ; BALMANT, Wellington . MODELING AND SIMULATION OF THERMAL MANAGEMENT SYSTEMS OF ELECTRONIC EQUIPMENT. In: 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering, 2017. Procceedings of the 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering.

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• FINGER, G. S. W. ; MOURA, L. P. ; OGASAWARA, G. I. ; CASERTA, I. ; MARIANO, A. B. ; VARGAS, J.V.C. ; BALMANT, W. . MICROALGAE BIOMASS LIPID EXTRACTION? AN ENERGY AND COST ANALYSIS APPROACH OF PROCESS. In: 16th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering, 2016, Vitória-ES. Encit 2016, 2016. v. 1. p. 1-6.

• BALMANT, W. ; DILAY, E. ; TAHER, D. M. ; SUGAI, D. Y. ; MARIANO, A. B. ; VARGAS, J.V.C. . MATHEMATICAL MODELING OF A COLUMN PURIFICATION OF WASTE INCINERATION EXHAUST GASES. In: 16th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering, 2016, Vitória-ES. Encit, 2016. v. 1. p. 1-6.

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• CORREA, D. O. ; SANTOS, B. ; VARGAS, J.V.C. ; MARIANO, A.B. ; BALMANT, W. ; ROSA, M. P. ; SAVI, D. C. ; KAVA, V. ; ORDONEZ, J.C. . oupled diesel engine hazardous emissions fixation, and microalgae biomass production enhancement. In: International Exergy, Energy and Environment Symposium, 2016, Antalya, Turkey. IEEES-8, 2016. v. 1. p. 11-9.

• VARGAS, J.V.C. ; KAVA, V. ; ORDONEZ, J.C. ; MIYAWAKI, B. ; BALMANT, W. ; MARIANO, A. B. . Maximum hydrogen production from microalgae.. In: 10o Congresso Internacional de Bioenergia, 2015, São Paulo. Bioenergia, 2015. v. 1. p. 1-9.

• DHYOGO MILÉO TAHER ; WELLINGTON BALMANT ; ANNE CAROLINE DEFRANCESCHI OLIVEIRA ; PEDRO HENRIQUE ROCHA PEIXOTO ; LUIZA SCHROEDER ; ANDRÉ BELLIN MARIANO ; JOSÉ VIRIATO COELHO VARGAS . Production and energetic analysis of microalgae biodiesel through saponification process. In: 23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering, 2015, Rio de Janeiro, 2015. v. 1.

• BALMANT, Wellington ; Polla, P. T. B. ; DHYOGO MILÉO TAHER ; MIYAWAKI, B. ; JOSÉ VIRIATO COELHO VARGAS . MATHEMATICAL MODEL OF HYDROGEN PRODUCTION BY MICROALGAE IN INDUSTRIAL REACTORS. In: 15th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering, 2014, belém. 15th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering, 2014. v. 1. p. 1-1.

• VARGAS, J.V.C. ; Polla, P. T. B. ; BALMANT, W. ; ORDONEZ, J.C. . Alkaline Membrane Fuel Cell (AMFC) Stack Modeling and Simulation. In: 10th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, 2014, Orlando , FL. 10th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, 2014. v. 1. p. 1-1.

• SUGAI-GUÉRIOS, MAURA HARUMI ; BALMANT, Wellington ; CORADIN, JULIANA HEY ; KRIEGER, NADIA ; Furigo, Agenor ; MITCHELL, DAVID ALEXANDER . A MODEL FOR THE GROWTH OF AN AERIAL HYPHA. In: XIX SINAFERM X SHEB, 2013, foz do iguaçu. XIX SINAFERM X SHEB, 2013. v. 1. p. 1-1.

• BALMANT, W. ; Barga, M. C. ; MITCHELL, D.A. ; Luz Junior, L.F..L . DESENVOLVIMENTO DE UM PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE GLUCOAMILASE POR Rhizopus oryzae EM BIORREATOR DE ESCALA PILOTO. In: Evinci, 2005, curitba. 13º Evento de Iniciação Científica, 2005.

• GASPARIN RAMPI, MURILO ; WELLINGTON BALMANT ; CORREA, D. O. ; SANTOS, B. ; SELESU, N. F. H. ; Severo I. A. ; VARGAS, J. V. C. ; ORDONEZ, J. C. . Airlift photobioreactor for microalgae growth from emissions: Mathematical modeling and simulation. CHEMICAL ENGINEERING & TECHNOLOGY , 2023.

