ENERGA DE PROPULSIN HUMANA EN BICICLETALa mayora de las personas del siglo XXI somos tan analfabetos en temas energticos que hemos quedado reducidos a simples abonados de las corporaciones que producen y comercializan energa. Nuestra civilizacin se ha lanzado histricamente sobre cualquier fuente de energa disponible. Primero, fueron las llamadas energas de sangre (animales domsticos y esclavos humanos) luego al aprovechamiento del viento y el agua (velas, norias, etc.) hasta que de pronto descubrimos el vapor quemando madera o carbn y luego ya llegamos al paroxismo con los combustibles fsiles lquidos y la fisin del tomo. El vapor nos permiti a su vez generar un vector energtico como la electricidad. Y hoy la electricidad aporta la energa a un 40 % de las necesidades humanas (especialmente, en el mbito domstico). Pero para la produccin de electricidad hemos descubierto otras formas ms sostenibles que el sucio petrleo y la peligrosa radiactividad: son las llamadas energas renovables (la fotovoltaica, la elica, la mareomotriz, la minihidrulica, etc.).

Una mquina ideal para el ahorro de combustibles fsiles y autoproducirse la energa renovable en la propia vivienda.Pero a menudo nos descuidamos de otra fuente renovable nada despreciable: la energa humana como fuente para producir electricidad. Este reportaje quiere ser una aproximacin a la energa de propulsin humana mediante la bicicleta para usos domsticos (otro cantar es labicimanapara volar, navegar, etc. que sera objeto de otro reportaje).Capacidad energtica del ser humano

Central energtica a propulsin humana a base de pedaleo comunitario.La fuerza mecnica de los humanos nace de la aportacin energtica de los alimentos que dan movimiento a la musculatura e intervienen en el buen funcionamiento metablico que nos permite la vida. El valor de los alimentos (vegetales y animales) es proporcional a la cantidad de energa que nos proporciona cuando se metaboliza en presencia de oxgeno. La unidad de medida es el Joule, aunque por tradicin se emplea tambin la calora 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 energtica es muy pequea por lo que la aportacin energtica de los alimentos se mide en kilocaloras (1 kcal = 1.000 caloras). Las dietas humanas contienen entre 1.000 kcal/da hasta 4.000 kcal/da. La cantidad de energa vara segn la actividad que desarrollemos. No es lo mismo cortar lea que correr o atender el trabajo en una oficina. Una parte de la energa de los alimentos est destinada a lo que se llama mantenimiento metablico basal (incluida la necesidad del reposo o dormir). En una persona adulta de unos 70 kg este mnimo vital se lleva ya unas 1.650 kcal en alimento. Aqu tambin es importante la dieta o aportacin calrica de cada tipo de alimento. Mientras los hidratos de carbono proporcionan 4 kcal por gramo, igual que las protenas, las grasas proporcionan 9 kcal por gramo. El combustible que ingerimos pues es determinante para la actividad que realizamos. Si consumimos ms que no gastamos, pues uno engorda y podemos perder calidad metablica (o sea perjudicar nuestra salud).

Mquina de coser montada sobre un triciclo en Yakarta. Foto Wiki Commons.La potencia media energtica humana, con alimentacin adecuada, est alrededor de los 150 W sobre una mquina capaz de su aprovechamiento, como es una bicicleta. Un aficionado al ciclismo puede dar fcilmente 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 tambin del tiempo. Por breves espacios de tiempo sobre una bicicleta se pueden desarrollar potencias de hasta 400 W (determinados ciclistas de competicin en unsprint), pero lo habitual es que para usos energticos extendidos durante varias horas, no se supere los 50 W de potencia. Igualmente, el trabajo muscular depende tambin de la interaccin 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. Adems, la disponibilidad de lquidos y alimentos en el recorrido, la temperatura ambiental, etc. tambin influyen en la potencia final desarrollada por quien pedala.

El potencial energtico de la propulsin humana en bicicleta est condicionada por el propio diseo del ciclo y muy especialmente del sistema de pedaleo. Foto: Rotor RS4X de Rotor Componentes Tecnolgicos.Finalmente, la potencia real que podemos ejercer depende de la relacin entre la velocidad de rotacin en revoluciones por minuto y el rendimiento en la transmisin. Adentrarnos en el mundo dela ciencia sobre la bicicletanos obligara a una extensin y nivel de comprensin que ultrapasa la finalidad de este artculo. 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 transmisin nos permite un desarrollo con slo una prdida del 10 % respecto a un ideal como es 15:1. En otras palabras aplicando 50 W de potencia el pedaleo nos entregara 45 W. Sin embargo, hay otras partes que intervienen como son la medida de las bielas o tambin la propia posicin del ciclista. Igualmente, el diseo del plato aporta mejoras en la eficiencia. Este es el caso de los plato ovalados oQringy el plato articuladoRotor[2] desarrollados por al empresa espaolaRotor Componentes Tecnolgicosque incrementan entre un 11 % y el 16 % la potencia respectivamente en comparacin con un plato dentado convencional. Pero si en vez de desplazarnos con la bicicleta, lo que queremos es generar energia elctrica, el rendimiento final obtenido depender del ingenio que genere la energa elctrica, en este caso la dinamo o generador.En sntesis, 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 da y por semana supondra quemar entre 1 y 1,5 kg de grasa y nos aportara la energa necesaria para ver una pelcula en DVD sobre una pantalla plana de unas 19 pulgadas.Redescubriendo la energa de los pedalesPartiremos del principio que una de las mquinas ms eficientes para transmitir la potencia energtica humana es la bicicleta. Recordemos que cuando uno se desplaza en bicicleta se consumen alrededor de 0,15 caloras por gramo de peso del individuo y por kilmetro, comparado con 0,75 caloras andando. Montados en una bicicleta, tanto por la posicin del cuerpo como por su diseo 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 extrao pues que la invencin de la bicicleta y de la electricidad pronto tuvieran una convergencia tecnolgica. En seguida se aplic al movimiento de la rueda la posibilidad de producir la iluminacin para circular de noche con la llamada dinamo que rodaba sobre la cubierta neumtica. Ms tarde este mismo principio de generacin elctrica se aplic sobre los bujes de las ruedas (dinamos de buje) que reducen la prdida energtica por el rozamiento. Finalmente, los propios engranajes ciclistas han servido para imaginar un sin fin de aplicaciones para obtener energa mecnica de una forma ms eficiente.

Herramienta de taladro accionada por pedaleo difundida por el grupo CCAT de la Universidad de Humbolt (EUA).A principios de los aos 70 y como resultado de la crisis energtica muchas personas volcaron su capacidad intelectual para buscar cmo obtener energa con sistemas autnomos y menos dependientes del petrleo. Sin duda, las energas renovables, y en especial los ingenios elicos y solares fueron de los primeros. Pero tambin recibi una significativa atencin la energa de propulsin humana. Un libro histrico en este sentido esPedal Power in work, leisure and transportation(Pennsylvania: Rodale Press, 1974) de James C. McCullagh que recopila algunas de las experiencias en el mbito del aprovechamiento de la potencia de los pedales incluidas mquinas como losdynapod(dinamo de pi) o artilugios para trabajos mecnicos accionados a pedales. Hoy hay pedales generadores de electricidad para proporcionar iluminacin, elevar agua con una bomba, pero tambin para trabajos mecnicos 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 tecnologa apropiada ms interesantes de todo lo disponible.Existen diseosmltiples para realizar trabajos de forma ms eficiente a partir de la energa que puede brindar el pedaleo. Son las llamadasbicimquinascomo los que promueve la organizacin mexicanaCentro Autnomo para la Creacin Intercultural de Tecnologas Apropiadasen Mxico o la organizacin guatemaltecaMaya Pedal. Estas organizaciones, adems de disear sus bicimquinas pues tienen tambin el objetivo de recuperar bicicletas viejas. Los inventos en este mbito de lo que podemos llamar tecnologas apropiadas vienen desarrollndose por todo el planeta. Un ejemplo, curioso son las mquinas de coser a pedales que en Yakarta en Indonesia forman parte de los trabajadores a domicilio que ofrecen sus servicios de forma ambulante; razn por la cual van sobre un triciclo. La bicicleta como fuente de energa mecnica es sin duda la que tiene el mayor abanico de aplicaciones descritas y documentadas.

Licuadora a base de pedaleo fabricada por Maya Pedal reciclando piezas de bicicleta viejas.Aplicaciones cicloelctricasUna de las revoluciones a las que asistiremos en los prximos aos ser la generacin elctrica con energa de propulsin humana. Lo que puede parecer una broma es una realidad gracias a las posibilidades que otorgan los nuevos imanes cermicos y los diseos de generadores y estabilizadores que permite la microelectrnica de los semiconductores. Estos sistemas de generacin elctrica con pedaleo parten habitualmente de un principio bsico que es producir la electricidad con un generador de corriente continua para que sea almacenada a una batera y de esta ya de forma estabilizada convertirla si es necesario a corriente alterna para alimentar pequeos electrodomsticos caseros. La clave en la conversin elctrica de la energa del pedaleo est en que el rango de velocidad puede ser muy variable y esto exige, como hemos comentado, el almacenamiento previo. Sin embargo, puede que cuando se implante la autoproduccin energtica en el mbito domstico se diseen inversores capaces de inyectar cicloelectricidad alterna a la red.Un caso de tecnologa emergente en el mbito de la generacin elctrica a partir de las bicicletas son lasdinamos de buje. Estas dinamos situadas en lugar del buje tradicional tienen la ventaja de tener menos rozamiento y un mayor potencial energtico. Gracias a ello actualmente se han convertido ya en una tecnologa muy apreciada para cargar, mientras se pedalea, pequeas utilidades microelectrnicas tales como telfonos mviles, aparatos de MP3, GPS, etc. Las dinamos de buje empezaron a ser populares a partir de 1940 por ser ms eficientes que las dinamos de botella que perdan eficiencia debido al rozamiento con el neumtico. El coeficiente de rozamiento que aaden las dinamos de buje es mnimo y aunque su peso puede ser unas 5 veces mayor que un buje le aportan una gran utilidad a la rueda.

Dinamo de buje de SON, sistema de transmisin de la energa generada por la dinamo hasta la batera polivalente (segn una idea de Dahon) que permite posteriormente la recarga de pequeas utilidades microelectrnicas. El cargador PedalPower+ puede necesitar de unas 2,5 horas de pedaleo para que la dinamo de buje haga una carga completa de nuestro telfono mvil.El rozamiento de noche cuando la luz est encendida es algo mayor, pero tanto con la luz apagada como en funcionamiento a 15 km/h no supone ms que un decrecimiento en el rendimiento del pedaleo inferior al 10 %. La cantidad de luz que ofrecen es en base a la legislacin alemana para bicicletas que exige 0,75 W de luz a 5 km/h y 2,7 W a 15 km/h. Actualmente, existen esencialmente tres fabricantes: la inglesa Sturmey-Archer, la japonesa Shimano y la alemanaSchmidt Maschinenbau (SON). Esta ltima ofrece tambin el modelo XS100 para ruedas de bicicletas plegables.Junta con la dinamo de buje algunos fabricantes han desarrollado ya estabilizadores de la corriente continua para cargar aparatos microelectrnicos, caso del E-Werk deBusch&Mller. En general son dispositivos diseados para modular la electricidad continua generada por la dinamo de buje para que sea adecuada al aparato que queremos recargar durante nuestro paseo. Otras marcas han lanzado bateras de alta capacidad que almacenan la electricidad generada en la dinamo de buje que luego podemos traspasar a los pequeos gadgets microelectrnicos.Kits de cicloenerga elctrica

Kit de produccin energtica para una bicicleta de la empresa americana Windstream Power. Uno de los de mayor calidad que existen en el mercado.Finalmente, hay que destacar los kits decicloenergaque basan su tecnologa en potentes generadores de corriente continua que se adjuntan a caballetes de entrenamiento para bicicletas. Sobre estos caballetes, nuestra bicicleta convencional puede convertirse en bicicleta esttica y de este modo pedalear en casa a la vez que generamos energa elctrica. En este caso la calidad energtica o el mejor rendimiento de los mismos dependen de un buen diseo ya que adems del generador propiamente dicho deben tener un buen eje as como una superficie de rodamiento con el mnimo de friccin posible. Entre los kits de mayor calidad destaca el norteamericano deWindstreamcapaces de proporcionar unos 20 Ah en un ritmo de pedaleo sostenible. Si lo usamos de cargador para una batera de 12 V este tipo de generadores pueden entregar 240 W a 15 V mximo. Pero existen verdaderosforofos del llamado Pedal Powercapaces de convertir una bicicleta en una verdadera mquina productora de energa. Los manuales y trabajos en este campo son innumerables. Tanto informaciones accesibles en internet, como lahoja tcnica de David Gordon, hasta el libro de Tamara Dean,The Human-Powered Homepublicado porNewSociety, ofrecen posibilidades para aprender sobre el tema. Al fin y al cabo, disearse su propiokit de cicloenerga autnomodestinado a pases no desarrollados no es tan difcil y la informacin no falta en internet donde pueden encontrarse ingenios diversos.

