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Articulo de referencia

poder humano

Personal de la Armada de los Estados Unidos operando maquinaria de manivela para elevar una catapulta de aviones en el USS Ronald Reagan (CVN-76). La potencia humana es la c...

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Personal de la Armada de los Estados Unidos operando maquinaria de manivela para elevar una catapulta de aviones en el USS Ronald Reagan (CVN-76).  

La potencia humana es la cantidad de trabajo o energía que produce el cuerpo humano . También puede referirse a la potencia (tasa de trabajo por unidad de tiempo) de una persona. La potencia proviene principalmente de los músculos , pero el calor corporal también se utiliza para realizar trabajo, como calentar refugios , alimentos u otras personas.

Los récords mundiales de rendimiento energético humano son de interés para los planificadores de trabajo y los ingenieros de procesos laborales . El nivel promedio de rendimiento energético humano que se puede mantener durante un período de tiempo determinado resulta interesante para los ingenieros que diseñan operaciones laborales en la industria.

El transporte impulsado por la fuerza humana incluye bicicletas , remo , esquí y muchas otras formas de movilidad.

En ocasiones, se utilizan equipos accionados por energía humana para generar, y a veces almacenar, energía eléctrica para su uso donde no hay otra fuente de energía disponible. Entre ellos se incluyen la radio de supervivencia Gibson Girl , la radio de cuerda o de relojería y la radio de pedal.

Potencia disponible

El metabolismo humano normal produce calor a una tasa metabólica basal de alrededor de 80 vatios (0,1 Hp). [ 1 ] Cuando el cuerpo humano produce potencia mecánica mediante los músculos esqueléticos, se genera calor residual adicional dentro de esos músculos. La cantidad de calor residual generado depende de la cantidad de ATP que se regenera por medios aeróbicos o anaeróbicos, así como del tipo de fibras musculares involucradas, siendo las fibras de contracción rápida considerablemente menos eficientes que las de contracción lenta. La eficiencia puede alcanzar hasta un 56 % en los primeros 30 segundos, para luego disminuir gradualmente hasta un promedio del 25 % a lo largo de varios minutos. [ 2 ] Esto significa que el cuerpo humano genera 3 vatios de calor residual por cada vatio de potencia mecánica de salida cuando esta se mantiene durante más de unos minutos. Esto se suma a la tasa metabólica basal, que puede aumentar a más de 80 W debido a la carga metabólica adicional derivada del esfuerzo físico.

Durante una carrera de bicicletas , un ciclista de élite puede producir alrededor de 440 vatios de potencia mecánica durante una hora y los ciclistas de pista en ráfagas cortas de más de 2500 vatios; las bicicletas de carreras modernas tienen una eficiencia mecánica superior al 95 % . Un adulto en buena forma física tiene más probabilidades de promediar entre 50 y 150 vatios de potencia mecánica durante una hora de ejercicio vigoroso, mientras que genera aproximadamente entre 150 W y 450 W de calor residual adicional en los músculos involucrados. Durante una jornada laboral de 8 horas, un trabajador manual promedio, sano, bien alimentado y motivado puede mantener una potencia mecánica de alrededor de 75 vatios . [ 3 ] Sin embargo, el rendimiento potencial de la energía eléctrica humana se ve disminuido por la ineficiencia de cualquier dispositivo generador, ya que todos los generadores reales incurren en pérdidas durante el proceso de conversión de energía . [ 4 ] [ 5 ]

Es posible utilizar equipos de ejercicio para la generación de energía, conectando las partes móviles a componentes de generadores eléctricos ; [ 6 ] algunos equipos de gimnasio domésticos utilizan generadores de CC para alimentar lecturas, pantallas y controlar la cantidad de resistencia que ofrece la máquina. [ 6 ] La cantidad de energía generada es tan pequeña en comparación con las fuentes de energía industriales que el costo del equipo de conversión la hace económicamente inviable. [ 6 ] Por ejemplo, abastecer un hogar promedio de Estados Unidos únicamente con electricidad generada por equipos de ejercicio durante un día requeriría que más de cien personas pedalearan en bicicletas estáticas durante todo ese tiempo. [ 6 ] [ 7 ]

Transporte

Las bicicletas son un ejemplo de transporte impulsado por la fuerza humana.