Projetos de pesquisa

• 2022 - Atual

  Desenvolvimento de processo para obtenção de querosene verde de aviação sustentável e bioprodutos da biomassa de microalgas, Descrição: Projeto CNPq-405864/2022-1 - Este projeto propõe cultivar microalgas em fotobiorreatores compactos (FBR) utilizando águas degradadas como nutrientes (e.g., esgoto, efluentes agrícolas/bovinos/suínos) para gerar biomassa para a produção de querosene de aviação, bem como bioprodutos. A viabilidade econômica dos combustíveis hidrocarbônicos renováveis resultará da receita gerada pelos bioprodutos, tais como farmacêuticos derivados dos ácidos graxos, esteróides, carotenoides, polissacarídeos, lectinas, aminoácidos do tipo micosporina, compostos halogenados, policetídeos, e toxinas, bem como pigmentos, ração animal, e ainda hidrogênio diretamente do FBR. O tratamento de águas degradadas e de emissões gasosas nocivas será também realizado pelo sistema de produção integrada. Vários tipos de efluentes serão utilizados como entrada de nutrientes em fotobiorreatores compactos tubulares de cultivo de microalgas, que também permitem a captura de CO2, NOx, SOx, dioxinas, furanos, e outros gases, resultando na produção de biomassa como fonte de combustíveis hidrocarbônicos e coprodutos de alto valor agregado. Um sistema piloto será comissionado com 3 módulos: 1) Um fotobiorreator compacto de 12.000 litros; 2) Um complexo de operações unitárias para produção e purificação de querosene de aviação, e 3) Uma unidade de processamento de biomassa sem gordura. Além de operar como sistema integrado, a tecnologia modular também permitirá que cada módulo opere independentemente. Um modelo matemático para o sistema como um todo será desenvolvido, ajustado e validado experimentalmente a fim de simular, projetar, controlar e otimizar esses sistemas para máximo desempenho técnico-econômico. , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (3) / Mestrado acadêmico: (2) / Doutorado: (2) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador.

• 2022 - Atual

  Desenvolvimento e construção de um sistema de geração de hidrogênio sustentável e energia elétrica distribuída via pilha de combustível e grupo motogerador, Descrição: Projeto CNPq-408080/2022-1 - Propõe-se um sistema de geração de hidrogênio sustentável e energia elétrica distribuída via pilha de combustível (20 kW) e grupo motogerador (20 kW). A inovação reside no desenvolvimento de reator de hidrogênio sustentável (reação de água e alumínio) e sistemas de geração de energia elétrica acoplados, a fim de atender demandas locais de baixa potência elétrica e de hidrogênio como combustível limpo para outras aplicações (e.g., veículos de transporte de carga). A metodologia consistirá em desenvolver: i) Um reator de geração de hidrogênio com o uso de água disponível no local (e.g., salgada, degradada, potável) ou por biotratamento via cultivo de microalgas, e alumínio residual (ou outros metais) com cadeia de reciclagem plenamente estabelecida, conferindo sustentabilidade ao processo; ii) Subsistema gerador de eletricidade por pilha de combustível de membrana de eletrólito polimérico (PEMFC) ou de membrana alcalina (AMFC), e iii) Subsistema gerador de eletricidade por grupo motogerador dieselhidrogênio. A seguir, serão feitos estudos comparativos do desempenho físico e econômico das duas frentes tecnológicas de geração de eletricidade. Para tanto, o projeto mdelará matemáticamente o sistema para simular o desempenho das duas soluções. Os modelos serão ajustados e validados experimentalmente via comparação direta com medições no sistema construído, determinando constantes de ajuste pela solução de um problema inverso de estimativa de parâmetros (IPPE). Os modelos validados experimentalmente serão utilizados para simulação, projeto, controle e otimização dos sistemas para máximo desempenho. A análise exergoeconômica das duas frentes permitirá o estudo de viabilidade técnica e econômica dos processos. No curto para médio prazo o sistema tem potencial para gerar energia elétrica in situ de acordo com a demanda, e contribuir para a redução de emissões de carbono por veículos de transporte de carga com motores diesel adaptados para diesel-H2.. , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (3) / Mestrado acadêmico: (2) / Doutorado: (2) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador.

