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CARACTERIZACIÓN PRELIMINAR DE
LAS CORRIENTES MARINAS PARA LA
DETERMINACIÓN DE SITIOS POTENCIALES DE
GENERACIÓN ELÉCTRICA EN EL ECUADOR
Sharl Noboa T.
1
, Othoniel Palacios
2
Instituto Oceanográco de la Armada
1
snoboa@inocar.mil.ec,
2
palaciosc@inocar.mil.ec
Fecha de recepción: 18 de julio de 2013 - Fecha de aprobación: 4 de octubre de 2013
A partir de la recopilación y análisis de la información de corrientes disponible en la base de datos del INOCAR, se determinaron
parámetros característicos como velocidades máximas y promedios de las corrientes costeras e insulares a n de establecer
sitios potenciales de generación eléctrica a partir de las corrientes marinas. Se recopiló información sobre el arte actual de las
tecnologías disponibles de generación eléctrica a partir de corrientes marinas, y se determinó que las zonas de canales, donde
se siente marcadamente la inuencia de la marea, presentan las mayores velocidades y por ende son lugares donde debieran
incrementarse los monitoreos de corrientes marinas ya que los registros disponibles han evidenciado velocidades con los
requerimientos mínimos necesarios requeridos por las tecnologías actuales. En la provincia del Guayas, en los sectores entre
Puná, Posorja, Canal de Acceso al Puerto Marítimo, Canal de Jambelí y en el Río Guayas hay registros de velocidades máximas
de hasta 4 m/s y velocidades promedios desde 1 m/s correspondientes a mediciones durante 6-12 horas, durante 1 a 3 días.
Aunque son una buena referencia es necesario establecer campañas más largas de medición de mínimo un mes hasta un año
en los lugares que se presentan más energéticos, para determinar la variabilidad estacional y establecer los tiempos de duración
de las velocidades máximas y mínimas con nes de estimar la potencia eléctrica que pueden generar.
Palabras claves: corrientes marinas, potencia eléctrica, velocidades
Keywords: sea current, electrical power, speed
From the collection and analysis of current information available in the database INOCAR, characteristic parameters were
determined as average and maximum speeds of coastal and island currents. Information was collected on the available
current art technologies for generating electricity from ocean currents. It was determined that the areas of channels, where
the inuence of the tide results in highest speeds are places where it should increase the monitoring of marine currents,
because available records have shown speeds with the necessary minimum requirements useful for current technologies. In
the province of Guayas in the areas between Puná, Posorja, Seaport Access Channel, Jambelí Canal and the River Guayas
registered speeds of up to 4 m/s and average speeds from 1 m/s for measurements during 6-12 hours, for 1 to 3 days.
Although a good reference, it is necessary to establish measurement campaigns of longer than one month to one year in
places that are more energy to determine the seasonal variability and establish the running times of maximum and minimum
speeds for the purpose of estimating the electrical power that can be generate.
Imagen ilustrativa: Nepac sst oper0-Temp-sup-Oc-Pacíco
Fuente: http://commons.wikimedia.org
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1. INTRODUCCIÓN
El presente estudio se centra en la caracterización de las corrientes ma-
rinas en la zona costera e insular del Ecuador, a partir de la información
disponible de velocidades de corrientes, con la nalidad de establecer
sitios potenciales de generación eléctrica a partir de las mismas. Típi-
camente los sitios con mayor potencial son encontrados en los canales
estrechos o pasajes entre dos masas de tierra a través de los cuales un
volumen sustancial de agua uye, debido a que en estos sitios la in-
uencia de la marea se siente marcadamente, lo que resulta en mayores
velocidades, por ende mayor potencia eléctrica, ya que ésta, resultan-
te de las turbinas generadoras es proporcional a la velocidad al cubo.