Varias formas de transporte utilizan la fuerza humana. Entre ellas se incluyen la bicicleta , la silla de ruedas , caminar , la patineta , la carretilla , el remo , los esquís y el rickshaw . Algunas formas pueden utilizar a más de una persona. La galera histórica era impulsada por hombres libres o ciudadanos en la antigüedad, y por esclavos capturados por piratas en épocas más recientes. El MacCready Gossamer Condor fue la primera aeronave impulsada por fuerza humana capaz de un vuelo controlado y sostenido, realizando su primer vuelo en 1977. En 2007, Jason Lewis de Expedition 360 se convirtió en la primera persona en circunnavegar el globo en latitudes no polares utilizando únicamente la fuerza humana: caminando, en bicicleta y patinando sobre ruedas a través de las masas terrestres; y nadando, en kayak, remando y utilizando un bote a pedales de 26 pies de largo para cruzar los océanos. [ 8 ] [ 9 ]

Dispositivos y máquinas de uso general

Una rueda de pedales utilizada como instrumento de castigo en la prisión de Coldbath Fields en Londres , Inglaterra, en 1864.
Una linterna de funcionamiento mecánico . Utiliza un generador lineal y se carga agitándola a lo largo de su eje longitudinal.

Las ruedas de pisar , también llamadas cintas de correr, son máquinas o motores impulsados ​​por personas. Su apariencia puede asemejarse a la de una rueda hidráulica y pueden funcionar bien mediante el pedaleo de paletas colocadas en su circunferencia (cinta de correr) o bien estando una persona de pie dentro de ella (rueda de pisar).

Algunos dispositivos utilizan energía humana. Pueden usar directamente la energía mecánica de los músculos, o un generador puede convertir la energía generada por el cuerpo en energía eléctrica.

Los equipos accionados por energía humana consisten principalmente en aparatos eléctricos que pueden alimentarse con electricidad generada por la fuerza muscular humana, como alternativa a las fuentes de electricidad convencionales, como las pilas desechables y la red eléctrica . Estos dispositivos contienen generadores eléctricos o un sistema de inducción para recargar sus baterías . Actualmente, existen generadores de manivela independientes para recargar dispositivos electrónicos portátiles con batería, como los teléfonos móviles . Otros, como las linternas mecánicas , tienen el generador integrado. Los relojes de pulsera pueden usar la fuerza muscular para mantener su cuerda .

Una alternativa a las baterías recargables para el almacenamiento de electricidad son los supercondensadores , que actualmente se utilizan en algunos dispositivos, como la linterna mecánica que se muestra aquí. Entre los dispositivos que almacenan la energía mecánicamente, en lugar de eléctricamente, se encuentran las radios de cuerda con un muelle principal que se acciona mediante una manivela y hace girar un generador para alimentar la radio.

Un ejemplo temprano del uso regular de equipos eléctricos accionados por energía humana se encuentra en los primeros sistemas telefónicos ; la corriente para hacer sonar el timbre remoto se obtenía cuando un abonado giraba una manivela en el teléfono, lo que hacía girar un pequeño generador magnético . Los dispositivos accionados por energía humana son útiles como equipo de emergencia, cuando desastres naturales, guerras o disturbios civiles interrumpen el suministro eléctrico habitual. También se han considerado económicos para su uso en países pobres, donde las baterías pueden ser caras y la electricidad de la red es poco fiable o inexistente. Además, son una alternativa ambientalmente preferible al uso de baterías desechables, que son una fuente de energía derrochadora y pueden introducir metales pesados ​​en el medio ambiente. La comunicación es una aplicación común para la cantidad relativamente pequeña de energía eléctrica que puede generar una persona al hacer girar un generador.

