¿Es realmente mejor para el medio ambiente que tome las escaleras en lugar del ascensor?

Question

Esta pregunta está inspirada en un cartel que vi en un ascensor, que decía algo así como

¿Subir un piso o bajar dos? Suba por las escaleras, es mejor para su salud y para el medio ambiente.

No hay duda de que subir por las escaleras es mejor para la salud, pero el físico que hay en mí se pregunta sobre esto último. Un análisis:

1. Es de suponer que quien escribió ese cartel estaba pensando en el uso de la energía. Al subir por las escaleras en lugar de utilizar el ascensor, me ahorro la electricidad necesaria para alimentarlo.
2. Sin embargo, la gravedad es un campo conservador . El resultado final en ambos casos es que subo un piso, por lo que la cantidad de trabajo (es decir, energía) necesaria para subir un piso es independiente del camino que tome. Sólo debería depender de los estados inicial y final. Por lo tanto, la electricidad ahorrada se compensa con el hecho de que tengo que comer más alimentos (para que mis músculos puedan producir la energía necesaria para subir un piso).
3. Si tomo las escaleras, hago más que $mgh$ de trabajo, porque la escalera no es completamente vertical y hay una cierta cantidad de trabajo horizontal. Por lo tanto, en general es más intensivo en energía tomar las escaleras en lugar del ascensor. (También hay algo de energía cinética que tengo que impartir a mi cuerpo para que se mueva hacia arriba, pero mi cuerpo también tiene energía cinética en el ascensor, y suponemos que son iguales).
4. Sin embargo, el número 3 parece superficial porque el estado final no es exactamente el mismo: el ascensor también ha subido un piso. La masa del ascensor es evidentemente bastante grande, por lo que subir un piso requiere más energía.
5. Pero es precisamente por esto que los ascensores modernos utilizar un contrapeso que sirva de batería de gravedad . Cada vez que el motor eléctrico mueve el ascensor hacia abajo, se levanta cierta cantidad de peso como contrapeso. Cuando el ascensor se mueve hacia arriba, la mayor parte de la energía proviene de la energía potencial almacenada en la batería de gravedad; el motor eléctrico no realiza realmente mucho trabajo. Además, aunque el motor eléctrico haga más trabajo, el argumento sólo es válido en una dirección. Si se necesita más energía para subir el edificio (en comparación con la marcha), se necesita menos energía para bajar el edificio (en comparación con la marcha).
6. Si asumimos que en promedio me muevo tanto hacia arriba como hacia abajo en el edificio, entonces esta diferencia se anula, y nos quedamos con el argumento del #3.

Conclusión: el cartel está mal. Es (ligeramente) peor para el medio ambiente tomar las escaleras en lugar del ascensor.

Me pregunto si este análisis es bueno o si me he perdido algo.

Answer 1

Sigo su análisis pero no su conclusión. Te faltan dos puntos clave, que por lo que veo podrían superar a todos los demás puntos que mencionas:

1. Debe comparar el eficiencia del motor eléctrico que hace funcionar el ascensor con su cuerpo-"motor".

2. Debe comparar el " combustible " que utilizan el motor eléctrico y su cuerpo-"motor".

En el primer caso, todos tus otros puntos palidecen y son insignificantes, si se utiliza un motor viejo e ineficiente, o al contrario, si tú como persona que sube las escaleras lo haces con dificultad y de forma ineficiente.

En el segundo caso, ¿qué pasa si el motor eléctrico funciona con el panel solar del tejado, la calefacción geotérmica o un aerogenerador local? Entonces el impacto del ascensor es insignificante*. Por otro lado, si se come, se bebe y se nutre de manera ambientalmente sostenible**, entonces su impacto podría considerarse insignificante.

Estos factores termodinámicos y de producción de combustible*** son, por lo que veo, más importantes que su análisis presentado, que se basa puramente en la energía mecánica.

