InGenio Journal
Revista de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo
https://revistas.uteq.edu.ec/index.php/ingenio
e-ISSN: 2697-3642 - CC BY-NC-SA 4.0
Estimación de potencial energético renovable en el
recinto Malqui Machay
(Estimating Renewable Energy Potential in the Malqui Machay Area)
Kenny Jair Medina Coro
1
, Alex Darwin Paredes Anchatipán
1
1
Universidad Técnica de Cotopaxi, Carrera de Electromecánica, Ecuador
kenny.medina6105@utc.edu.ec, alex.paredes4935@utc.edu.ec
Resumen: El estudio “Estimación de potencial energético renovable en Malqui Machay”
analiza el potencial de energías renovables en Malqui Machay, Ecuador, usando una
metodología avanzada que integra análisis geoespacial y aplicación de fórmulas y ecuaciones
matemáticas, con datos de fuentes como la NASA (National Aeronautics and Space
Administration). Los resultados indican un notable potencial solar de 361,80 KWh/m2, lo
cual sobresale en comparación con las estimaciones más moderadas para la energía eólica
y biomasa. Esta discrepancia subraya la idoneidad de la región para proyectos fotovoltaicos
y sugiere la implementación de aerogeneradores de baja potencia y el aprovechamiento de
biomasa a partir de residuos orgánicos, además el uso de sistemas híbridos que integren el
uso de estas energías renovables no convencionales. El estudio resalta la importancia de las
energías renovables en la transición energética sostenible de la región, enfatizando la energía
solar fotovoltaica y sugiriendo investigaciones futuras sobre el potencial geotérmico. Este
análisis posiciona a Malqui Machay como un sitio clave para el desarrollo de proyectos de
energía renovables.
Palabras clave: Malqui Machay, energías renovables, eólica, solar, biomasa.
Abstract: The paper “Estimation of Renewable Energy Potential in Malqui Machay”
performs an analysis of renewable energy potential in Malqui Machay, Ecuador, utilizing an
advanced methodology that integrates geospatial analysis and application of mathematical
models and equations, with data sources including NASA (National Aeronautics and Space
Administration). The results show a signicant solar photovoltaic potential of 361.80 KWh/
m2, which is remarkably high compared to the more moderate wind power density and
biomass energy estimates. This variance highlights the suitability of the region for solar PV
projects and suggests implementation of small-scale wind turbines, harnessing of biomass
from organic waste streams, in addition to hybrid systems integrating these non-conventional
renewables...
Keywords: Malqui Machay, renewable energy, wind, solar, biomass.
1. INTRODUCCIÓN
Ante la grave crisis climática que enfrenta nuestro planeta y con las proyecciones de un
incremento en la temperatura global superior a 1.5°C [1], la necesidad de actuar con urgencia
se hace más evidente que nunca. La dependencia de la matriz energética basada en fuentes
de energía fósiles que han impulsado la economía global durante más de 150 años, y que en
la actualidad representan aproximadamente el 80% del suministro energético mundial [2], ha
llegado a un punto crítico. Según la Agencia Internacional de Energía, es preciso expandir masiva
y sostenidamente las energías solar, eólica, hidroeléctrica, y otras renovables para cumplir con
los objetivos establecidos en el Acuerdo de París sobre cambio climático [3]. En este contexto
decisivo, la evaluación precisa del potencial energético renovable no es solo una prioridad, sino
una piedra angular para el desarrollo de proyectos energéticos viables y sostenibles que nos
Volumen 7 | Número 1 | Pp. 58–68 | Enero 2024
DOI: https://doi.org/ 10.18779/ingenio.v7i1.791
Recibido (Received): 2023/11/20
Aceptado (Accepted): 2024/1/05
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permitan avanzar hacia una descarbonización efectiva de la matriz energética mundial [4].