• 2021 - Atual

  Projeto CNPq-408073/2021-7 - ENERGIA SUSTENTÁVEL, ÁGUA POTÁVEL E BIOPRODUTOS A PARTIR DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E MICROALGAS, Descrição: O desenvolvimento humano tem aumentado a demanda de energia, água e alimentos. Assim, processos acoplados sustentáveis serão alternativas que poderão viabilizar o desenvolvimento humano com mínimo impacto ambiental. Este grupo de pesquisa desenvolveu o Núcleo de Pesquisa e Desenvolvimento em Energia Autossustentável (NPDEAS) na UFPR, dividido em 7 unidades (módulos): 1) Fotobiorreatores (FBR), 2) Biodiesel, 3) Produtora de biomassa residual, 4) Incineradora e geradora de energia elétrica, 5) Operações Unitárias, 6) Tratamento de águas degradadas, e 7) Biodigestão. Nesta proposta, o NPDEAS incluirá a geração de água potável pela destilação de águas salinas, salobras ou degradadas com o calor da incineração de resíduos sólidos urbanos (RSU), pela instalação de um destilador multiestágios no módulo 4. As emissões serão tratadas em FBR tubulares existentes de 12.000 L cada um (5m x 2m x 8m), bem como em novos FBR modulares flutuantes de baixo custo, desenvolvidos para esta proposta, que comporão o novo módulo 6, que substitui o anterior. A biomassa de microalgas produzida no módulo 3 será utilizada para promoção do crescimento de plantas da cadeia produtiva agrícola, e na obtenção de metabólitos de interesse biotecnológico, no novo módulo 8) Bioprodutos. O desempenho físico e econômico do sistema será avaliado por: i) prospecção e identificação de microalgas eficientes, e ii) desenvolvimento de modelos matemáticos para simular o sistema de geração de água potável proposto, o cultivo das microalgas em FBR, o processo de indução do crescimento de plantas e de obtenção de metabólitos de interesse. Os modelos validados experimentalmente viabilizarão a simulação, projeto, controle e otimização desses sistemas para máximo desempenho. A metodologia de análise exergoeconômica dos sistemas permitirá o estudo de viabilidade técnica e econômica dos processos desenvolvidos. Espera-se que os resultados viabilizem empreendimentos acoplados de produção de energia, água e alimentos.. , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (2) / Mestrado acadêmico: (2) / Doutorado: (2) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador.

• 2021 - Atual

  Projeto CNPq-313646/2020-1 - Otimização Termodinâmica de Sistemas Físicos, Descrição: 1. Objetivo geral: Desenvolver e demonstrar uma metodologia de base física para otimizar termodinamicamente sistemas físicos para máximo desempenho, de acordo com os objetivos do projetista (i.e., pela definição de uma função objetivo ou conjunto de funções-objetivo apropriadas). Em paralelo, busca-se a geração de novos produtos tecnológicos otimizados termodinamicamente para o mercado. 2. Objetivos específicos: Para atingir o objetivo geral, o projeto está dividido em vários objetivos específicos (metas) a serem realizados concomitantemente, ou em sequência, a saber: 1) Desenvolvimento, modelagem e otimização de pilhas de combustível alcalinas sustentáveis; 2) Desenvolvimento e otimização de sistemas de refrigeração inteligentes; 3) Otimização de trocadores de calor de tubos aletados em escoamento multifásico, e 4) Desenvolvimento e otimização de sistemas energéticos sustentáveis. Desta maneira, o projeto prossegue os estudos iniciados nos projetos de produtividade em pesquisa anteriores deste pesquisador. Nos projetos anteriores foram modelados e otimizados termodinamicamente alguns sistemas locais presentes em aeronaves e aplicações aeroespaciais, o acondicionamento de equipamentos eletrônicos, desenvolvimento de novas células de combustível de membrana alcalina, bem como foi iniciada uma linha de trabalho para o desenvolvimento de sistemas energéticos sustentáveis. Reconhecendo a generalidade da metodologia de otimização em desenvolvimento, este projeto foi concebido para abranger sistemas físicos de uma maneira geral, presentes em projetos e aplicações de engenharia e em processos industriais. A luz dos projetos anteriores, o projeto está estruturado como uma sequência de problemas fundamentais de otimização termodinâmica, inicialmente ao nível local e, posteriormente, com uma técnica integrativa, buscando o nível global do sistema físico em análise. Desta maneira o trabalho será orientado para teses de mestrado e doutorado, para também atender a formação de novos recursos humanos. Valor total: R$ 168.000,00... , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (6) / Mestrado acadêmico: (10) / Doutorado: (8) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador.