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* A menos que incluyamos un análisis de la vida útil, la producción y la eliminación de la célula solar, la planta geotérmica o la turbina eólica, en cuyo caso nunca ganarán con las tecnologías de desarrollo actuales. Entonces tendremos que considerar también otros usos de estas fuentes, y las matemáticas se vuelven rápidamente grandes y complicadas.

** Verduras de cosecha propia, etc.

*** Estoy seguro de que podemos encontrar más factores de este tipo si profundizamos en los detalles de la tecnología de los ascensores y la fisiología humana. El cálculo del impacto medioambiental también dependerá en gran medida de cómo estimemos y evaluemos los factores indirectos que pueden hacer que todos tus puntos y los míos sean discutibles, algunos de los cuales se mencionan en los comentarios y en otras respuestas, como la capacidad de almacenamiento de energía del contrapeso de un ascensor o la cuestión de si el ascensor se implantará y se utilizará independientemente de lo que elijas hacer debido a los requisitos reglamentarios y a la accesibilidad para los discapacitados y las personas mayores.

Answer 2

"Mejor para el medio ambiente" no es una cantidad científica objetiva. Para hacer la comparación se necesita algo más específico como "el que libera menos CO2".

El ascensor, dependiendo de su tipo, libera (indirectamente) una cantidad bastante estable de CO2 cada vez que alguien lo utiliza. Depende de demasiados factores para saber cuál es para este ascensor en concreto, pero teniendo en cuenta que se exhibió un cartel de este tipo, probablemente no sea un modelo superlimpio.

Cuando utilizas las escaleras, tu cuerpo consume efectivamente más energía, pero esto no significa necesariamente que vayas a comer más: el cuerpo humano es derrochador y requiere un importante esfuerzo diario para alcanzar el nivel en el que se empieza a comer más. Esto significa que, en la mayoría de los casos, subir esas escaleras tendrá un efecto literalmente nulo en el medio ambiente.

Answer 3

Hay dos maneras conflictivas de pensar en esto, ambas con sus propios adherentes:

• El trabajo que realizas se basa en una energía renovable: los alimentos. Incluso el mejor ascensor utiliza algo de electricidad, lo que tiene un impacto medioambiental. ¡Sube por las escaleras!

• Cualquier edificio con ascensores tiene tratamiento de aire, y quizás refrigeración por aire. El calor que se añade subiendo las escaleras requiere más energía para extraerla que la necesaria para hacer funcionar el ascensor. Coge el ascensor.

Ambas cosas están demasiado simplificadas, lo que hace que los argumentos sean interminables.

Answer 4

No creo que se pueda responder a esta pregunta porque se necesita saber mucha información sobre la eficiencia y cómo se genera la electricidad, etc. (incluida la eficiencia de la generación).

Pero el gran problema medioambiental del uso de la energía no es la cantidad de calor que se genera, sino la cantidad de $\mathrm{CO}_2$ se genera. Desgraciadamente, esto no ayuda mucho: creo que la respuesta puede ir en ambos sentidos.

La forma en que hace el signo quizás sea la correcta:

• eres vegetariano (mejor, vegano), por lo que estás comiendo plantas que han capturado recientemente $\mathrm{CO}_2$ de la atmósfera para hacer, bueno, planta, y liberando parte de ella de nuevo a la atmósfera mediante la respiración - este proceso podría incluso estar tirando más $\mathrm{CO}_2$ de la atmósfera de lo que libera en ella, no estoy seguro;
• la electricidad que alimenta el ascensor se genera con combustibles fósiles, por lo que está convirtiendo el carbono almacenado a largo plazo en $\mathrm{CO}_2$ .

La forma en que hace el signo tal vez sea incorrecta:

• el ascensor funciona con energía solar en el tejado y quizás con una batería para que funcione por la noche;
• vives enteramente de carne de primera.

Answer 5

ascensores modernos utilizar un contrapeso que sirva de batería de gravedad

Creo que has entendido mal esa referencia. El contrapeso no está ahí para almacenar energía. Está ahí para compensar el peso del ascensor, así como la mitad de la carga prevista.

