Coste del transporte

El coste energético del transporte (COT) cuantifica la eficiencia energética del transporte de un animal, una persona, un vehículo y/o una carga de un lugar a otro.

Dependiendo del campo o contexto, se utilizan diferentes unidades, o su inverso. Por ejemplo, el consumo de energía por distancia recorrida y por masa transportada en unidades del SI se expresa en julios por metro y por kilogramo, o su inverso como eficiencia energética . El consumo en J/(kg m) se puede reducir a dimensiones de m/s², al igual que la aceleración. ^{[ 1 ]} Por lo tanto, si el consumo de energía se define por peso en lugar de por masa transportada, la masa se multiplica por g y la cantidad adimensional resultante permite comparar animales o modos de transporte diferentes . Tiene una amplia gama de aplicaciones, desde comparar la marcha humana hasta observar el cambio en la eficiencia de los trenes a lo largo del tiempo.

Se calcula de dos maneras, ambas mostradas en la siguiente definición:

${\displaystyle \mathrm {COT} \triangleq {\frac {E}{mgd}}={\frac {P}{mgv}}}$

dónde${\displaystyle E}$es la entrada de energía al sistema, que tiene masa${\displaystyle m}$, que se utiliza para mover el sistema una distancia${\displaystyle d}$, y${\displaystyle g}$es gravedad estándar . Alternativamente, se puede utilizar la entrada de energía al sistema.${\displaystyle P}$utilizado para mover el sistema a velocidad constante${\displaystyle v}$El costo del transporte es adimensional.

También se denomina fuerza de tracción específica o resistencia específica (véase el diagrama de von Kármán-Gabrielli ). Cuando la energía proviene de procesos metabólicos (es decir, en humanos o animales), a menudo se denomina coste metabólico del transporte y se mide como el coste aeróbico en términos de consumo de oxígeno, ya que suele ser la única forma de medirlo en animales que nadan. ^{[ 2 ]}

Un ser humano alcanza el menor coste de transporte al caminar a una velocidad de 1 a 1,5 metros por segundo (2,2 a 3,4 mph) , con un consumo de 0,8 kcal/(kg·km) o, como mínimo, de 3,3 kJ/(kg·km). Por lo tanto, una persona que pesa 70 kg consume energía metabólica a una tasa de 231 W al caminar a 1 m/s y tiene un coste de transporte adimensional de aproximadamente 0,34. 

La energética y la economía de la carrera en humanos se estudian principalmente en el contexto del deporte. Las estimaciones del COT varían, pero indican una independencia casi total de la velocidad de carrera entre 1 y 3,5 m/s: ~3,9 J/(kg m) ^{[ 3 ]} o 1 kcal/(kg km) (~4,184 J/(kg m)). ^{[ 4 ]}

El rendimiento humano también puede medirse mecánicamente, por ejemplo, en una cinta de correr o una bicicleta estática, y convertirse con una eficiencia muscular supuesta, por ejemplo, del 25 %. De esta forma, solo se contabiliza el coste metabólico adicional (neto). Esto permite comparar el coste del transporte con el de los vehículos de motor, donde no se tiene en cuenta el metabolismo basal de los conductores, el personal ni los pasajeros.