• 2021 - Atual

  Contrato Nr 32/2021 - Sistemas de geração de eletricidadeou de refrigeração por absorção, e bioprodutos a partir da incineração de resíduos sólidos urbanos (RSU) com tratamento de emissões por cultivo de microalgas, Descrição: Processo: 23075.031410/2020-86 Partícipes: JRC INDUSTRIA E ASSESSORIA AMBIENTAL EIRELI - JRC; Universidade Federal do Paraná - UFPR; Fundação da Universidade Federal do Paraná para o Desenvolvimento da Ciência, da Tecnologia e da Cultura - FUNPAR. Resumo do Objeto: desenvolvimento do Projeto de Desenvolvimento Científico e Tecnológico intitulado "Sistemas de geração de eletricidade ou de refrigeração por absorção, e bioprodutos a partir da incineração de resíduos sólidos urbanos (RSU) com tratamento de emissões por cultivo de microalgas". Valor: R$ 1.000.000,00. Vigência do Acordo: 10/05/2021 a 10/05/2023. Data de Assinatura: 10/05/2021. Assinam: José Otávio Rangel De Castilhos - JRC, Ricardo Marcelo Fonseca - UFPR, João da Silva Dias, Enio Fabricio O. Ponczek - FUNPAR... , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (7) / Mestrado acadêmico: (1) / Doutorado: (4) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador.

• 2021 - Atual

  Desenvolvimento de solução de autonomia estendida para veículos elétricos a partir de hidrogênio sustentável e pilha de combustível, Descrição: rojeto 27192.22 - FUNDEP - ROTA 2030 - Este projeto propõe o desenvolvimento de uma solução de autonomia estendida para veículos elétricos a partir da geração de hidrogênio sustentável a bordo e utilização de pilha de combustível para geração de energia elétrica suficiente para o carregamento contínuo das baterias que alimentam os motores elétricos. A inovação reside no desenvolvimento de reator de hidrogênio sustentável e de sistema de carregamento contínuo de baterias automotivas por pilha de combustível a serem acoplados e previstos para operação com o veículo em movimento, sendo transportados por reboque automotivo ou no próprio bagageiro localizado no teto do veículo. Aspectos como compacidade e peso total do equipamento a ser adicionado a um veículo elétrico existente são cruciais para que a proposta de autonomia estendida seja alcançada em relação às especificações técnicas originais do veículo. Portanto, a metodologia consistirá em desenvolver os seguintes subsistemas: i) Um reator de geração de hidrogênio pela reação de água disponível (e.g., salgada, degradada, potável) e alumínio residual (ou outros metais) com cadeia de reciclagem plenamente estabelecida, o que confere sustentabilidade ao processo, e ii) Subsistema de carregamento de baterias automotivas por pilha de combustível de membrana de eletrólito polimérico (PEMFC) ou de membrana alcalina (AMFC). Duas frentes tecnológicas para montagem do sistema serão consideradas pelo projeto, i.e., com transporte por reboque ou no bagageiro do veículo. A seguir, serão feitos estudos comparativos do desempenho físico e econômico das duas frentes de pesquisa. Para tanto, o projeto prevê o desenvolvimento de modelos matemáticos para simular o desempenho do veículo com as duas soluções. Os modelos matemáticos para as duas frentes serão ajustados e validados experimentalmente via comparação direta com medições realizadas no sistema implementado no veículo em teste, determinando constantes de ajuste pela solução de um problema inverso de estimativa de parâmetros. Os modelos validados experimentalmente poderão então ser utilizados para simulação, projeto, controle e otimização desses sistemas para máximo desempenho. Além disso, a metodologia de análise exergoeconômica será aplicada nas duas frentes para realizar o estudo de viabilidade técnica e econômica dos processos desenvolvidos. Assim, espera-se que o projeto possa viabilizar uma solução que possa ser aplicada no mercado no curto para médio prazo com potencial para diminuir substancialmente a demanda dos veículos elétricos por energia da rede elétrica instalada no país e contribuir para viabilizar a substituição dos veículos de propulsão a combustão por veículos elétricos. Valor total: R$ 1.077.438,71. Duração: 36 meses... , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (1) / Doutorado: (1) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador.

