Ingeniero Civil Electricista / El Microformer (MF) es un transformador de poder desarrollado por un grupo de estudiantes de postgrado de la Universidad de Wisconsin-Madison EEUU, entre ellos el académico joven de la U. de Chile Patricio Mendoza, como una alternativa de bajo costo para la transmisión de energía en sectores rurales. A partir de hornos microondas descompuestos se rescatan los equipos transformadores de razón de tensión 220/2200V y capacidad de 1kVA aproximadamente, modificándolos para adecuarlos al objetivo de distribución eléctrica. Para ello se extraen las barras magnéticas de los transformadores, disminuyendo la impedancia serie; se añaden espiras al enrollado primario, reduciendo la alta corriente de excitación; y se sumerge el equipo en aceite. En investigaciones previas se han estudiado los parámetros del circuito equivalente básico. Asimismo, se ha construido proyectos demostrativos del MF, los que se han aplicado en proyectos piloto en la materia. En el presente trabajo de título se construyen seis prototipos de MF, los que se someten a las pruebas eléctricas y térmicas comprendidas en los estándares internacionales del IEEE con respecto a transformadores de poder inmersos en aceite. Los resultados son comparados con los requerimientos generales propuestos en la literatura y, adicionalmente, con los elementos que exige la normativa en Chile. Se discuten las limitaciones, ventajas y desventajas de las modificaciones realizadas a los transformadores seleccionados, en función del cumplimiento de la normativa internacional y nacional. Asimismo, se desarrolla un método más preciso para determinar el número de espiras adicionales para el enrollado primario, considerando una razón de transformación objetivo. Se determinan además los parámetros del circuito equivalente eléctrico a partir de las pruebas realizadas, se implementa este circuito en el software Simulink y se simula una prueba de carga resistiva para comprobar el modelo. La precisión alcanzada es de un 2% en promedio. Por otra parte, se utiliza un modelo térmico de circuito equivalente tradicional para determinar la respuesta de temperatura del equipo. La determinación de parámetros se realiza a partir de pruebas de calentamiento y se simula una prueba adicional que considera escalones de corriente de alimentación, obteniéndose una precisión del 5,5% en promedio. Por último, considerando la relación resistencia-temperatura, se crea un modelo híbrido uniendo los circuitos eléctrico y térmico, el cual muestra una precisión promedio del 3,5%, en la prueba de escalones de corriente. Se concluye que existen limitaciones del MF para satisfacer los estándares internacionales y la norma nacional, en particular respecto de su desempeño térmico. En respuesta a lo anterior, se proponen 3 escenarios: primero, reducir la corriente nominal del equipo tal que se cumpla con los límites térmicos establecidos; segundo, instalar un MF sólo si las condiciones de operación son menos exigentes que la prueba de calentamiento en cortocircuito e incluir un interruptor térmico; tercero, situar los MF sólo en zonas aisladas, sin acceso de personas garantizando su seguridad. Como trabajo futuro se propone disminuir la temperatura alcanzada por el MF modificando el contenedor y encontrando el líquido más adecuado para su refrigeración. Adicionalmente, con el objetivo de minimizar las pérdidas, se plantea calcular un punto óptimo entre las vueltas añadidas al enrollado primario y la eficiencia asociada. Finalmente, valiéndose del estudio del MF en diferentes universidades, se sugiere la construcción de una base de datos de prueba centralizada, cuyo ingreso de resultados se realice por Internet, formando una biblioteca de fichas de diferentes transformadores.

Ingeniero Civil Eléctrico / El proyecto The Microformer , presentado el año 2010 en una competencia local en la Universidad de Wisconsin-Madison, consiste en la propuesta de un sistema de electrificación basado en transformadores de bajo costo. Estos transformadores están construidos con componentes reciclados de basura electrónica, específicamente obtenidos de hornos de microondas, que facilitan la electrificación de zonas de baja densidad de población (por ejemplo, zonas rurales) mejorando la eficiencia del sistema de transmisión/distribución eléctrica. A pesar de que existe un buen conocimiento sobre el comportamiento del Microformer como unidad, no existen estudios a nivel de sistema que involucren uno o más Microformers dentro de una red. Además, el Microformer nunca ha sido modelado en un ambiente de generación distribuida con múltiples puntos de inyección. Desde el punto de vista del sistema, el Microformer debiera comportarse como cualquier otro transformador. Sin embargo, sus características eléctricas son bastante diferentes comparado con transformadores de distribución comerciales. En el presente trabajo de título se pretende estudiar el comportamiento del Microformer a nivel de sistema. Para ello se presentan tres casos globales de estudio con el fin de observar y mejorar el comportamiento del Microformer en redes compuestas por los mismos. Primero se construye una red trifásica de laboratorio con ocho Microformers reproduciendo una topología rural, luego se implementa dicha red en el software de cálculo DigSILENT PowerFactory para cubrir casos que son imposibles recrear en la red experimental. Finalmente, se inserta el Microformer en una red modelo de la IEEE teniendo en cuenta las consideraciones y conclusiones obtenidas de los casos de estudios previos. A diferencia de trabajos anteriores, los transformadores de microondas son modificados según la función que cumplan en una red de distribución. Para los Microformers de subida se mantiene una razón de transformación de 9,1 con tal de obtener 2 kV en alta tensión. Por otro lado, debido a la mala regulación de los Microformers de bajada, es imperante modificar su razón de transformación al mínimo posible mediante la adición de espiras para compensar así la caída de tensión debido a los flujos de fuga y las pérdidas Joule en sus enrollados. Además, para mejorar aún más la regulación se aprovechan los condensadores de alta tensión que vienen en los hornos microondas. En este trabajo se dan una serie de recomendaciones para futuras redes que se construyan con Microformers a partir de los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas, entre ellas se encuentran el descarte previo de transformadores de microondas que no cumplan con los resultados mínimos esperados en las pruebas típicas; reducción de la potencia nominal de los Microformers a 660 VA; modificación de los Microformers según su función en la red; largos mínimos y máximos de líneas para que el uso de Microformers sea justificado y que se encuentre dentro de la norma. Como trabajo futuro se propone hacer un estudio estadístico de transformadores de microondas analizando qué tanto varían los parámetros eléctricos entre hornos de microondas de una misma marca o modelo, esto con el fin de determinar si es posible construir bancos trifásicos de transformadores con más de tres Microformers en paralelo. También se propone mejorar los niveles de armónicos de tensión y corriente implementando filtros de armónicos u otros métodos similares. Finalmente se deja construida una red experimental con fines pedagógicos en el Laboratorio de Máquinas del Departamento de Ingeniería Eléctrica, por lo que se propone realizar una guía de laboratorio para que los alumnos estudien los casos abarcados en este trabajo.