Ecuador, alineado con la tendencia global hacia la sostenibilidad energética, en la actualidad
el 92% de la generación de energía proviene de centrales hidráulicas, el 7% de centrales térmicas
y sólo el 1% de fuentes no convencionales (fotovoltaica, eólica, biomasa, biogás, geotermia,
entre otras) [5]. Ecuador, además, posee una riqueza de recursos renovables, beneciándose de
su privilegiada ubicación ecuatorial y una geografía predominantemente montañosa [6]. Pese a
esta ventaja natural, la estructura histórica de su matriz eléctrica ha estado dominada por el uso
intensivo de fuentes fósiles y la implementación de grandes centrales hidroeléctricas [7]. En la
última década, sin embargo, se han iniciado reformas signicativas orientadas a promover el uso
de energías renovables no convencionales [8]. A pesar de estos avances, existe una necesidad
imperativa de realizar estudios más exhaustivos sobre el potencial de las energías renovables en
localidades especícas del país [9]. Estos estudios son cruciales para acelerar la transición hacia
un sistema energético más sostenible y respetuoso con el medio ambiente [10].
Malqui Machay está ubicado 0°44’14.6”S 79°03’49 Via Pucayacu - Chugchilan Kilómetro 7
La Maná, se distingue por su clima cálido-húmedo, con una temperatura promedio de 22°C, y una
topografía montañosa que brinda oportunidades únicas para la explotación de energías renovables
[11], [12] Este estudio se enfoca en una evaluación técnico-económica del potencial de energías
renovables en la región, abordando la viabilidad y las implicaciones de su aprovechamiento en un
contexto de desarrollo sostenible [13], [14].
2. TRABAJOS RELACIONADOS
La estimación del potencial de energías renovables ha sido objeto de múltiples investigaciones
a nivel global, regional y local. Varios autores han realizado análisis integrales del potencial
renovable considerando diversas fuentes. Por ejemplo, un estudio a nivel mundial [15] evaluó
el potencial solar, eólico, geotérmico, hidroeléctrico y de biomasa encontrando que estas
fuentes podrían satisfacer la demanda energética global varias veces. Asimismo, investigaciones
regionales [16], [17] analizaron el potencial eólico, hídrico y solar en Centroamérica estimando
un alto potencial renovable sin explotar.
En Ecuador, los trabajos de [17], [18] y [19] estimaron el potencial nacional de energía solar,
eólica e hidroeléctrica a pequeña escala. Sin embargo, se encuentra una limitada investigación a
nivel local enfocada en el potencial renovable de áreas geográcas especícas. En la provincia
de Cotopaxi, el estudio de [20] evaluó solo el potencial solar y eólico concluyendo que existen
emplazamientos alto potencial.
3. METODOLOGÍA
Para estimar el potencial energético renovable en Malqui Machay, se implementó una
metodología que combina análisis geoespacial y el empleo de fórmulas para la realización de los
cálculos.
3.1. Procedimiento
Se utilizaron datos de radiación solar y patrones de viento obtenidos de satélites que todo el
tiempo están recolectando información climatológicos desde el espacio y esta información es
facilitado por la NASA [21].
3.1.1. Temperatura
Los datos obtenidos de temperaturas mínimas y máximas de la localidad se presentan a
continuación en la siguiente Tabla 1.
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Tabla 1. Valores de temperaturas mínimas y máximas
Mes Temperatura mínima (°C) Temperatura máxima (°C)
Enero 18,05 32,15
Febrero 18,59 33,79
Marzo 18,59 31,83
Abril 18,54 32,58
Mayo 18,15 32,42
Junio 17,26 33,19
Julio 16,77 34,30
Agosto 16,72 35,24
Septiembre 17,48 34,39
Octubre 17,00 34,71
Noviembre 17,08 34,48
Diciembre 17,94 35,52
Promedio Anual 17,68 33,47
La variabilidad de las temperaturas mínimas y máximas a lo largo del año se presenta en la
Figura 1. El análisis técnico de estos datos es relevante para evaluar el potencial renovable, ya
que la eciencia de tecnologías como la solar fotovoltaica y la eólica depende fuertemente de las
condiciones térmicas.
Figura 1. Valores de temperatura mínima y máxima de Malqui Machay
3.1.2. Solar
También se hizo la recopilación de datos de irradiación solar y se obtuvo la cantidad de
irradiación diaria, que es la cantidad promedio de energía solar recibida por metro cuadrado y por
día, y los cuales se muestran a continuación en la Tabla 2.