Generalmente se considera que los lugares con velocidades máximas
a partir de 1.5 - 2.5 m/s pueden ser lugares potenciales de generación
de energía eléctrica. Este parámetro se ha tomado como requisito para
implementar prototipos de dispositivos para corrientes de marea en al-
gunos países, proyectos impulsados por empresas líderes en tecnologías
de generación de energía renovable, entre los más notables: Hammerfest
Strom en Kvalsundet en el 2003, Noruega; Marine Current Turbine en
Lynmouth, 2003 en Reino Unido; Verdant Power en East River, New
York en el 2006) (AQUARET, 2011) (CANMET, 2010)
En proyectos de esta índole se analizan también otros parámetros como
la geología del lecho marino para anclaje de los dispositivos; estar situa-
do razonablemente cerca de un punto interconectado a una red existen-
te, que tenga acceso a un centro de apoyo en tierra con un puerto ade-
cuado para inspección, mantenimiento y reparación; que el lugar no sea
ecológicamente sensible y que no represente un obstáculo grande para
los usuarios del sector, pero en este estudio los indicadores a tomar en
cuenta son velocidades promedios y máximas. Asimismo, se estableció
el estado de arte actual de las tecnologías disponibles para generación
eléctrica y las características de las corrientes necesarias para implemen-
tarlas, de lo cual se determinó que de todos los registros de corrientes
disponibles, las zonas entre Posorja, Estero Salado y Puná, presentan las
mayores velocidades.
2. OBJETIVOS
Objetivos generales
Desarrollar un análisis de las características de las corrientes marinas del
perl costanero e insular y determinar los sitios potenciales de genera-
ción eléctrica acorde con la tecnología actual para generación de energía
eléctrica a partir de corrientes marinas.
Objetivos especícos
· Examinar las fuentes de datos nacionales e internacionales para extraer
las características y limitaciones del ujo de las corrientes marinas en el
perl costanero e Insular.
· Identicar las tecnologías actuales de generación de energía eléctrica
a través de corrientes marinas, los requerimientos mínimos necesarios y
comparar con las características existentes en el perl Costanero e Insu-
lar y su posible aplicación en el Ecuador.
· Determinar las zonas más prometedoras para el desarrollo de proyec-
tos de energía renovables.
3. MATERIALES Y MÉTODOS
Las actividades del estudio a seguir se establecieron en forma general de
la siguiente manera:
a. Recopilación de información de corrientes.
Para este propósito se examinaron fuentes na-
cionales e internacionales y visitas técnicas a los
sitios en donde no existía información.
b. Determinación de las características de co-
rrientes marinas para la evaluación de la franja
costanera continental e Insular. Se determinaron
los valores máximos y promedios de los registros
de velocidades existentes.
c. Recopilación de información disponible sobre
los dispositivos convertidores de energía eléctrica
a partir de corrientes marinas.
d. Selección de áreas con potencial energético.
3.1 Área de estudio
El área de estudio corresponde al perl costane-
ro, incluyendo el mar territorial hasta las islas Ga-
lápagos, comprendida entre 1°S y 1°N, y -105°W
y -75°W, ver gura 1.
3.2 Fuente de datos nacionales e internacionales
Se revisó información de corrientes almacenada
en archivos digitales de datos originales y proce-
sados del INOCAR, así como informes y publi-
caciones, productos de las distintas campañas de
medición realizadas con los métodos Lagrangea-
no (veletas) y Eulereano (perles de corrientes).
Estudiar la circulación eulereanamente signica
tomar volúmenes de control jos en el espacio,
y convenientemente referidos a puntos perfec-
tamente conocidos, se mide lo qué ocurre en su
interior y con esa información se intenta inferir el
campo de velocidades de todo el dominio. Por el
contrario desde el punto de vista langrangeano, se
sigue a un cierto número de volúmenes control y,
en función de su comportamiento se da el campo
de velocidades del dominio y la información pun-
tual que se requiera (Alonso, 2005).
Estudiar la circulación eulereanamente signica
tomar volúmenes de control jos en el espacio,
y convenientemente referidos a puntos perfec-
tamente conocidos, se mide lo qué ocurre en su
interior y con esa información se intenta inferir
el campo de velocidades de todo el dominio. Por
Figura 1. Área de estudio para determinar potenciali-
dad energética.
Fuente: INOCAR, 2011
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el contrario desde el punto de vista langrangeano,
se sigue a un cierto número de volúmenes control
y, en función de su comportamiento se da el cam-
po de velocidades del dominio y la información
puntual que se requiera (Alonso, 2005).