Sistema de generacin elctrica con mltiples bicicletas. Una dinamo-generador para la rueda de una bicicleta para generar electricidad deRollergen. Mesa de pedaleo para alimentar un ordenador porttil.El segundo elemento clave de estos kits son las bateras. Windstream, por ejemplo se suministra con bateras de 20 a 60 Ah en 12 voltios que pueden proporcionar de 240 a 720 Wh, las cuales, una vez cargadas gracias a la energa mecnica del pedaleo, disponen de suficiente energa para suministrar varias horas de electricidad en continua o en alterna (si aadimos un inversor) para un ordenador, la televisin y otros pequeos electrodomsticos de nuestro hogar. Los generadores ms usuales de bicicletas rinden unos 200 W y a 12 V pueden proporcionar de 8 a 17 Ah (jo posara : pueden proporcionar un mximo de 17 Ah ...) con un ritmo de pedaleo respetable. Otro producto interesante es el Shakti de la empresaRollergen, que de forma muy compacta ofrece 100 W de potencia y es especialmente adecuado para actividades de cooperacin.

Kit de produccin energtica demostrativo haciendo funcionar un Scalextric, una actividad pedaggica propiedad del Institut Catal de l'Energia en Barcelona. Obsrvese en la imagen de la izquierda el motor generador de 200 W y la superficie de rodamiento. Foto: Fundacin Tierra.Estos kits son interesantes porqu en si mismos llevan la esencia de las bases de conocimiento esencial sobre la electricidad. El motor tiene una potencia pero en funcin de nuestro pedaleo y las revoluciones del mismo, el voltaje es variable. Una experiencia bien interesante es el Scalextric cicloelctrico. Los cochecitos funcionan entre 6 y 12 V de corriente. Con un motor de 200 W se observa perfectamente cuanto pedaleo es necesario para que el coche avance y sobretodo el esfuerzo que hay que hacer si queremos que corra a mxima velocidad. Lo mximo que los chavales han sido capaces de generar en estas experiencias son 140 Wh, segn han observado enIntiam Ruai, una de las empresas pioneras en la pedagoga de las renovables, son 140 Wh.

Detalle de uno de los famosos rboles navideos de propulsin ciclista que el Ayuntamiento de Barcelona puso en las calles en el 2008-09. Ntese la escasa calidad del kit generador como muestra la imagen de la izquierda. Se trata de simple dinamo de botella deslizndose sobre un cilindro giratorio; una autntica chapuza tecnolgica que se vio nuevamente en el Festival de la Infancia 2009-10 de Barcelona. Foto: Fundacin Tierra.Otra aplicacin de la energa humana generadora de electricidad es la diseada por la empresaAzimut360que llamaanthroposinergay en la que el movimiento de la dinamo se consigue con la fuerza de una rueda que a modo de volante de inercia le da estabilidad al pedaleo y facilidad para la produccin energtica. Esta aplicacin se puso en marcha para el proyectoEn Clave de Soldiseada por laAsociacin Producciones Callejerasque impulsan conciertos musicales con renovables y energa biomotriz. El diseo de etas bicimquinas energticas es sin duda una de las ms interesantes para producir electricidad limpia. La energa de la dinamo se pasa por un regulador que la enva a una batera y desde la misma se conecta a los equipos de msica implicados en el sistema. En fin, una buena iniciativa para convertirlos eventos artsticos y musicalesno slo una actividad sostenible y participativa.

Las bicicletas con volante de inercia para generar electricidad y convertir en autnomos energticamente los conciertos musicales con renovables y bici. Fotos: Fundacin Tierra.Ms all de la cantidad de energa que un kit cicloelctrico puede entregarnos de forma alternativa y renovable, estas aplicaciones cicloelctricas tienen una componente pedaggica muy importante pues nos dan una relacin directa del esfuerzo que supone la generacin de energa elctrica y la necesidad del ahorro de la misma. Sin ir ms lejos y como ejemplo, pedalear a buen ritmo durante treinta minutos nos aportara 1 hora de consumo para un ordenador porttil. Sin duda, las aplicaciones didcticas en este caso pueden doblar en inters al objetivo de produccin energtica, aunque sta tampoco es despreciable y aporta una autonoma energtica de alto valor. En el futuro ser interesante que, a la par de las mejoras tecnolgicas de la bicicleta, aparezcan dinamos diseadas especficamente para el pedaleo y que permitan inyectar directamente la electricidad generada a la red elctrica de nuestra vivienda. De este modo el esfuerzo de estos, digamos por ejemplo 140 Wh de una hora de pedaleo y ejercicio, tendrn la compensacin de la autoproduccin energtica.

Pedales humanos convertidos en la fuerza para accionar un tiovivo lleno de sensibilidad para que los ms pequeos viajen al pas de los sueos creado porTheatre de la Toupine. Foto: Fundacin Tierra.