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Tabla 2. Valores de irradiancia solar promedio diaria
Mes
Irradiancia solar promedio
diaria KWh/m
2
/día
Enero 1,84
Febrero 1,89
Marzo 2,1
Abril 2,32
Mayo 1,99
Junio 1,87
Julio 1,96
Agosto 2,2
Septiembre 2,11
Octubre 1,9
Noviembre 2,12
Diciembre 1,87
Promedio anual 2,01
Con estos valores obtenidos se procederá a realizar la estimación del potencial energético
diario de la localidad, utilizando la Ecuación 1.
(1)
Donde,
Energía diaria por metro cuadrado
H Irradiancia solar promedio diaria KWh/m
2
/día
HSP representa las Horas Solares Pico para el entorno 6 horas
Para determinar el potencial energético mensual se utilizará la Ecuación 2.
(2)
3.1.3. Eólico
Se consideró los valores de la velocidad del viento a 10 metros, mostrados en la Tabla 3, ya
que es un factor crítico en la evaluación del recurso eólico.
Con estos valores obtenido se aplicará la Ecuación 3, para realizar la estimación del potencial
energético eólico en función de la velocidad del viento a 10 metros de altura.
(3)
Donde, P es la potencia medida en W
p es la densidad del aire
A es el área de barrido en m
2
si se utilizará generadores eólicos.
V
3
es la velocidad del viento en m
3
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Tabla 3. Velocidad del viento a 10 m
Mes Velocidad del viento a 10 m. (m/s)
Enero 3,19
Febrero 3,04
Marzo 2,80
Abril 2,73
Mayo 2,78
Junio 2,79
Julio 2,91
Agosto 3,11
Septiembre 3,35
Octubre 3,29
Noviembre 3,12
Diciembre 3,16
Promedio anual 3,02
3.1.4. Biomasa
Para calcular el potencial energético derivado de la biomasa, se considerará el uso de residuos
orgánicos [22]. Dada la abundancia de árboles y vegetación en la localidad, se estima que se
generan aproximadamente 500 kilogramos de residuos vegetales y materiales similares. Esta
cantidad será la base para estimar el potencial energético mensual, asumiendo una producción
constante de residuos orgánicos a lo largo del año.
Para estimar el potencial energético que se puede obtener mediante la utilización de biomasa,
es necesario seguir una serie de pasos establecidos. El primer paso implica calcular la producción
total de biogás. Este cálculo se realizará de acuerdo con lo estipulado en la Ecuación 4 [23],[24].
(4)
A continuación, determinaremos la energía total contenida en el biogás utilizando la Ecuación
5. Este paso es importante para comprender el valor energético total que se puede obtener de la
biomasa.
(5)
3.2. Materiales
La georreferenciación se realizó utilizando el recurso “NASA Prediction of Worldwide Energy
Resources” [21]. Esta herramienta proporciona mapas interactivos, aplicaciones y servicios de
datos que describen condiciones meteorológicas variadas, incluyendo radiación solar, velocidad
del viento y temperatura, entre otros. Destaca por la actualización diaria de la mayoría de sus
productos de datos y por contar con registros históricos que se extienden a más de 35 años.
4. RESULTADOS
El análisis de las temperaturas mínimas y máximas en una localidad es crucial, ya que estas
tienen un impacto signicativo en diversos aspectos. Un ejemplo clave es la eciencia de los paneles
solares [25]. Las temperaturas extremas, especialmente el calor, pueden inuir negativamente en
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esta eciencia. A medida que la temperatura aumenta, la eciencia de conversión de un panel solar
tiende a disminuir. Por tanto, conocer la temperatura máxima de una localidad es fundamental para
diseñar sistemas solares capaces de mantener su eciencia incluso bajo condiciones extremas, o
para seleccionar tecnologías más adecuadas en climas más cálidos.
En la evaluación del potencial de la energía eólica, un factor clave es la densidad del aire, que
inuye directamente en la cantidad de energía que se puede extraer del viento [26]. Esta densidad
varía con la temperatura: el aire más frío, al ser más denso, puede contribuir a una generación de
energía eólica más eciente. Por lo tanto, estimar las temperaturas mínimas y máximas es esencial
para prever las variaciones estacionales en la eciencia de las turbinas eólicas.