• 2020 - Atual

  PLANTA PILOTO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES E ÁGUAS DEGRADADAS ATRAVÉS DO CULTIVO DE MICROALGAS, Descrição: Projeto CNPq-446787/2020-5: Este projeto propõe o desenvolvimento de planta piloto modular para tratamento de esgoto e recuperação de águas superficiais, subterrâneas e residuais, i.e., efluentes e águas degradadas através do cultivo de microalgas. Para tanto, será utilizado o cultivo de microalgas em fotobiorreatores (FBR) tubulares compactos via águas degradadas e resíduos sólidos urbanos (RSU) para geração de bioprodutos e energia como estratégia para uso eficiente e racional da água em sistemas de produção integrada. A inovação reside no uso acoplado de fotobiorreatores, biodigestor e incinerador, promovendo o tratamento de águas degradadas e esgotos, bem como RSU. Projetos anteriores financiados para este grupo de pesquisa permitiram a construção de um Núcleo de Pesquisa e Desenvolvimento em Energia Autossustentável (NPDEAS) na UFPR, composto por sistemas modulares que utilizam os efluentes de biodigestor local bem como de outras localidades como nutrientes em 5 fotobiorreatores compactos de cultivo de microalgas, cada um com capacidade de 12.000 L (5m x 2m x 8m), que também permitem a assimilação de emissões provenientes da incineração de resíduos sólidos com produção de diferentes coprodutos de alto valor agregado e geração de energia elétrica distribuída. A base fundamental para este projeto será o NPDEAS, o qual foi originalmente dividido em 5 módulos: 1) Unidade de Biodigestão, 2) Unidade de Fotobiorreatores, 3) Unidade de Operações Unitárias, 4) Unidade produtora de Ração Animal e 5) Unidade Incineradora com geração de energia elétrica de 20 kW. Além de funcionarem em conjunto, a tecnologia desenvolvida em cada unidade permite o desenvolvimento de diferentes produtos que atendem a um amplo espectro de atividades no mercado. Para este projeto, o NPDEAS será reestruturado para tratamento de águas degradadas por absorção direta de resíduos em suspensão (orgânicos e inorgânicos) e de emissões de incineração de RSU em escala piloto em FBR tubulares compactos. Nessa concepção, o módulo 2 original passará a ser o módulo 1 ? Unidade de FBR, cujo meio de cultivo de microalgas coletado será direcionado para duas frentes de pesquisa: i) Floculação e centrifugação de meio de cultivo de microalgas livres (novo módulo 5), e ii) Cultivo de microalgas encapsuladas em polímeros naturais (novo módulo 6). A seguir, serão feitos estudos comparativos do desempenho físico e econômico das duas frentes de pesquisa. Para tanto, o projeto prevê o desenvolvimento de modelos matemáticos para simular o crescimento das microalgas e absorção das impurezas. Os modelos matemáticos para as duas frentes serão ajustados e validados experimentalmente via comparação direta com medições realizadas no processo implementado na planta piloto, determinando constantes de ajuste pela solução de um problema inverso de estimativa de parâmetros. Os modelos validados experimentalmente poderão então ser utilizados para simulação, projeto, controle e otimização desses sistemas para máximo desempenho. Além disso, a metodologia de análise exergoeconômica será aplicada nas duas frentes para realizar o estudo de viabilidade técnica e econômica dos processos desenvolvidos. Assim, espera-se que o projeto possa viabilizar empreendimentos de grande porte para tratamento de águas e resíduos sólidos em áreas urbanas e rurais. Valor Global: R$ 199.200,00... , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (4) / Mestrado acadêmico: (2) / Doutorado: (4) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador.

• 2019 - Atual

  Projeto CNPq-443823/2018-9 - Aproveitamento energético de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e tratamento das emissões, Descrição: Realizar o desenvolvimento de unidade de tratamento térmico de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e captura de CO2 pelo cultivo de microalgas em fotobiorreatores com geração de produtos de interesse comercial e energia. O projeto buscará também realizar a otimização termodinâmica (numericamente) do processo como um todo, para maximizar a captura de CO2 prioritariamente, mas também a geração de coprodutos e energia. Para atingir o objetivo geral, o projeto é dividido em várias metas a serem alcançadas sequencialmente e/ou em paralelo: 1. Desenvolvimento e implementação de unidade de tratamento térmico de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e de captura de CO2 e outras emissões nocivas pelo cultivo de microalgas em fotobiorreatores; 2. Desenvolvimento de estratégias biológicas (e.g. cocultivo, seleção de linhagens e modificação genética) para aumentar a eficiência das microalgas na captura de CO2 e outros gases poluentes; 3. Desenvolvimento de processos inovadores para geração de coprodutos de interesse comercial a partir do CO2 capturado; 4. Desenvolvimento de processo inovador para geração de energia elétrica a partir da queima de RSU e outros combustíveis; 5. Modelagem matemática do processo de captura de CO2 pelo cultivo de microalgas em fotobiorreatores, para prever desempenho como função de parâmetros de operação e geométricos, para otimização e controle; 6. Modelagem matemática do processo de geração de coprodutos a partir do CO2 capturado, para prever desempenho como função de parâmetros de operação e geométricos, para otimização e controle; 7. Modelagem matemática do processo de geração de energia elétrica a partir da queima de RSU e outros combustíveis, para prever desempenho como função de parâmetros de operação e geométricos, para otimização e controle; 8. Ajuste de parâmetros e validação experimental de resultados numéricos do modelo matemático para casos selecionados, e 9. Otimização termodinâmica (numérica) dos processos. Total aprovado pelo CNPq: R$ 498.048,00 (4 bolsas de doutorado + taxa de bancada) para 48 meses Total aprovado pela empresa: R$ 83.928,00.. , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (5) / Doutorado: (4) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador.

• 2014 - Atual

  Sistema sustentável de geração de hidrogênio e eletricidade via cultivo de microalgas em fotobiorreatores compactos, Descrição: Este projeto utiliza o princípio de que microalgas eucarióticas têm o potencial demonstrado em laboratório de gerar hidrogênio por biofotólise. Assim, propõe-se o desenvolvimento de fotobiorreatores compactos que possam vir a gerar hidrogênio industrialmente. A biomassa de microalgas será utilizada para produção de biodiesel e geração de energia elétrica. Uma pilha de combustível e um eletrolisador de membrana alcalina serão acoplados ao processo para geração adicional de hidrogênio e eletricidade, na forma de um sistema dedicado de pilha de combustível regenerativa, i.e., em que o eletrolisador e a pilha de combustível são sistemas distintos. Um modelo matemático será elaborado para prever a produção do hidrogênio em cultivo microalgal, com desenvolvimento concomitante e implementação de um sistema fotobiorreator e pilha de combustível regenerativa, para cultivo de microalgas, produção de hidrogênio, biodiesel e geração de eletricidade. Será utilizado o processo de biofotólise indireta, i.e., com uma fase aeróbica de crescimento do microorganismo, seguida de uma fase anaeróbica de conversão do carboidrato acumulado em hidrogênio. Na sequência do trabalho, o modelo será validado experimentalmente via comparação direta com medições realizadas no fotobiorreator construído, determinando constantes de ajuste pela solução de um problema inverso de estimativa de parâmetros. Os produtos esperados ao fim do projeto serão uma planta piloto sustentável de geração de hidrogênio e eletricidade via cultivo de microalgas em fotobiorreatores compactos, e um modelo matemático experimentalmente validado para simulação, controle e otimização do processo. Valor total: R$ 350.000,00. , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (2) / Mestrado acadêmico: (2) / Doutorado: (3) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador / KAVA, V. - Integrante., Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio financeiro.

