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¿Cuáles son las emisiones de CO₂ de un ciclista?

2014-05-21

Vamos a estimar las emisiones de dióxido de carbono de un ciclista que usa su bicicleta como medio de transporte, es decir, lejos de realizar un esfuerzo extenuante.

El cuerpo humano extrae su energía de diversas fuentes. Durante la práctica de un ejercicio aeróbico moderado y no excesivamente como el que puede realizar una persona que se desplaza en bicicleta de su casa a su lugar de trabajo, la mayor parte de la energía proviene de los glúcidos y una parte menor pero importante puede venir de los lípidos. Si el aporte de glucosa es adecuado, prácticamente toda la energía puede venir de esta fuente. Vamos a estudiar este caso, pero también añadimos unos datos sobre los lípidos como referencia.

Metabolismo de los glúcidos: la glucosa como ejemplo

El metabolismo de la glucosa sigue esta ecuación global (que enmascara un proceso complicado):

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 2,87 MJ.

Vemos que el proceso supone la liberación de 6 mol de CO₂ por cada 2,87 MJ obtenidos: la producción de dióxido de carbono por unidad de energía es de 2,1 mol MJ⁻¹. La masa de dióxido de carbono producida por unidad de energía es 92 g MJ⁻¹.

Metabolismo de los lípidos: el ácido palmítico como ejemplo

El metabolismo del ácido palmítico sigue esta ecuación global (que también enmascara un proceso complicado):

CH₃(CH₂)₁₄COOH + 23O₂ → 16CO₂ + 16H₂O + 12,3 MJ.

Vemos que el proceso supone la liberación de 16 mol de CO₂ por cada 12,3 MJ obtenidos: la producción de dióxido de carbono por unidad de energía es de 1,6 mol MJ⁻¹. La masa de dióxido de carbono producida por unidad de energía es 70 g MJ⁻¹.

No vamos a utilizar estos números, pero no está de más incluirlos en el artículo para que el incauto lector interesado pueda refinar los cálculos teniendo en cuenta el metabolismo de los lípidos.

Rendimiento de la conversión energética

La eficiencia de conversión energética de un ciclista sano al pedalear puede estar alrededor del 20 %. Una persona bien entrenada puede tener una eficiencia algo mayor y una persona desentrenada puede tener una eficiencia algo menor. No tiene sentido afinar más y consideramos que el rendimiento es justamente del 20 %: cada cinco unidades de energía de la glucosa dan una unidad de energía aplicada al movimiento del ciclista y su vehículo. Llamaremos η a esta eficiencia.

Energía consumida

Para desplazar la bicicleta hace falta una cierta fuerza F. En un movimiento rectilíneo uniforme en terreno horizontal, esta fuerza se va a compensar la resistencia aerodinámica y las pérdidas mecánicas. Un modelo simplificado que tiene en cuenta pérdidas mecánicas proporcionales al peso W y una resistencia aerodinámica proporcional al cuadrado de la rapidez aerodinámica V es el siguiente:

F = K₁ W + K₂ V².

En este modelo asumimos un movimiento rectilíneo uniforme y horizontal con el viento en calma.

Las constantes K₁ y K₂ dependen de muchas cosas. Dejemos que los wikipedistas hagan nuestros deberes y asumamos como valores representativos los siguientes: K₁ ≈ 0,0053 y K₂ ≈ 0,18 kg m⁻¹. Para un conjunto de ciclista y vehículo con un peso W = 900 N, el término de pérdidas mecánicas es K₁ W = 4,8 N.

La fuerza es lo mismo que el trabajo realizado por unidad de distancia recorrida. La energía consumida de la glucosa, por otra parte, es superior: el trabajo es esta energía multiplicada por el rendimiento η = 20 %. Por lo tanto, la energía consumida por unidad de distancia es F ⁄ η.

Dióxido de carbono liberado

El dióxido de carbono liberado por unidad de energía es d⁄dE M = 92 g MJ⁻¹, el valor que vimos antes para la glucosa. El dióxido de carbono liberado por unidad de longitud recorrida es d⁄dl M = (d⁄dl M) F ⁄ η. La siguiente tabla muestra resultados numéricos para algunos valores de la rapidez V.

Podemos comparar estos resultados con los de un turismo eficiente, cuyas emisiones de CO₂ rondan los 100 g km⁻¹, aunque con una rapidez de desplazamiento típica en carretera en el entorno de los 30 m s⁻¹. Si el ciclista pudiera alcanzar tal rapidez en su bicicleta como un ejercicio aeróbico moderado, emitiría 77 g km⁻¹.

Categorías: Física, Química

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