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¿Debemos tomar el ascensor en lugar de las escaleras para ahorrar energía?

En nuestra universidad hay un cartel que anima a los estudiantes a subir por las escaleras en lugar de utilizar el ascensor para ahorrar electricidad durante los calurosos veranos de Nueva York.

Cuando subes las escaleras, generas algo así como 8 veces tu energía mecánica en el metabolismo, que se disipa en forma de calor y debe ser enfriada por el aire acondicionado de nuestros huecos de escalera refrigerados.

¿Cuáles son las hipótesis plausibles sobre los límites de eficiencia energética del aire acondicionado y la elevación mecánica de un ascensor? ¿Qué límites (fundamentales) existen que impiden una eficiencia del 100% en el caso del ascensor? ¿Hay otros factores importantes para este análisis?

¿Es plausible que la universidad se equivoque? ¿Debemos tomar el ascensor en lugar de las escaleras para ahorrar energía a la universidad? ¿Los humanos de un futuro energéticamente eficiente se parece a Wall-E ?


La fuente de esta pregunta es un problema de física en el cuarto de baño colocado encima de los retretes del departamento de física de la universidad, cerca de las oficinas de los graduados. Los problemas son enviados por los miembros del departamento. Hasta donde yo sé, ninguno de ellos fue nunca una pregunta de tarea. Esta pregunta está adaptada por mi memoria de baño de un problema que fue proporcionado por Andrei Gruzinov .

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No hay que olvidar que el motor del ascensor levanta mucho más que una persona, y la energía utilizada (más el calor) es correspondientemente mayor.

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@Javier Los ascensores suelen tener un contrapeso igual al de la propia cabina. Así que realmente sólo debería gastar la energía para levantar / frenar la caída de las personas en la cabina, y superar la fricción.

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Sobre el carácter funicular de los ascensores: uno de los museos públicos de la ciudad en la que crecí tiene ascensores de cristal en los que los mecanismos de funcionamiento de la parte superior e inferior también están expuestos a la vista. Cuando una cabina cambia de piso esta enorme La pila de placas de hierro (como la máquina de pesas de Hércules) se mueve unos centímetros.

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xref Puntos 108

Me pregunté lo mismo y por eso hice algunas pruebas empíricas con mi ascensor.

TLDR;

El ascensor utiliza una enorme cantidad de energía para mover sólo el ascensor.

Para subir 5 pisos usando mi ascensor hidráulico de un solo pistón el día que hice la prueba...

Ascensor: ~550KWs

Escaleras: 92KWs / (22 calorías)

Si el ascensor está subiendo de todos modos, entonces deberías subir ya que tu peso adicional no tiene casi ningún efecto sobre la potencia total utilizada.

Si está pensando en tomar el ascensor solo, debería tomar las escaleras.

También hay que tener en cuenta que la mayor parte de la energía utilizada por el ascensor se convierte en calor y ese calor se genera dentro de la envoltura del edificio, por lo que debe ser rechazado por el sistema de aire acondicionado.

Más explicaciones y datos aquí...

https://wp.josh.com/2013/05/29/elevator-power-usage-should-i-take-the-stairs/

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Bob Jacobsen Puntos 256

Aceptando que subir las escaleras genera un calor igual a 7 veces la energía mecánica (una parte va a parar a ti levantándote), ¿cuánta energía se necesita para eliminar ese calor?

La 2ª Ley de la Termodinámica dice que lo mejor que puedes hacer es

$W = Q \frac {T_h - T_c}{T_c} \sim Q \frac{\Delta T}{T}$

Donde $\Delta T$ es la diferencia entre la temperatura interior y la exterior, y T es la temperatura exterior. Para facilitar el cálculo, tomando T en torno a la temperatura ambiente de 280K, se obtiene que el acondicionador de aire es mejor (utiliza menos energía, es decir, W/Q es mejor que 1/7) si trabaja con una diferencia de temperatura inferior a $\Delta T = 40\rm{K}$ .

Los acondicionadores de aire de los grandes edificios son incluso mejores que esto en cuanto al uso de la energía eléctrica, ya que utilizan, por ejemplo, refrigeradores evaporativos para realizar la mayor parte de la termodinámica.

A menos que haga mucho calor fuera, sube por las escaleras.

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@sammygerbil si el AC es más eficiente, se ahorra energía usando las escaleras. El objetivo del cartel mencionado en la pregunta era ahorrar energía para la Universidad.

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@gphys Si al tomar las escaleras gana la eficiencia perfecta del ascensor, no es necesario considerar más el ascensor.

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@GPhys Estoy deseando leer tu respuesta. Las eficiencias energéticas reales de los edificios son complicadas: Yo trabajo en uno en el que la mayor parte del año toda la refrigeración termodinámica se hace por evaporación, y la energía eléctrica sólo se utiliza para los ventiladores. Ni siquiera tiene una unidad de refrigeración de ciclo cerrado. Así que funciona incluso mejor (en cuanto a la energía) que mi cálculo indicativo.

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Wil Leeuwis Puntos 1

De hecho, deberías utilizar el ascensor para ahorrar energía.

La energía que se pierde al subir las escaleras es mayor que la que se pierde al utilizar el ascensor.

Algunas personas podrían pensar que, el contrapeso en el ascensor hace todo el trabajo, por lo que no es necesario gastar energía adicional, pero no es el caso.

Aquí está la razón....

La mayoría de los ascensores mantienen una velocidad constante, por lo que deben aplicar una fuerza casi igual a su peso. Por lo tanto, de acuerdo con la mecánica clásica, el desplazamiento y la fuerza aplicada es aproximadamente la misma en ambos casos, por lo que el trabajo realizado es también el mismo en ambos casos. El problema es que nuestro cuerpo no consume energía de acuerdo con las reglas de la mecánica clásica. La energía consumida por nuestro cuerpo depende de la distancia recorrida, no del desplazamiento.

La carga de los acondicionadores de aire no aumenta significativamente, ya que la gente no hierve después de hacer ejercicio.Su temperatura corporal puede aumentar 1 grado centígrado como máximo.Los acondicionadores de aire no suponen una gran diferencia en el veredicto.

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