• 2013 - Atual

  PLANTA PILOTO DE ALTA DENSIDADE DE PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE MICROALGAS PARA BIOCOMBUSTÍVEIS, Descrição: Este projeto tem por objetivo geral produzir até 60 kg de biomassa seca de microalgas por mês em fotobiorreatores compactos em área de 300 m2 visando a geração de biodiesel e bioetanol. Para tanto, propõe-se o desenvolvimento de uma planta piloto de alta densidade de produção de biomassa de microalgas para biocombustíveis. Para atingir o objetivo geral são definidos os seguintes objetivos específicos (metas): i) Cultivo de microalgas em fotobiorreatores tubulares compactos em área de 300 m2; ii) Desenvolver processo de alta eficiência para separação de biomassa via acoplamento de operações unitárias (e.g. centrifugação e floculação); iii) Desenvolver estufas de secagem de biomassa com baixo custo e baixo consumo energético; iv. Desenvolvimento e comparação de processos alternativos de extração de óleo visando alto rendimento, baixo consumo e qualidade do óleo para síntese de biodiesel (e.g. saponificação, prensagem, solventes); v) Produção de bioetanol a partir dos resíduos da extração de óleo contendo carboidratos e proteínas por fermentação; vi) Produção de meio de cultivo a partir da vinhaça e efluentes agroindustriais em substituição a meios sintéticos; vii) Produção de biodiesel a partir de esterificação e transesterificação clássicas de óleo de microalgas, e viii) Desenvolvimento de estratégias para viabilizar a sustentabilidade da planta (modelagem matemática e otimização, análise do ciclo de vida, tratamento de emissões, reaproveitamento de resíduos). , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (2) / Mestrado acadêmico: (2) / Doutorado: (2) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador / KAVA, V. - Integrante., Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio financeiro.

• 2013 - Atual

  Unidade piloto modular para produção agropecuária sustentável a partir de águas degradadas e resíduos sólidos, Descrição: Este projeto propõe o desenvolvimento de unidade piloto modular para produção agropecuária sustentável a partir de águas degradadas e resíduos sólidos. Para tanto, será utilizado o cultivo de microalgas em fotobiorreatores compactos via águas degradadas e resíduos sólidos para geração de bioprodutos e energia como estratégia para uso eficiente e racional da água e fertilizantes em sistemas de produção integrada. A inovação reside no uso acoplado de fotobiorreatores, biodigestores e incineradores, promovendo o tratamento de águas degradadas e esgotos, bem como resíduos sólidos. Os efluentes do biodigestor são usados como fertilizantes ou aproveitados como nutrientes em fotobiorreatores compactos de cultivo de microalgas, que também permitem a assimilação de emissões provenientes da incineração de resíduos sólidos com produção de diferentes coprodutos de alto valor agregado e geração de energia elétrica distribuída. No caso deste projeto, será comissionada uma usina de geração de 65 kW de energia. A unidade piloto está dividida em 5 módulos: 1) Unidade de Biodigestores, 2) Unidade de Fotobiorreatores, 3) Unidade de Operações Unitárias, 4) Unidade produtora de Ração Animal e 5) Unidade Incineradora com geração de energia elétrica. Além de funcionarem em conjunto, a tecnologia desenvolvida em cada unidade permite o desenvolvimento de diferentes produtos que atendem um amplo espectro de atividades no mercado. O projeto também prevê o desenvolvimento de um modelo matemático que será ajustado e validado experimentalmente via comparação direta com medições realizadas no processo implementado industrialmente, determinando constantes de ajuste pela solução de um problema inverso de estimativa de parâmetros. O aplicativo validado poderá então ser utilizado para simulação, projeto, controle e otimização desses sistemas para máximo desempenho. Assim, espera-se que o projeto possa viabilizar empreendimentos de grande porte em locais sem tratamento de resíduos na produção integrada agropecuária, tais como criação intensiva de animais, aquicultura de peixes e agricultura sustentável.. , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (2) / Mestrado acadêmico: (2) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador., Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio financeiro.

• 2012 - Atual

  Modelagem e desenvolvimento da geração de hidrogênio via cultivo de microalgas em fotobiorreatores compactos, Descrição: Este projeto utiliza o princípio de que microalgas eucarióticas têm o potencial demonstrado em laboratório de gerar hidrogênio por biofotólise. Assim, propõe-se a modelagem e desenvolvimento de fotobiorreatores compactos que possam vir a gerar hidrogênio industrialmente. Para tanto, será elaborado um modelo matemático para prever a produção do hidrogênio em cultivo microalgal, e a taxa de reação visando a otimização do processo como um todo, com desenvolvimento concomitante e implementação de um fotobiorreator para cultivo de microalgas e quantificação prática da produção de hidrogênio. Serão comparados os processos de biofotólise direta e indireta, i.e., com uma fase aeróbica de crescimento do microorganismo, seguida de uma fase anaeróbica de conversão do carboidrato acumulado em hidrogênio. Inicialmente, o modelo considera as concentrações de reagentes, quantidade de enzimas responsáveis pela catálise e temperatura como sendo as variáveis capazes de influenciar o processo. Dessa maneira, será possível estimar a taxa de reação e prever as quantidades de hidrogênio e oxigênio gerados durante o processo fotossintético anaeróbico em ambiente privado de enxofre. Na sequência do trabalho, o modelo será validado experimentalmente via comparação direta com medições realizadas no fotobiorreator construído, determinando constantes de ajuste pela solução de um problema inverso de estimativa de parâmetros. Os produtos esperados ao fim do projeto serão uma planta piloto de geração de hidrogênio via cultivo de microalgas e um modelo matemático experimentalmente validado para simulação, controle e otimização do processo.. , Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Mestrado acadêmico: (1) Doutorado: (1) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador., Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio financeiro.