Radio impulsada por energía humana

radio de supervivencia

Transmisor de radio BC-778 "Gibson Girl"

La radio de supervivencia Gibson Girl de la época de la Segunda Guerra Mundial utilizaba un generador de manivela para proporcionar energía; esto evitaba el rendimiento poco fiable de las pilas secas que podían almacenarse durante meses antes de ser necesarias, aunque tenía el inconveniente de que el superviviente tenía que estar en buena forma para girar la manivela. Las radios de supervivencia fueron inventadas y desplegadas por ambos bandos durante la guerra. [ 10 ] Los transmisores de radio de supervivencia SCR-578 (y el similar AN/CRT-3 de la posguerra) que llevaban los aviones en operaciones sobre el agua recibieron el apodo de " Gibson Girl " debido a su forma de "reloj de arena", que permitía sujetarlos inmóviles entre las piernas mientras se giraba la manivela del generador.

radio militar

Soldados estadounidenses utilizando un generador de manivela GN-45 para alimentar su equipo de radio durante la Segunda Guerra Mundial.

Durante la Segunda Guerra Mundial , las tropas estadounidenses a veces empleaban generadores de manivela, GN-35 y GN-45, para alimentar los transmisores/receptores de radio del Cuerpo de Señales . [ 11 ] El accionamiento manual era laborioso, pero generaba suficiente corriente para equipos de radio más pequeños, como el SCR-131, SCR-161, SCR-171, SCR-284 y SCR-694 . [ 12 ]

Radio de cuerda

La radio de cuerda Baygen original con manivela en posición de cuerda.

Una radio de cuerda o de relojería es una radio que funciona con la fuerza muscular humana en lugar de pilas o la red eléctrica. En su configuración más común, un generador eléctrico interno acciona un muelle principal, que se da cuerda mediante una manivela en la carcasa. Al girar la manivela, se da cuerda al muelle y, una vez cargado por completo, permite varias horas de funcionamiento. Como alternativa, el generador puede cargar una batería interna.

Las radios alimentadas por generadores de manivela no son nuevas, pero su mercado se consideraba anteriormente limitado a organizaciones militares o de emergencia. La moderna radio de cuerda fue diseñada y patentada en 1991 por el inventor británico Trevor Baylis como respuesta a la crisis del VIH/SIDA . La concibió como una radio para personas pobres en países en desarrollo, especialmente en África , sin acceso a baterías. En 1994, el contable británico Chris Staines y su socio sudafricano, Rory Stear, obtuvieron la licencia mundial del invento y cofundaron Baygen Power Industries (ahora Freeplay Energy Ltd), que produjo el primer modelo comercial. La clave de su diseño, que ya no se utiliza, era el uso de un resorte de velocidad constante para almacenar la energía potencial . Después de que Baylis perdiera el control de su invento cuando Baygen se convirtió en Freeplay, las unidades de Freeplay Energy pasaron a utilizar baterías desechables cargadas por generadores de manivela más económicos.

Al igual que otros aparatos autoalimentados, las radios de cuerda estaban pensadas para acampar , situaciones de emergencia y zonas sin acceso a la red eléctrica donde es difícil conseguir pilas de repuesto, como en países en desarrollo o asentamientos remotos. También resultan útiles en lugares donde no se usa la radio con regularidad y las pilas se deteriorarían, como en una casa de vacaciones o una cabaña.

Las radios de cuerda diseñadas para uso de emergencia suelen incluir linternas , luces de emergencia intermitentes y sirenas de emergencia. También pueden incluir varias fuentes de alimentación alternativas, como pilas desechables o recargables , tomas para encendedor de cigarrillos y paneles solares .

Transmisor accionado por pedales

Radio de pedales utilizada en el faro de South Solitary Island para comunicarse con la estación de faro de Norah Head , 1946.

