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Rubio González, Miguel Ángel

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0000-0002-1200-6405
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Rubio González
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Miguel Ángel
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    Modelado dinámico de pilas de combustible en el contexto del control automático
    (Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática. Departamento de Informática y Automática, 2008-07-15) Rubio González, Miguel Ángel; Dormido Bencomo, Sebastián; Urquía Moraleda, Alfonso
    En la tesis se han planteado modelos para la descripción del comportamiento de las pilas de combustible PEM, basados en principios físico-químicos básicos. Estos modelos permiten describir los fenómenos mas relevantes, tales como el encharcamiento de la celda, el secado de la membrana, la difusión de líquidos y gases en medios porosos, entre otros. En el planteamiento de estos modelos se ha buscado alcanzar un compromiso entre la precisión necesaria y el coste computacional, optándose por la realización de modelos 1D. Entre las hipótesis simplificadoras adoptadas cabe destacar que no se considera el flujo de calor en las capas y que la descripción 1D no permite analizar problemas fluido dinámicos complejos. "Se ha diseñado la librería FuelCellLib aplicando la metodología del modelado orientado a objetos. La librería ha sido programada en lenguaje Modelica y se ha aplicado a la construcción de modelos de pilas de 2 capas y 3 capas, asíi como al modelado de diferentes configuraciones experimentales usando dichos modelos de pilas. Se han aplicado los modelos de pilas contenidos en FuelCellLib al estudio de fenómenos que habitualmente ocurren en celdas de combustible PEM reales, analizando el efecto de diferentes parámetros de diseño y de operación sobre dichos fenómenos. Estos fenómenos son: la evolución de la tensión de la celda durante el proceso de encharcamiento, la característica IV de la celda, la concentración de oxígeno en la capa catalítica para diferentes densidades de corriente y la respuesta dinámica de la tensión de la celda debida a saltos escalones de carga. "Se ha diseñado y programado en lenguaje Modelica la librería GAPILib, que permite realizar la estimación de un número arbitrario de parámetros de cualquier modelo escrito en Modelica, empleando para ello algoritmos genéticos. Una ventaja de la librería GAPILib es que no requiere realizar ninguna modificación en el modelo a ajustar. La librería GAPILib ha sido aplicada con éxito a la estimación de los parámetros electroquímicos de modelos de celdas de combustible construidos empleando FuelCellLib. Se ha realizado el ajuste de la evolución de la tensión a lo largo del proceso de encharcamiento. También, se ha realizado el ajuste de un modelo empírico estacionario de curva de polarización IV. Finalmente, se ha ajustado la respuesta dinámica de la tensión de una celda ante una secuencia de saltos escalón en el valor de la carga. "Se ha propuesto un método para la estimación de los siguientes parámetros electroquímicos de la celda: la capacidad de doble capa, la resistencia de difusión, la resistencia de polarización, la constante de tiempo de difusión, y la resistencia de membrana. Para ello, se ha propuesto un modelo de circuito equivalente de la pila de combustible PEM, que tiene bajo coste computacional. Se ha diseñado un sistema experimental capaz de realizar la interrupción de corriente de la celda. Este sistema requiere del uso de equipos baratos y portátiles, con lo cual puede ser empleado en sistemas de control portátiles comerciales. Se han obtenido las relaciones entre la respuesta dinámica de la interrupción de la celda y los coeficientes del modelo propuesto. Se han relacionado los coeficientes del modelo propuesto con los parámetros electroquímicos de un modelo Randles, de tal manera que una vez estimados aquellos, es posible calcular éstos. Finalmente, se ha aplicado el método propuesto a la caracterización del proceso de encharcamiento. "Se ha propuesto otro método de diagnosis, que mejora algunas de las características del método anterior. En concreto, se ha propuesto un modelo de circuito equivalente de la celda con menor coste computacional, y un procedimiento de adquisición de los datos experimentales que no interfiere con el funcionamiento de la celda. Se ha aplicado con éxito este método a la diagnosis del proceso de encharcamiento de una celda de combustible PEM.
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    FuelCell Lib - A Modelica Library for Modeling of Fuel Cells
    (Modelica, Gerhard Schmitz (editor), 2005-03-07) Guinea Díaz, Domingo; Sebastián, Dormido; Rubio González, Miguel Ángel; Urquía Moraleda, Alfonso; María González, José Leandro
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    Diagnosis of PEM Fuel Cells through Current Interruption
    (Elsevier, 2007-01-01) Sebastián, Dormido; Rubio González, Miguel Ángel; Urquía Moraleda, Alfonso
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    Performance uniformity analysis in polymer electrolyte fuel cell using long-term dynamic simulation
    (ELSEVIER, 2024) Culubret, Sergi; Rubio González, Miguel Ángel; Sanchez, D.G.; Urquía Moraleda, Alfonso; https://orcid.org/0000-0002-4245-8103
    The temporal stability and spatial homogeneity of current density are key factors in Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC) performance and durability. Temporal and spatial variations of relative humidity, fuel concentration, and water droplets in the channels are the principal causes of non-homogeneous current density. A dynamic pseudo-3D model was previously proposed by the authors and has been extended and improved to perform the long-term and intensive simulations of PEFC with low computational cost, which allows to study of the performances homogeneity with different experimental configurations and flow field topologies. The model considers important phenomena in the homogeneity analysis, such as gases and liquid water movement in diffusion layers and flow field, electrochemical reactions, and others. Model validation has been performed using experimental data obtained from a 25 cell with a single serpentine, which has allowed studying the model transient response and spatial representation. The simulations have been used to study the homogeneity and stability of 36 setups of PEFC, varying the rib/channel width ratio, the stoichiometric ratio, and the number of parallel serpentine channels. The results show the importance of a properly flow field design to control gas flow, remove the channels’ liquid water, and keep a homogeneous feeding. The study evaluated a set of channel configurations that show the improved temporal voltage stability and current density spatial homogeneity. The results show the impact of channel gas speed and ratio channel/rib width in liquid droplets removal and the proper fuel spatial distribution; and how configurations with a lesser number of channels in serpentine design require a lower stoichiometric ratio to perform better temporal and spatial uniformity. In the case of the cell configurations simulated, the optimum design was achieved using between 5 and 7 parallel serpentine channels and a channel/rib ratio 3/5.
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    A numerical model for the simulation of complex planar Newtonian interfaces
    (Elsevier, 2025-01) Esteban Paz, Adolfo; Hernández Rodríguez, Julio; Tajuelo Rodríguez, Javier; Rubio González, Miguel Ángel
    We present a numerical model for the simulation of complex planar interfaces at which moving solid objects can be immersed, reproducing a wide variety of experimental conditions. The mathematical model consists of the Navier-Stokes equations governing the incompressible viscous flow in the liquid subphase, the transport equation for the evolution of the surfactant concentration at the interface, and the interfacial stress balance equation. The equations are simplified by treating the problem as isothermal and the surfactant as insoluble. The bulk flow equations are discretized using a collocated finite volume method, while the interfacial flow equations are discretized using a finite area method. The Boussinesq-Scriven interface constitutive model and a variant form accounting for extensional viscosity are used to describe the extra surface stress tensor. The coupling between surfactant concentration, interfacial velocity, and bulk velocity is treated implicitly by solving the interfacial and bulk equations sequentially at each time step until a stopping criterion is satisfied. The motion of the solid is treated by an arbitrary Lagrangian- Eulerian method. The model has been implemented in the OpenFOAM framework and allows the incorporation of new interface models and solvers, making the developed new package a versatile and powerful tool in the field of computational rheology. Applications of the model include the numerical simulation of flow around objects, such as probes, immersed at a complex interface, reproducing given experimental conditions, and its use as a tool in the analysis and design of interfacial stress rheometers. Several test cases have been performed to validate the model by comparing the results obtained with analytical solutions and with numerical and experimental results available in the literature.
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    GAPILib - A Modelica Library for Model Parameter Identifica Using Genetic Algorithms
    (The Modelica Association, 2006-09-04) Guinea Díaz, Domingo; Sebastián, Dormido; Rubio González, Miguel Ángel; Urquía Moraleda, Alfonso; María González, José Leandro
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    Simulation practice with Modelica
    (Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Editorial, 2018-10-01) Urquía Moraleda, Alfonso; Martín Villalba, Carla; Rubio González, Miguel Ángel; Sanz Prat, Víctorino
    This activity book is aimed to provide an introduction to the simulation practice in Engineering using Modelica. To this end, we propose a series of thirteen independent hands-on assignments of increasing complexity. Each assignment contains the description of a system and a mathematical model of the system's behavior. The proposed task often consists in describing this mathematical model in the Modelica language and simulate it. In some assignments, the system's behavior is described as an atomic model, without internal structure. Some other assignments ask to design and implement a model library, and to compose the system model by instantiating and connecting components from this model library. Before start working with this activity book, it is advisable to read its companion theory book: a free e-book entitled "Modeling and simulation in Engineering using Modelica", written by Alfonso Urquía and Carla Martín, and published by Editorial UNED in 2018