• 2008 - 2011

  Desenvolvimento e otimização de fotobioreatores compactos para aqüicultura de microalgas para núcleo de pesquisa e desenvolvimento de energia auto-sustentável (NPDEAS) a partir do biodiesel, Descrição: Este projeto será desenvolvido para atender o objetivo listado no item 1.1 do Edital MCT/CNPq/MPA Nr 26/2008 O presente edital tem como objeto o apoio a projetos de pesquisas que contemplem a aqüicultura e uso de microalgas como matéria-prima para a produção de biodiesel . Definem-se, portanto, os seguintes objetivos gerais a serem atingidos no curso de três anos de duração do projeto: 1. Desenvolvimento e otimização de um fotobiorreator compacto para aquicultura de microalgas de concepção geométrica inovadora para aumento da produção de biomassa para produção de biodiesel em termos de produtividade volumétrica (kg m-3 dia-1) e superficial (kg m-2 dia-1), em relação aos métodos convencionais de cultivo (e.g., fotobiorreatores helicoidais tubulares, lagoas); 2. Formação de recursos humanos para a operação e manutenção dos sistemas de produção contínua de microalgas propostos, consistindo da utilização de profissionais engenheiros e técnicos das regiões beneficiadas.. , Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (10) / Mestrado acadêmico: (7) / Doutorado: (2) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador., Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio financeiro.

• 2007 - 2010

  Núcleo de pesquisa e desenvolvimento de energia auto-sustentável a partir do biodiesel e outras fontes, Descrição: Este projeto será desenvolvido dentro do item ?1.2.2 Eixo Temático 2: Avanços Científicos e Tecnológicos para a Cadeia de Produção de Matéria-Prima e Industrialização do Biodiesel? do Edital CT-Agronegócio/CT-Biotecnologia/MCT/CNPq 39/2007. Serão abrangidas 2 (duas) das linhas temáticas propostas: 1. Matérias primas e sistemas de produção de biodiesel, e 2. Desenvolvimento tecnológico para uso de biodiesel destinado à produção de energia elétrica. Definem-se, portanto, os seguintes objetivos gerais a serem atingidos no curso de três anos de duração do projeto: 1. Desenvolvimento e otimização de um fotobioreator compacto de cultivo de microalgas de concepção geométrica inovadora para investigar a possibilidade de aumento da produção de biomassa para produção de biodiesel em termos de produtividade volumétrica (kg m-3 dia-1) e superficial (kg m-2 dia-1), em relação aos métodos convencionais de cultivo (e.g., fotoreatores helicoidais tubulares, lagoas); 2. Demonstrar o conceito de geração de potência distribuída auto-sustentável a partir do biodiesel, pelo projeto, instalação, comissionamento, operação e acompanhamento de um conjunto fotoreator para cultivo de microalgas ? sistema de produção de biodiesel ? biodigestão de resíduos ? moto-gerador, acionado por motor a combustão interna utilizando biodiesel e biogás, operando em trigeração (calor, eletricidade e frio simultâneos) com fornecimento de CO2 para o cultivo das microalgas, i.e., o Núcleo de Pesquisa e Desenvolvimento de Energia Auto-sustentável a partir do Biodiesel e outras fontes, NPDEAS; 3. Formação de recursos humanos para a operação e manutenção dos sistemas de produção de biodiesel e de energia elétrica propostos, consistindo da utilização de profissionais engenheiros e técnicos das regiões beneficiadas.. , Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa. , Alunos envolvidos: Graduação: (4) / Mestrado acadêmico: (5) / Doutorado: (2) . , Integrantes: Wellington Balmant - Integrante / VARGAS, J.V.C. - Coordenador., Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio financeiro.