Se revisaron los grácos de la Base de datos
del Proyecto OSCAR (OCEAN SURFACE
CURRENT ANALYSES REAL TIME) de la
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Ad-
ministration) a n de obtener una estimación de
la magnitudes de las corrientes marinas a nivel
regional.
3.3 Ordenamiento y procesamiento de datos
El entorno de trabajo para el análisis y procesa-
miento de la información corrientes se desarrolló
entre Excel, MATLAB y ArcGis. La información
en formato de texto fue convertida a archivos de
Excel para de este modo contar con matrices que
puedan ser exportadas luego al entorno de MAT-
LAB, donde se diseñaron y aplicaron algoritmos
para ordenar y procesar los datos. En MATLAB
se generaron grácos como histogramas de fre-
cuencia para los datos de velocidad y dirección de
corrientes; del mismo modo, las matrices gene-
radas en MATLAB se exportaron nuevamente a
Excel para procesarlas y generar las tablas de ve-
locidades promedios de corrientes a niveles especícos en ujo y reujo,
con lo que se determinó las zonas con mayores velocidades.
3.4 Metodología para la conversión de energía eléctrica a
partir de corrientes marinas
Existen varios tipos de dispositivos en etapa comercial y precomercial
que han sido diseñados para capturar la energía de las corrientes mari-
nas como son las turbinas de mareas (INOCAR, 2011). Estas tienen un
principio similar al de las turbinas eólicas. La conversión de la energía
eólica en electricidad es similar a la conversión de energía cinética de
las corrientes marinas en energía eléctrica, lo que cambia es el uido,
aire- agua, respectivamente. En la gura 5 se describe en forma general
el principio de conversión de la energía cinética de un uido a energía
eléctrica.
La densidad de potencia instantánea de un uido que entra a una turbina
submarina está dada por la ecuación siguiente:
Donde:
ρ = densidad del agua de mar (kg/m
3
), (1000 kg/m
3
para agua dulce,
1025 kg/m
3
para agua de mar)
A = área batida por el rotor de la turbina = πr
2
, (m
2
)
r = radio de las palas del generador (m)
U = velocidad de la corriente (m/s)
En la ecuación 1 se puede ver que la densidad de potencia instantánea
es proporcional a la velocidad al cubo, por lo tanto uno de los criterios
iniciales y determinantes es la magnitud de la corriente (GUERRERO,
2010). Para corrientes de marea, la velocidad U varía con el tiempo de
una manera predecible y depende de la profundidad bajo la supercie y
de la posición en el canal.
Debido a que la densidad de potencia varía con la velocidad al cubo,
ésta se incrementa rápidamente con la velocidad de la corriente como se
muestra en la gura 6(a).
Figuras 2 a y b. Materiales y equipos utilizados en la
medición de corrientes.
Fuente: INOCAR, 2011
Figuras 3. Grácos con la climatología de corrientes
nivel regional (1993-2010).
Fuente: OSCAR, 2011
Figura 4. Esquema del ordenamiento y procesamiento de la información
Fuente: INOCAR, 2012
Figura 5. Conversión de la energía cinética a energía eléctrica.
Fuente: Univ. De Chile, 2003
P
A
=agua Watt m
1
2
3
2
ρ
U (1)(/)
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La eciencia en la recuperación de la energía y el rendimiento de la turbi-
na pueden ser estimados usando un modelo simplicado de dispositivo
genérico y varía con la velocidad del ujo de agua como es descrito en
la gura 6(b).
Este gráco típico de la salida de potencia de una turbina como función
de la velocidad de la corriente muestra tres regiones.
I. Velocidad cero hasta la velocidad de corte.
II. Velocidad de corte hasta la velocidad nominal.
III. Velocidades mayores a la velocidad nominal.
En la región I, a velocidades menores a la velocidad de corte, la turbina
no rota y no genera potencia.
En la región III, cuando las velocidades exceden la velocidad nominal
de la turbina, la salida de potencia será constante independientemente
de la velocidad.