Las temperaturas extremas tienen un impacto signicativo en la demanda de energía.
Comúnmente, se asocian con un incremento en esta demanda, ya sea por la necesidad de calefacción
durante el invierno o de refrigeración en el verano. Comprender y anticipar estas variaciones es
crucial para planicar adecuadamente la capacidad de generación y almacenamiento de energía
renovable, asegurando así que se pueda satisfacer ecientemente la demanda pico.
4.1. Análisis del potencial energético solar
Los resultados del estudio revelan un potencial signicativo para el aprovechamiento de
energía renovable en Malqui Machay. Mediante la utilización de la Ecuación 1, se estimó que el
Potencial Energético Solar promedio anual es de 361,80 KWh/m
2
como se aprecia en la Tabla 4.
Este cálculo tomó en cuenta el número de días de cada mes, permitiendo una estimación precisa
del potencial energético solar, como se muestra en la Figura 1. Estos hallazgos sugieren un alto
potencial para el desarrollo de proyectos de energía solar en la región.
Tras realizar la estimación mensual del potencial energético, obtuvimos resultados detallados
que se presentan en la Figura 2. Esta visualización ofrece una clara comprensión de las variaciones
mensuales del potencial energético.
Figura 2. Potencial energético solar mensual por metro cuadrado
Los datos obtenidos se presentan detalladamente en la Tabla 4, proporcionando una vista clara
y organizada de la información.
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Tabla 4. Potencial energético solar mensual por metro cuadrado
Mes
Potencial energético solar mensual KWh/m
2
Enero 342,24
Febrero 317,52
Marzo 390,60
Abril 417,60
Mayo 370,14
Junio 336,60
Julio 364,56
Agosto 409,20
Septiembre 379,80
Octubre 353,40
Noviembre 381,60
Diciembre 347,82
Promedio anual 361,80
4.2. Análisis del potencial energético eólico
Respecto al potencial eólico, nuestros análisis indican que las velocidades promedio del viento
son de 17,15 m/s a una altura de 10 metros. Este valor se encuentra dentro del rango óptimo para
la generación de energía eólica. Los detalles de estos datos se muestran tanto en la Figura 3 como
en la Tabla 5, ofreciendo una representación clara y detallada de las variaciones estacionales y
geográcas del potencial energético de la región.
Tabla 5. Potencial energético eólico
Mes Potencia por metro cuadrado W/m2
Enero 19,88
Febrero 17,21
Marzo 13,45
Abril 12,46
Mayo 13,16
Junio 13,30
Julio 15,09
Agosto 18,42
Septiembre 23,03
Octubre 21,81
Noviembre 18,60
Diciembre 19,33
Promedio anual 17,15
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Figura 3. Potencial energético eólico
4.2. Análisis del potencial energético biomasa
En esta estimación, se contempla utilizar 500 kilogramos de materia orgánica, principalmente
compuesta por hojas y materiales similares. Se ha adoptado un valor de 0,375 m³/kg para el
volumen de gas producido, que es el promedio dentro del rango de 0,25 a 0,50 m³/kg. Asumiendo
un poder caloríco de 6 kWh/m³, se calcula un total de 1.125 kWh de energía generada. Sin
embargo, es importante tener en cuenta que estos valores son estimativos y pueden variar según
las características especícas de los residuos y las condiciones operativas del proceso de digestión
anaeróbica.
4.2. Análisis del potencial geotérmico
Realizar una estimación completa del potencial geotérmico en Malqui Machay requeriría
un extenso y costoso programa de exploración que incluya estudios geológicos, geofísicos,
geoquímicos y de perforación [27]. Si bien esto brindaría una evaluación denitiva, los altos
costos y el tiempo requerido podrían ser un factor determinante para realizar la estimación del
potencial energético [28].
