La energía Producida por el ser humano

Capacidad energética del ser humano

Central energética a propulsión humana a base de pedaleo comunitario.

La fuerza mecánica de los humanos nace de la aportación energética de los alimentos que dan movimiento a la musculatura e intervienen en el buen funcionamiento metabólico que nos permite la vida. El valor de los alimentos (vegetales y animales) es proporcional a la cantidad de energía que nos proporciona cuando se metaboliza en presencia de oxígeno. La unidad de medida es el Joule, aunque por tradición se emplea también la caloría que equivale a la cantidad de calor que necesitamos para aumentar en un grado la temperatura de un gramo de agua (ver cuadro de equivalencias al final del texto) [1]. Este unidad energética es muy pequeña por lo que la aportación energética de los alimentos se mide en kilocalorías (1 kcal = 1.000 calorías). Las dietas humanas contienen entre 1.000 kcal/día hasta 4.000 kcal/día. La cantidad de energía varía según la actividad que desarrollemos. No es lo mismo cortar leña que correr o atender el trabajo en una oficina. Una parte de la energía de los alimentos está destinada a lo que se llama mantenimiento metabólico basal (incluida la necesidad del reposo o dormir). En una persona adulta de unos 70 kg este mínimo vital se lleva ya unas 1.650 kcal en alimento. Aquí también es importante la dieta o aportación calórica de cada tipo de alimento. Mientras los hidratos de carbono proporcionan 4 kcal por gramo, igual que las proteínas, las grasas proporcionan 9 kcal por gramo. El combustible que ingerimos pues es determinante para la actividad que realizamos. Si consumimos más que no gastamos, pues uno engorda y podemos perder calidad metabólica (o sea perjudicar nuestra salud).

Máquina de coser montada sobre un triciclo en Yakarta. Foto Wiki Commons.

La potencia media energética humana, con alimentación adecuada, está alrededor de los 150 W sobre una máquina capaz de su aprovechamiento, como es una bicicleta. Un aficionado al ciclismo puede dar fácilmente unas 90 pedaladas por minuto (1,5 pedaladas por segundo), de los que ya se consumen unos 100 W en mover el peso de las propias piernas. Los niveles de potencia que un ser humano puede proporcionar pedaleando depende de la fortaleza muscular, pero también del tiempo. Por breves espacios de tiempo sobre una bicicleta se pueden desarrollar potencias de hasta 400 W (determinados ciclistas de competición en un sprint), pero lo habitual es que para usos energéticos extendidos durante varias horas, no se supere los 50 W de potencia. Igualmente, el trabajo muscular depende también de la interacción con el entorno del ser humano. No es lo mismo el pedaleo estacionario que en ruta. En movimiento sobre un camino el ciclista ha de vencer la resistencia al viento y el rozamiento de la superficie por donde se circula. Además, la disponibilidad de líquidos y alimentos en el recorrido, la temperatura ambiental, etc. también influyen en la potencia final desarrollada por quien pedala.

El potencial energético de la propulsión humana en bicicleta está condicionada por el propio diseño del ciclo y muy especialmente del sistema de pedaleo. Foto: Rotor RS4X de Rotor Componentes Tecnológicos.

Finalmente, la potencia real que podemos ejercer depende de la relación entre la velocidad de rotación en revoluciones por minuto y el rendimiento en la transmisión. Adentrarnos en el mundo de la ciencia sobre la bicicleta nos obligaría a una extensión y nivel de comprensión que ultrapasa la finalidad de este artículo. Sin embargo, de forma simplificada podemos afirmar que una bicicleta con un plato en el eje de pedaleo de 48 dientes y un engranaje de 12 dientes en la transmisión nos permite un desarrollo con sólo una pérdida del 10 % respecto a un ideal como es 15:1. En otras palabras aplicando 50 W de potencia el pedaleo nos entregaría 45 W. Sin embargo, hay otras partes que intervienen como son la medida de las bielas o también la propia posición del ciclista. Igualmente, el diseño del plato aporta mejoras en la eficiencia. Este es el caso de los plato ovalados oQring y el plato articulado Rotor [2] desarrollados por al empresa española Rotor Componentes Tecnológicos que incrementan entre un 11 % y el 16 % la potencia respectivamente en comparación con un plato dentado convencional. Pero si en vez de desplazarnos con la bicicleta, lo que queremos es generar energia eléctrica, el rendimiento final obtenido dependerá del ingenio que genere la energía eléctrica, en este caso la dinamo o generador.