En la región II, la salida de potencia depende de algunos coecientes de
conversión como se detallan a continuación.
Multiplicando la potencia incidente por la eciencia (ŋ) de la turbina y
por la eciencia (ŋ) de toma de potencia se determina la potencia eléc-
trica suministrada a la red, de acuerdo con la siguiente ecuación 2. El
cuadro 1 describe los componentes de eciencia que se utilizan.
4. RESULTADOS
4.1 Información internacional
El análisis inicial se lo realizó con información
internacional, utilizando, los productos grá-
cos de la Base de datos del Proyecto OSCAR
(OCEAN SURFACE CURRENT ANALYSES
REAL TIME) de la NOAA (National Oceanic
and Atmospheric Administration). En este do-
minio espacial, las velocidades no superan 1m/s.
Por la resolución de estas imágenes, los datos de
velocidad más cercanos a las costas del Ecuador
están en la longitud 82°30´ al norte y en la longi-
tud 81°30´, al norte, posiciones bastante alejadas
de la zona costera, por lo que no es posible cono-
cer velocidades entre el borde continental y apro-
ximadamente 200 km mar adentro, zona donde
se encuentra la plataforma continental. Por tal
razón, los valores de velocidad analizados fueron
los correspondientes a las campañas de medición
del INOCAR en zonas costeras.
Figura 6. (a). Densidad de potencia en función de la velocidad de la corriente.
(b) Gráco típico de potencia de salida de una turbina vs. velocidad de la
corriente.
Fuente: EPRI 2006
Com-
pañía
Nom-
bre del
Equipo
Es-
tado
De-
sa-
rrollo
Requeri-
mientos
mínimos
Mediciones en Ecuador
Ma-
rine
cu-
rrent
turbi-
nes
Sea-
Gen
Co-
mer-
cial
Veloci-
dades:
2 -
2.5m/s
No se han registrado
estas velocidades como
valores mínimos en la
información disponible de
corrientes. En algunos
sectores de Puná, Posorja,
Canal de Jambelí y Sta.
Clara, se han encontrado
velocidades máximas entre
1 y 4 m/s.
Tocar-
do BV
Inter-
natio-
nal
Tocar-
do
T50 A
Co-
mer-
cial
Vel. mín
3.5m/s.
Prof.
Mín. 3
m.
No se han registrado estas
velocidades como valores
mínimos en la información
disponible de corrientes en
la zona costera e insular
del Ecuador.
New
Ener-
gy
Corp.
EnCu-
rrent
Co-
mer-
cial
Vel.
mín: 3
m/s.
No se han registrado estas
velocidades como valores
mínimos en la información
disponible de corrientes en
la zona costera e insular
del Ecuador.
Ver-
dant
Power
Ca-
nada
ULC
Kinetic
Hydro
Power
Sys
Pre-
co-
mer-
cial
3ra.
fase
Vel.
mín: 1
m/s.
Prof.:
Mín.
6 m
En algunos sectores de
Puná, Posorja y Sta. Clara,
se han encontrado veloci-
dades entre 1 y 4 m/s.
Compo-
nentes de
eciencia, ŋ
Va-
lor
Descripción
Ŋ turbina 45% Es la eciencia con la cual la turbina extrae la energía
cinética del ujo entrante. La máxima eciencia de
extracción ocurre cuando la velocidad del ujo en la
cara del rotor es reducida un tercio del valor de la
velocidad de la corriente, lo que rinde una eciencia
de extracción óptima de 16/27 (=59%), según el límite
de Lanchester-Betz.(MALDONADO, 2005)
Ŋ transmisión 96% Es la eciencia con la cual la energía extraída del
ujo se suministra al generador.
Ŋ generador 95% Es la eciencia con la cual la entrada de energía me-
cánica al generador es convertida a electricidad.
Ŋ acondicio-
namiento de
potencia
98% Esta es la eciencia con la cual la electricidad produ-
cida por el generador es condicionada a cumplir con
los requerimientos de voltaje y fase de los puntos de
interconexión de la red local.
Cuadro 1. Valores típicos de los componentes de eciencia, ŋ, cuando la
turbina está funcionando.
La eciencia total típica de estos componentes de
eciencia que suele usarse es del 40%, la cual es
la proporción de la potencia del ujo incidente
convertida en salida de potencia eléctrica debida-
mente condicionada, EPRI (2006).
Cuadro 2. Tecnologías de generación de electrici-
dad con corrientes marinas.
3.5 Tecnologías disponibles de genera-
ción de energía eléctrica a partir de co-
rrientes marinas
Existen muchos tipos de dispositivos en el mun-
do entero en distintas etapas de proyecto (comer-
cial, precomercial, pruebas, diseño, entre otros),
en el siguiente cuadro se hace un resumen de las
tecnologías que están actualmente en fase comer-
cial (INOCAR, 2011).
PAP
electrica turbinaturbina toma de potencia
= ** *
ηη
(2)
ηηηηη
toma de potenciatransmision generador acondicionamie
= **
nntode potencia
(2.1)
Pdensidad de potenciadel agua pasando através
eléctrica
=
ddeláreaAbarrida por el rotordelaturbina 22.
()
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4.2 Información nacional
Se ha realizado la caracterización de las velocida-
des con la información disponible de la base de
datos del INOCAR. Los datos de corrientes han
sido obtenidos en campañas de medición limita-
das en tiempo y espacio, por lo que los valores
son referenciales. Existe información a lo largo
del perl costero, en las provincias de Esmeral-
das, Manabí, Santa Elena, Guayas, El Oro y en la
región insular en las Islas Baltra y San Cristóbal,
principalmente.
Es de recalcar que para tener un dato conable
para poder predecir el comportamiento de las co-
rrientes debería tenerse un registro mínimo de un
mes. Los registros más largos corresponden a es-
taciones situadas en la zona costera de la Provin-
cia de Santa Elena y Manabí, pero las corrientes
registradas en esta zona son pequeñas en el rango
de 0.2 – 0.5 m/s, valores que no cumplen con las
condiciones mínimas para generación, excepto
en Isla de La Plata, donde se ha encontrado ve-
locidades máximas de hasta 2 m/s como eventos
esporádicos, porque las velocidades promedios
no sobrepasan 0.60 m/s y además estos valores
corresponden a registros de 3 horas de medición,
por lo que no pueden ser resultados denitivos.
En Galápagos también existen registros de un
año, pero las velocidades registradas en Isabela
y Baltra son muy pequeñas (menores a 0.5 m/s),
como para considerarlas potenciales de genera-
ción, en San Cristóbal en el registro de 1 año de
mediciones, el valor más alto encontrado fue de
0.7 m/s.
En el puerto de Esmeraldas también se han en-
contrado velocidades máximas de hasta 2.9 m/s
con velocidades promedios de hasta 2 m/s en re-
gistros de 6 horas de medición.
En la provincia del Guayas, en los sectores entre
Puná, y Posorja, Canal de Acceso al Puerto Ma-
rítimo, Canal de Jambelí y en el Río Guayas hay
registros de velocidades máximas de hasta 4 m/s
y velocidades promedios desde 1 m/s correspon-
dientes a mediciones durante 6-12 horas/1-3 días
(INOCAR, 2011).
5. ANALISIS DE RESULTADOS
5.1 Evaluación de las corrientes marinas
como recurso energético.
Los parámetros velocidad media y velocidad
máxima de las corrientes marinas son los indica-
dores usados en este estudio para evaluar el po-
tencial energético. La información sobre veloci-
dad máxima ayuda a determinar qué dispositivo
de conversión de energía es el apropiado ya que
estos generadores tienen como requerimiento
mínimo que las velocidades máximas tanto en sicigia como en cuadra-
tura estén en el rango desde 1.5 – 3 m/s (velocidad nominal con la que
trabaja la turbina). Los sitios potenciales de generación serían los que
cumplen con las velocidades máximas y mínimas requeridas acorde con
las velocidades nominales y de corte, respectivamente de los dispositi-
vos. La velocidad media por sí sola es un factor determinante, ya que si
ésta es menor que la velocidad de corte de un dispositivo determinado,
no sirve el sitio para generar potencia eléctrica.
5.2 Identicación de sitios potenciales para obtención de
energía de corrientes marinas.
Se ha determinado que las zonas con mayores velocidades son: el Estero
Salado, canales entre Posorja y Puná y el Canal entre Puná y la Puntilla
de Jambelí, en las Provincia del Guayas y El Oro; con registros máximos
entre 3 y 4 m/s. En Esmeraldas en la zona del Puerto, también a nivel
supercial, hay velocidades medias mayores a 1 m/s y velocidades máxi-
mas que superan los 2 m/s.
En general, las velocidades mayores se van a encontrar dentro de cana-
les, entre islas o estuarios, véase gura 7.
Se puede decir que los lugares con promedios a partir de 1 m/s debieran
ser estudiados más exhaustivamente para corroborar que alcancen las
velocidades máximas requeridas por los dispositivos actuales, de 2, 5 a
3 m/s. En los registros cortos que se tiene de Puná y Posorja, conside-
rados sitios de velocidades interesantes sí se han alcanzado las velocida-
des máximas requeridas por los dispositivos actuales en un registro de
3 horas de mediciones y se han calculado los tiempos de duración de
velocidades para la información disponible. Estas velocidades máximas
entre 1 y 4 m/s duran entre 5, 10 y 20 minutos con eventos esporádicos
de hasta 50 minutos consecutivos. Otros rangos de velocidad (0,5 – 1
m/s) duran hasta 3 min consecutivos.
Figura 7. Sitios potenciales de generación de energía eléctrica a partir de
corrientes marinas.
Fuente: INOCAR, 2011
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33
En la gura 7 se ha escogido una simbología de puntos de colores que
nos indica el rango de velocidades encontradas en el sector.
Los puntos de mayor dimensión dentro del gráco señalan los lugares
potenciales para generación de energía eléctrica, donde existen velocida-
des promedio mayor a 1 m/s y que además registran valores máximos
de velocidad en el rango desde 2 m/s - 4 m/s.
Los otros sectores señalados por puntos pequeños no se los reere de-
bido a que están en zonas de bajas profundidades, además de que son
estrechos canales de navegación.
En el Canal del Morro y Canal de Jambelí se podría implementar dispo-
sitivos de generación en zonas delimitadas y resguardadas, ya que cum-
plen con las velocidades y además las profundidades son mayores a 10
metros.
6. CONCLUSIONES
Esta caracterización de corrientes debe tomarse como una buena refe-
rencia, pero se insiste que falta más información (a n de tener repre-
sentatividad estadística) que revele la variabilidad estacional (se necesita
un año de medición para poder predecir la disponibilidad del recurso
corrientes en los próximos 20- 30 años), ya que las velocidades suelen
aumentar en época húmeda con respecto a la época seca y asimismo,
además se necesitan registros de más de 12 horas de medición en los
lugares que se presentaron como potenciales durante el ciclo
de marea las velocidades van desde un valor mí-
nimo de cero hasta el valor máximo (2, 5 m/s, 3
m/s, 4 m/s, etc.), para poder calcular los tiempos
que duran los diferentes rangos de velocidades y
poder determinar el ritmo de producción eléctri-
ca por día. Los mayores valores corresponden a
las corrientes de marea de las zonas de estuarios y
estrechos, por lo tanto, las zonas más energéticas
se encuentran en el estuario del Río Esmeraldas,
a la altura del puerto y en el Golfo de Guayaquil,
en el Canal del Morro, Canal de Jambelí y Estero
Salado. Pero estas condiciones no se ajustan a las
tecnologías más desarrolladas en la actualidad, y
hay que vigilar el desarrollo de proyectos en etapa
precomercial cuyos requerimientos sí se adapta-
rían a nuestras corrientes marinas. A nivel inter-
nacional, se investiga y desarrolla cada vez más al
respecto, ya que en comparación con otras fuen-
tes de generación esta tecnología no es episódica.
Las empresas eléctricas que empleen esta tecno-
logía serán capaces de programar con exactitud
cuánta energía tendrán disponible, al contrario de
lo que ocurre con la eólica debido a la variación
impredecible de los vientos.
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