El documento resume conceptos clave de ergometría y calorimetría como fuerza, trabajo, potencia y consumo de energía durante el ejercicio. Explica cómo medir estas cantidades usando ergómetros y calorímetros, así como la relación entre el consumo de oxígeno (VO2), producción de dióxido de carbono y gasto energético. Finalmente, clasifica la intensidad del ejercicio y discute la eficiencia del cuerpo humano para producir trabajo mecánico.

1. Ergometria y Calorimetría
Mariana Casas (PhD)
22 de Abril 2008

2. Contenidos
Fuerza, Trabajo y Potencia
Determinación de estas cantidades durante el
ejercicio
Consumo de Energía durante el ejercicio
Concepto de VO2

3. Ergometría: Medición del Trabajo

4. Fuerza
F = masa ⋅ aceleracio n Masa= m
g
Unidades:
m
Newton ( N ) = kg ⋅ 2
s
Si consideramos solo la fuerza peso, mg, se define el kilopeso o
kilogramo, como la fuerza correspondiente a una masa de 1 kg.
m
Kilopeso = 1kg ⋅ 9,8
s2

5. Trabajo
F (N) M (kg)
F(N) M (kg)
D (m)
W= F x D
m
Joule = 1Newton ⋅ metro = kg ⋅ 2 ⋅ m
s
Joule = 0,2388 ⋅ caloria

6. Trabajo sólo en la dirección de la
fuerza
F=M g
D
F
h
M
α
W = M g h = M g D senα

7. Potencia
Trabajo Joule
P= Watt (W ) =
tiempo segundo
Por ejemplo, dos personas, A y B realizan un trabajo de igual
magnitud.
TA = 5 minutos
TB= 20 minutos → PA= 4PB

8. Energía
Capacidad de realizar trabajo
Energía Cinética (velocidad)
Energía potencial (posición, altura)
Energía calórica…
Joule = 0,2388 ⋅ caloria
1 caloría = energía necesaria para elevar la temperatura de 1 g
de H2O de 14,5 a15,5°C

9. Midiendo con un ergómetro
Una persona de 70 kg sube el escalón
a una velocidad de 30 veces por
minuto, durante 10 minutos
Altura escalón = 0.35 m
Trabajo =?
W= F*D F= m*g = 70*9.8 = 686 N
D= altura escalón*escalones por minuto*tiempo
D= 0.35*30*10= 105 m W= 686*105= 72.03 kJ
P=72030/600= 120 W

10. Corredora con ángulo
Angulo α = 10°
Una persona de 60 kg camina
durante 45 minutos a 5 km/h
Trabajo =?
h
α
W=M g D senα D = velocidad * tiempo D = 5 (km/h)* 0.75(h)
D = 3.75 km Sen 10= 0.1736 W= 60 (kg)*9.8(m/s2)*3750(m)*0.1736
W= 382.8 kJ P = 382800(J)/2700(s) = 141.8 W

11. Ergómetro cíclico
Radio de la rueda = 1 m
Una persona pedalea a 60 rpm
durante 2 minutos
Fricción de la rueda = 2.5 kg
Trabajo =?
Distancia recorrida =perímetro de la
circunferencia *vueltas por minuto* tiempo
D= 2*π*r*60rpm*2 minutos D= 753.6 m F = 2.5*9.8 = 24.5 N
W= F*D= 24.5*753.6 W= 18.5 kJ P = 18500/120= 154.2 W

12. Medición de Energía
Energía de nutrientes + O2 → Calor + CO2 + H2O
→ el calor es un producto del metabolismo
→ la tasa de liberación de calor es proporcional al metabolismo
Calorimetría directa e indirecta
Directa: medición directa del calor en un calorímetro
Indirecta: medición de la tasa metabólica (consumo de O2)

13. Calorímetro
Calor liberado en la combustión → elevación de la temperatura del agua
circundante
Elevación de 1°C de 1 gramo de agua = 1caloría liberada en la combustión

14. Calorímetro humano
Calorímetro Atwater-Rosa

15. Calorimetría indirecta: medición de VO2
Energía de nutrientes + O2 → Calor + CO2 + H2O
Calor es proporcional al consumo de O2
¿De qué depende la constante de proporcionalidad?

16. Como relacionar VO2 con energía?
Si la fuente de energía son carbohidratos:
1 mol C6H12O6 + 6 mol O2 → 6 mol CO2 + 6 mol H2O
Si la fuente de energía son lípidos:
1 mol C16H32O2 + 23 mol O2 → 16 mol CO2 + 16 mol H2O
RER= producción de CO2
consumo de O2

17. RER kcal/L O2 % carbohidratos % Grasa
0.7 4.686 0 100
0.75 4.739 15.6 84.4
0.8 4.801 33.4 66.6
0.85 4.862 50.7 49.3
0.9 4.924 67.5 32.5
0.95 4.985 84 16
1 5.047 100 0

18. En qué momento medir?

19. ¿Cómo?
VO2= volumen de O2 inspirado-Volumen de O2 expirado
VCO2= volumen de CO2 inspirado-Volumen de CO2
expirado
VO2= (VI*FIO2) - (VE*FEO2)
VCO2= (VE*FECO2) - (VI*FICO2)
FIO2 = 0.2093 FICO2 = 0.0003

20. Espirometría de circuito cerrado

21. Estandarización de volúmenes
Ley de Charles
T α V (si T aumenta, V aumenta)
Ley de Boyle
VP= cte (si P aumenta, V disminuye)
→ Ley de los gases ideales PV = nRT
PV PV1 P2V2
= nR = cte ⇒ 1 =
T T1 T2

22. Condiciones estándar: T= 0°C P=760 mm Hg
Si las condiciones de medición son
Pm=758 mm Hg Tm = 21°C
Vm = 110 L PH20= 18,61 mm Hg
El volumen en condiciones estándar sería
Vst =
(758 − 18.6) ⋅ 273
⋅ Vm = 0.903 ⋅ Vm
760 (273 + 21)
Vm = 99.33 L

23. VO2 relativa versus absoluta
Normalización por peso
VO2 medido= VO2 reposo + VO2 ejercicio

24. Componentes del gasto energético
8%
alimentación
30%
Actividad física
60%
Metabolismo basal

25. Intensidad del ejercicio
Dificultad de un ejercicio depende de dos factores
Duración
Intensidad del esfuerzo
Equivalente metabólico (MET)
Gasto energético promedio o consumo de O2 basal en un
adulto: 250 mL/min, 1 kCal/(kg*h)

26. Clasificación de la actividad física
nivel kcal/min mL O2/kg/min METs
liviano 2.0-4.9 6.1-15.2 1.6-3.9
moderado 5.0-7.4 15.3-22.9 4.0-5.9
pesado 7.5-9.9 23.0-30.6 6.0-7.9
Muy pesado 10.0-12.4 30.7-38.3 8.0-9.9
Actividad kcal/min kcal/min
(65kg) (80kg)
volleyball 3.3 4.0
ciclismo 6.5 8.0
tenis 7.1 8.7
Natación 8.3 10.2

27. Eficiencia en el uso de energía
Trabajo ⋅ realizado
Eficiencia ⋅ mecánica = × 100
Energía ⋅ consumida
Ejemplo:
Una persona realiza 15 min de bicicleta estática con un trabajo realizado de
31.2 kcal. El consumo de oxígeno durante esta actividad fue de 25 L, con un
RER= 0.88. Eficiencia?
RER=0.88 → 4.9 kcal por litro de oxigeno
4.9*25= 122.5 kcal
Eficiencia=(31.2/122.5)*100
Eficiencia = 25.5 %

28. Conclusiones
La ergometría permite determinar fácilmente el trabajo
realizado durante una actividad física
El gasto energético asociado a una actividad esta directamente
relacionado con el calor liberado por el organismo durante la
realización de dicha actividad
El calor liberado esta directamente relacionado con el
consumo de oxigeno y el RER, los que pueden ser
determinados experimentalmente
Como cualquier máquina, la eficiencia del cuerpo humano
para producir trabajo mecánico es inferior al 100%

29. Referencias
Essentials of Exercise physiology. McArdle W., Katch F.,
Katch V.
Exercise Physiology. Brown S.,Miller W., Eason J.
Feynman lectures on physics. Feynman R.