La radio de pedales (o radio inalámbrica de pedales ) era un transmisor-receptor de radio alimentado por un generador accionado por pedales. Fue desarrollada por el ingeniero e inventor de Australia Meridional, Alfred Traeger, en 1929 como una forma de proporcionar comunicaciones por radio a granjas y ranchos ganaderos remotos en el interior de Australia . [ 13 ] En ese momento no había suministro eléctrico ni generadores disponibles, y las baterías para proporcionar la energía necesaria habrían sido demasiado caras. Fue un invento de gran importancia, [ 14 ] ya que esta tecnología permitió al Royal Flying Doctor Service , y más tarde a la School of the Air , conectar a las personas que vivían en zonas remotas con los servicios de emergencia y la educación. [ 15 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Cross, R. y Spencer, R. 2008. Jardines sostenibles . CSIRO Publishing, Collingwood, Melbourne. ISBN 978-0-643-09422-2.
  2. ↑ Andersen, P; Saltin, B; Krustrup, Peter; Bangsbo, Jens; Saltin, Bengt (septiembre de 1985). "Perfusión máxima del músculo esquelético en el hombre" . The Journal of Physiology . 366 (1): 233– 249. doi : 10.1113/jphysiol.1985.sp015794 . PMC 1193029. La eficiencia mecánica para el trabajo de extensión de rodilla fue del 24 % con base en un aumento medio observado en ro2 extensor de rodilla de 0-54 1 min- con un aumento en la carga de trabajo de 10 W a 55 W.  
  3. ↑ Eugene A. Avallone et al., (eds.), Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, 11.ª edición , McGraw Hill, Nueva York, 2007 ISBN 0-07-142867-4página 9-4
  4. ↑ Manual de referencia para ingenieros mecánicos (11.ª ed.). Butterworth & Co. 1985. págs. 2-68. ISBN   040800083XEl movimiento de un cuerpo con respecto a otro cuerpo con el que está en contacto va acompañado de una fuerza de fricción .
  5. ↑ Ingeniería eléctrica: Una introducción . Saunders College Publishing. 1984. pág. 610. ISBN  0-03-061758-8.
  6. 1 2 3 4 Gibson, Tom (2011). "Convirtiendo el sudor en vatios". IEEE Spectrum . 48 (7): 50– 55. doi : 10.1109/MSPEC.2011.5910449 . S2CID 41300023. Un gimnasio podría tener que esperar décadas para recuperar el dinero que gastó en convertir sus máquinas de ejercicio para generar electricidad . 
  7. ↑ La bicicleta impulsada por energía humana tiene una eficiencia del 70%, https://workingwellresources.blog/2010/02/19/green-workouts-with-human-dynamo-4-2/
  8. ↑ Récords Mundiales Guinness (6 de octubre de 2007). "Circunnavegaciones impulsadas por energía humana" (PDF) .
  9. ↑ AdventureStats de Explorersweb. "Global HPC - Circunnavegaciones impulsadas por humanos" . Explorersweb. Archivado del original el 1 de octubre de 2018. Consultado el 12 de julio de 2013 .
  10. ↑ http://wftw.nl/gibsongirl/gibsongirl.html Gibson Girl (consultado el 26 de abril de 2012)
  11. ↑ El Ejército de los Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial, Registro Pictórico, Guerra contra Alemania: Europa y Áreas Adyacentes (Papel) . Oficina de Imprenta del Gobierno. 1994. págs. 85–. ISBN  978-0-16-087334-8.
  12. ↑ George Raynor Thompson; Dixie R. Harris (1966). El Cuerpo de Señales: el resultado (mediados de 1943 a 1945) . Oficina del Jefe de Historia Militar, Ejército de los EE. UU. (a la venta por el Superintendente de Documentos, Oficina de Imprenta del Gobierno de los EE. UU.). págs. 665–. 
  13. ↑ Begbie, Richard (julio de 1999). "La radio de pedales del gran Outback" . Clasificación de radios antiguas . 16 (7).
  14. ↑ "Generador de pedales utilizado por el Servicio de Médicos Voladores" . Trove . Biblioteca Nacional de Australia . Consultado el 3 de enero de 2019. El pedal Traeger representa un hito significativo en la historia de las comunicaciones en Australia.
  15. ↑ Behr, John. "Traeger, Alfred Hermann (1895–1980)" . Biografía - Alfred Hermann Traeger - Diccionario Australiano de Biografías . Centro Nacional de Biografías, Universidad Nacional Australiana . Consultado el 24 de agosto de 2019 .{{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda )