Poder humano
En la mayoría de las células animales, el trifosfato de adenosina (ATP), un compuesto con alto potencial energético, funciona como el principal portador de energía química. En general, la energía para sintetizar las moléculas de ATP debe obtenerse de moléculas de combustible bastante complejas. El cuerpo humano utiliza tres tipos de moléculas para obtener la energía necesaria para impulsar la síntesis de ATP: grasas, proteínas e hidratos de carbono.
Las mitocondrias son el principal lugar de síntesis de ATP en los mamíferos, aunque también se sintetiza algo de ATP en el citoplasma. Los lípidos se descomponen en ácidos grasos, las proteínas en aminoácidos y los hidratos de carbono en glucosa. A través de una serie de reacciones de oxidación-reducción, las mitocondrias degradan los ácidos grasos, los aminoácidos y el piruvato (el producto final de la degradación de la glucosa en el citoplasma) en varios compuestos intermedios, así como en las coenzimas portadoras de electrones reducidas NADH y FADH2 (Figura 1). Los productos intermedios entran en el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), dando lugar también a NADH y FADH2. Estos portadores de electrones reducidos se oxidan a su vez a través de la cadena de transporte de electrones, con el consumo concomitante de oxígeno y la síntesis de ATP (Figura 1). Este proceso se denomina fosforilación oxidativa.
Aprovechamiento de la energía humana
Todas las funciones corporales, desde pensar hasta levantar pesos, requieren energía. Las numerosas pequeñas acciones musculares que acompañan a toda actividad tranquila, desde dormir hasta rascarse la cabeza, se convierten en última instancia en energía térmica, al igual que las acciones musculares menos visibles del corazón, los pulmones y el tracto digestivo. El ritmo al que el cuerpo utiliza la energía de los alimentos para mantener la vida y realizar las diferentes actividades se denomina tasa metabólica. La tasa total de conversión de energía de una persona en reposo se denomina tasa metabólica basal (TMB) y se divide entre varios sistemas del cuerpo, como se muestra en la siguiente tabla:
La mayor fracción de energía se destina al hígado y al bazo, y el cerebro le sigue. Alrededor del 75% de las calorías quemadas en un día se destinan a estas funciones básicas. Un 25% de toda la energía metabólica basal que consume el cuerpo se utiliza para mantener los potenciales eléctricos en todas las células vivas. (Las células nerviosas utilizan este potencial eléctrico en los impulsos nerviosos). Esta energía bioeléctrica se convierte en última instancia en energía térmica, pero una parte se utiliza para alimentar procesos químicos, como en los riñones y el hígado, y en la producción de grasa. La TMB depende de la edad, el sexo, el peso corporal total y la cantidad de masa muscular (que quema más calorías que la grasa corporal). Los deportistas tienen una RMB mayor debido a este último factor. Por supuesto, durante el ejercicio vigoroso, el consumo de energía de los músculos esqueléticos y del corazón aumenta notablemente. El siguiente diagrama resume el funcionamiento energético básico del cuerpo humano.
Potencia humana en vatios
Todas las funciones corporales, desde pensar hasta levantar pesos, requieren energía. Las numerosas pequeñas acciones musculares que acompañan a toda actividad tranquila, desde dormir hasta rascarse la cabeza, se convierten en última instancia en energía térmica, al igual que las acciones musculares menos visibles del corazón, los pulmones y el tracto digestivo. El ritmo al que el cuerpo utiliza la energía de los alimentos para mantener la vida y realizar las distintas actividades se denomina tasa metabólica. La tasa total de conversión de energía de una persona en reposo se denomina tasa metabólica basal (TMB) y se divide entre varios sistemas del cuerpo, como se muestra en la siguiente tabla:
La mayor fracción de energía se destina al hígado y al bazo, y el cerebro le sigue. Alrededor del 75% de las calorías quemadas en un día se destinan a estas funciones básicas. Un 25% de toda la energía metabólica basal que consume el cuerpo se utiliza para mantener los potenciales eléctricos en todas las células vivas. (Las células nerviosas utilizan este potencial eléctrico en los impulsos nerviosos). Esta energía bioeléctrica se convierte en última instancia en energía térmica, pero una parte se utiliza para alimentar procesos químicos, como en los riñones y el hígado, y en la producción de grasa. La TMB depende de la edad, el sexo, el peso corporal total y la cantidad de masa muscular (que quema más calorías que la grasa corporal). Los deportistas tienen una RMB mayor debido a este último factor. Por supuesto, durante el ejercicio vigoroso, el consumo de energía de los músculos esqueléticos y del corazón aumenta notablemente. El siguiente diagrama resume el funcionamiento energético básico del cuerpo humano.
Cuánto calor produce un ser humano
son las temperaturas del cuerpo y del entorno en grados Kelvin, respectivamente. La principal tecnología para convertir el calor en electricidad en este rango de diferencias de temperatura se basa en los materiales termoeléctricos. La eficiencia de los dispositivos termoeléctricos es inferior a la de los motores térmicos (según la ecuación de Carnot) y viene dada por la siguiente ecuación
donde Δelectrical_power es la potencia eléctrica de salida y Δmetabolic_power es la diferencia en el coste metabólico de una actividad concreta con y sin un dispositivo (por ejemplo, caminar con un dispositivo y sin él). El cambio en el coste metabólico está formado por dos componentes principales 1) la energía gastada para generar la energía eléctrica, y 2) la energía gastada por el usuario al llevar el dispositivo, que es una función del peso del dispositivo y de la ubicación del dispositivo en el cuerpo. Por lo tanto, en una comparación de dos dispositivos, la eficiencia de la recolección podría ser una métrica mejor que la potencia máxima de salida. Por ejemplo, para dos dispositivos de igual peso que produzcan la misma cantidad de energía, un dispositivo de rodilla tendrá mejor eficiencia que un dispositivo de tobillo porque el coste de transportar la masa del dispositivo de rodilla es menor. Obsérvese que una reducción del peso del dispositivo mediante el uso de materiales más ligeros (por ejemplo, fibras de carbono) y un diseño optimizado también reducirá el coste de transportar el dispositivo y conducirá al desarrollo de dispositivos más eficientes. El primer componente del cambio en la potencia metabólica humana se deriva de la generación de energía eléctrica. Esta adición en la potencia metabólica se ve afectada por el trabajo muscular y la eficacia de conversión del dispositivo [24].