En síntesis, un ciclista de unos 70 kg que pedalee entre 10 y 20 km/h consume entre 245 y 410 kcal/hora. Un ejercicio de esta potencia durante una hora al día y por semana supondría quemar entre 1 y 1,5 kg de grasa y nos aportaría la energía necesaria para ver una película en DVD sobre una pantalla plana de unas 19 pulgadas.

Redescubriendo la energía de los pedales

Partiremos del principio que una de las máquinas más eficientes para transmitir la potencia energética humana es la bicicleta. Recordemos que cuando uno se desplaza en bicicleta se consumen alrededor de 0,15 calorías por gramo de peso del individuo y por kilómetro, comparado con 0,75 calorías andando. Montados en una bicicleta, tanto por la posición del cuerpo como por su diseño preparado para el movimiento de la mayor masa muscular disponible en el ser humano (las piernas), se llega a grados de eficiencia elevados de hasta el 25 %. No es extraño pues que la invención de la bicicleta y de la electricidad pronto tuvieran una convergencia tecnológica. En seguida se aplicó al movimiento de la rueda la posibilidad de producir la iluminación para circular de noche con la llamada dinamo que rodaba sobre la cubierta neumática. Más tarde este mismo principio de generación eléctrica se aplicó sobre los bujes de las ruedas (dinamos de buje) que reducen la pérdida energética por el rozamiento. Finalmente, los propios engranajes ciclistas han servido para imaginar un sin fin de aplicaciones para obtener energía mecánica de una forma más eficiente.

Herramienta de taladro accionada por pedaleo difundida por el grupo CCAT de la Universidad de Humbolt (EUA).

A principios de los años 70 y como resultado de la crisis energética muchas personas volcaron su capacidad intelectual para buscar cómo obtener energía con sistemas autónomos y menos dependientes del petróleo. Sin duda, las energías renovables, y en especial los ingenios eólicos y solares fueron de los primeros. Pero también recibió una significativa atención la energía de propulsión humana. Un libro histórico en este sentido es Pedal Power in work, leisure and transportation (Pennsylvania: Rodale Press, 1974) de James C. McCullagh que recopila algunas de las experiencias en el ámbito del aprovechamiento de la potencia de los pedales incluidas máquinas como los dynapod (dinamo de pié) o artilugios para trabajos mecánicos accionados a pedales. Hoy hay pedales generadores de electricidad para proporcionar iluminación, elevar agua con una bomba, pero también para trabajos mecánicos como moler grano, descascarillar frutos secos, mover herramientas como pulidoras, etc. La variedad de artilugios para generar trabajo en bicicletaconstituye uno de los elencos de tecnología apropiada más interesantes de todo lo disponible.

Existen diseños múltiples para realizar trabajos de forma más eficiente a partir de la energía que puede brindar el pedaleo. Son las llamadas bicimáquinas como los que promueve la organización mexicana Centro Autónomo para la Creación Intercultural de Tecnologías Apropiadas en México o la organización guatemalteca Maya Pedal. Estas organizaciones, además de diseñar sus bicimáquinas pues tienen también el objetivo de recuperar bicicletas viejas. Los inventos en este ámbito de lo que podemos llamar tecnologías apropiadas vienen desarrollándose por todo el planeta. Un ejemplo, curioso son las máquinas de coser a pedales que en Yakarta en Indonesia forman parte de los trabajadores a domicilio que ofrecen sus servicios de forma ambulante; razón por la cual van sobre un triciclo. La bicicleta como fuente de energía mecánica es sin duda la que tiene el mayor abanico de aplicaciones descritas y documentadas.

Si quieres conocer más del tema sigue esta dirección: http://www.terra.org/categorias/articulos/energia-de-propulsion-humana-en-bicicleta