Esto permite que el motor que acciona el ascensor, por término medio, sólo tenga que superar la fricción interna. Por supuesto, algunas veces tiene que trabajar un poco más para subir el ascensor, mientras que otras veces tiene que trabajar un poco más para bajar el ascensor. Pero en ninguno de los dos casos el contrapeso capturar cualquier energía.

Si quiere tratar el contrapeso como un "batería de gravedad" entonces, lógicamente, la propia cabina del ascensor debe ser también una batería de gravedad. Al fin y al cabo, cada una de ellas "almacena" técnicamente energía al elevarse y "libera" la energía al caer. Obsérvese también que esta postura lleva lógicamente a la conclusión de que una rueda con su eje orientado horizontalmente también sería necesariamente una pila gravitatoria según esta definición. Al fin y al cabo, si la rueda gira, un lado siempre está perdiendo energía al descender en el campo gravitatorio (cediendo energía "almacenada"), mientras que el otro lado está ganando energía al ascender en el mismo campo ("almacenando" energía).

Personalmente, esta forma de verlo me parece improductiva y no llamaría al contrapeso un "batería de gravedad" . En ninguno de esos ejemplos el llamado "batería" almacenar energía de forma constructiva, porque puede sólo hacerlo tomando esa energía de la otra "batería" en el sistema. Pero a juzgar por algunos comentarios, hay al menos un par de personas que no están de acuerdo. ES UNA OPINIÓN PERSONAL.

Hablando de fricción interna, tu análisis parece dejarla de lado. Hay muy poca fricción al subir las escaleras, pero hay una cantidad razonable de fricción en los sistemas de un ascensor, especialmente en uno accionado por cable. Esta fricción es sólo una pequeña parte de la cuestión general de eficiencia que se ha tocado en otras respuestas.

Basta con decir que esas respuestas son correctas para señalar que, desde el punto de vista medioambiental, lo que importará es la eficacia con la que la energía extraída del medio ambiente se ponga a trabajar para elevarte de un piso a otro. No haría falta mucho trabajo para demostrar, basándose en las investigaciones existentes y en los costes energéticos, que una vez considerada la eficiencia, el ascensor típico utiliza camino más energía que alguien que camina. La conversión biológica de los insumos energéticos en energía es, por lo general, más eficiente en cada paso -incluso si se acepta el argumento de que las dietas no vegetarianas son menos eficientes, y suponemos una persona no vegetariana-, por lo que, naturalmente, la eficiencia global también es mayor.

Todo esto ni siquiera tiene en cuenta el desgaste adicional en el que incurre el ascensor al utilizarlo, lo que a la larga provocará un mayor impacto en el medio ambiente, debido a la necesidad de fabricar y sustituir piezas, o incluso el propio ascensor.

Irónicamente, el cuerpo humano es en su mayor parte una propuesta de "úsalo o piérdelo". Aunque técnicamente caminar supone un mayor desgaste que estar de pie, está "construido" para ello y, de hecho, caminar ayudará a mejorar la fiabilidad general y a reducir las posibilidades de que sea necesaria una reparación o una sustitución (una operación de rodilla, por ejemplo). (Esto es para una persona normal; para una persona con algún problema médico existente, el análisis podría ser muy diferente).

Por último, algo que no se ha abordado hasta ahora es que la mejora de la propia salud es en sí misma intrínsecamente mejor para el medio ambiente. Una persona con mala salud va a utilizar la energía de forma menos eficiente, causando un impacto directo e inmediato en el medio ambiente, y también consumirá más energía a medida que envejece, lo que provocará impactos adicionales. (Esto supone, por supuesto, que vivan hasta la vejez para bien o para mal, aunque las personas con mala salud generalmente no viven tanto, somos lo suficientemente buenos para mantenerlas vivas incluso con mala salud como para que su menor esperanza de vida no compense los impactos añadidos que su mala salud provoca con el tiempo).

Afirmo que no sólo subir las escaleras tiene menos impacto en el medio ambiente en un sentido directo, sino que cuando se tiene en cuenta el impacto medioambiental total desde el principio hasta el final, está claro que la disparidad es aún mayor.