5. DISCUSIÓN
Los resultados del estudio corroboran un potencial renovable favorable en Malqui Machay,
principalmente en energía solar. La velocidad de viento promedio anual a 10 m de altura alcanza
3,02 m/s, por debajo del óptimo de 3,5 m/s requerido para generación eólica a gran escala. Por ende,
a pesar de presentar un potencial eólico moderado, no se recomienda esta fuente para producción
eléctrica signicativa en el sitio. La irradiación solar anual de 361,8 kWh/m2, obtenida a partir
de bases de datos globales, se cataloga como un recurso óptimo para implementación de sistemas
fotovoltaicos en distintas escalas.
En cuanto al recurso eólico, la velocidad promedio anual resulta insuciente para parques
de mediana o gran envergadura, que requieren 3,5-4,5 m/s según el aerogenerador. No obstante,
podría evaluarse el uso de aerogeneradores de baja potencia (<10 kW) en sistema aislados o
híbridos. Se sugieren mediciones a mayor altura para identicar emplazamientos de mayor
velocidad.
En cuanto a la biomasa, la disponibilidad de residuos orgánicos vegetales representa un
recurso interesante para producir energía a partir de biomasa la estimación realizada sugiere
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un moderado potencial energético utilizando 500 kg mensuales de residuos orgánicos, con una
producción de biogás equivalente a 1.125 kWh. Si bien este valor es relativamente bajo, el uso de
biomasa podría complementar otras fuentes renovables en un esquema híbrido. Se requieren más
estudios para cuanticar el potencial geotérmico en la zona, Malqui Machay presenta condiciones
prometedoras para la transición energética, particularmente en energía solar.
6. CONCLUSIONES
Los resultados del estudio realizado corroboran que el sitio Malqui Machay presenta un
potencial renovable favorable, especialmente en energía solar fotovoltaica. La velocidad promedio
anual del viento a 10 m de altura alcanza solo 3,02 m/s, insuciente para la implementación de
parques eólicos de mediana o gran escala, que requieren velocidades sobre 3,5 m/s.
Sin embargo, la irradiación solar anual de 361,8 kWh/m2 obtenida de bases de datos globales,
representa un excelente recurso para el desarrollo de sistemas fotovoltaicos para la implementación
de microsistemas de generación eléctrica O – Grid de algunos kW de capacidad.
Respecto a la energía eólica, si bien no es viable para generación masiva actualmente, podrían
evaluarse aerogeneradores de baja potencia (<10 kW) para aplicaciones aisladas o híbridas. Se
recomiendan estudios más detallados del recurso eólico a mayor altura.
En cuanto a la biomasa procedente de residuos orgánicos vegetales, se estima un potencial
moderado equivalente a 1.125 kWh/mes, que podría complementar otras fuentes renovables en
un esquema híbrido.
La realización de una estimación completa del potencial geotérmico en Malqui Machay
implica un extenso y costoso programa de exploración, abarcando estudios geológicos, geofísicos,
geoquímicos y de perforación. Aunque este enfoque proporcionaría una evaluación denitiva
del potencial energético de la región, los altos costos y el tiempo requerido representan factores
signicativos que podrían inuir decisivamente en la decisión de proceder con dicha estimación.
Con base a los resultados obtenidos sobre la estimación de potencial energético renovable
se deduce que Malqui Machay se destaca como un emplazamiento estratégico de importancia
energética para impulsar la transición energética en Ecuador, y a pesar de que los valores de
energía estimada eólica y proveniente de la biomasa son menores en comparación con la solar
fotovoltaica, la implementación de tecnologías híbridas podría optimizar el aprovechamiento del
potencial renovable. La implementación de sistemas híbridos para el desarrollo de proyectos a
gran escala en la región es fundamental para cumplir con las metas nacionales de reducir en un
7% la dependencia de centrales térmicas y de incrementar en más de un 1% el uso de energías
renovables no convencionales en los próximos años. Esta sinergia entre estas fuentes de energía
renovables no convencionales posicionaría a la región como un foco de atracción para inversiones
y para la escalada rápida de implementación de tecnologías de energías limpias e innovadoras.
En consecuencia, Malqui Machay se perla como un pilar fundamental en la transición hacia una
industria energética renovable robusta, eciente y descarbonizada, alineada con los objetivos de
sostenibilidad y mitigación del cambio climático a nivel nacional e internacional.
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