¿Deberíamos usar el ascensor en lugar de las escaleras para ahorrar energía?

En nuestra universidad hay un letrero que alienta a los estudiantes a usar las escaleras en lugar del 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 en nuestras escaleras refrigeradas.

¿Cuáles son las suposiciones 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 esté equivocada? ¿Deberíamos tomar el ascensor en lugar de las escaleras para ahorrar energía a la universidad? ¿Los humanos de un futuro energéticamente eficiente se parecen a Wall-E ?

La fuente de esta pregunta es un problema de física del baño publicado sobre los baños del departamento de física de la universidad cerca de las oficinas de posgrado. Los problemas son enviados por los miembros del departamento. Que yo sepa, ninguna de estas fueron preguntas de tarea. Esta pregunta está adaptada por mi memoria de baño de un problema que me proporcionó Andrei Gruzinov .

No olvide que el motor del ascensor está levantando mucho más que una persona, y la energía utilizada (más el calor) es correspondientemente mayor.
@Javier Elevators suele tener un contrapeso igual al de la propia cabina del ascensor. Entonces, realmente solo debería necesitar gastar la energía para levantar / frenar la caída de las personas en el automóvil y superar la fricción.
Sobre la naturaleza funicular de los ascensores: uno de los museos públicos en la ciudad donde crecí tiene ascensores de vidrio donde los mecanismos de trabajo en la parte superior e inferior también están expuestos a la vista. Cuando un automóvil cambia de piso, esta enorme pila de placas de hierro (como la máquina de pesas de Hércules) se mueve unos pocos centímetros.
No creo que sea muy pertinente para las partes importantes del problema, pero presumiblemente el problema se vuelve más relevante porque nuestro departamento de física está en el décimo piso del edificio.
Creo que vale la pena señalar para el análisis que probablemente no te comas la ineficiencia sistemática "completa" del ascensor, ya que realmente solo te importa el costo neto de levantar a una sola persona con el ascensor, y los ascensores rara vez funcionan con una sola persona. en nuestro edificio ocupado. Si asume que sería una minoría siguiendo el consejo de la universidad de usar las escaleras, el costo sistemático desaparece casi por completo (porque los ascensores ya estarían funcionando la mayor parte del tiempo). Nota: incluso en este caso, todavía hay un límite fundamental que impide una eficiencia de elevación perfecta.
Un amigo mío opinó que a la universidad no le importa ahorrar energía y solo quiere que hagamos ejercicio.
La verdadera razón secreta del contrapeso en un elevador de tracción es mantener el cable de elevación bajo tensión para que no se deslice sobre el tambor. Un elevador de tracción no puede funcionar sin un contrapeso sustancial, sin importar qué tan poderoso sea el motor. Si también hace que el sistema sea más eficiente energéticamente, eso es un beneficio adicional.
Por divertido que sea reflexionar sobre esto, también se deben considerar los efectos a largo plazo, no solo una comparación del trabajo realizado para el solo evento de ser elevado. Usar escaleras hará del humano una máquina más eficiente, capaz de hacer más y consumir menos. Las personas sanas pueden tolerar temperaturas moderadas sin encender el aire acondicionado en sus habitaciones. Requieren menos atención médica con el tiempo (aunque los enfermos pueden morir antes). Es difícil decir qué camino es mejor en base a la especulación. Debe incluir todos estos factores y obtener una simulación real. Estoy ansiosa por ver los resultados.
¿Cuánto cuesta un Kw-hora en Nueva York?... y ¿cuánto cuesta la matrícula?
@JEB bueno, por supuesto, al menos los estudiantes de posgrado están financiados
@james Interesante. Esto tiene sentido, aunque dada la ecuación del cabrestante, parecería que se podría hacer funcionar un contrapeso bastante modesto simplemente asegurando una cantidad suficiente de envolturas.
Una búsqueda rápida en Google muestra que esta pregunta se ha hecho y respondido muchas veces. Muchas veces, y con múltiples respuestas contradictorias. Los beneficios para la salud son indiscutibles, ignorando los riesgos de caer por las escaleras (definitivamente distinto de cero; esta es una de las lesiones laborales más comunes). A veces uso las escaleras para llegar a mi oficina en el quinto piso, a menudo durante el horario comercial habitual, pero nunca cuando estoy en el trabajo fuera del horario laboral.

Respuestas (2)

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

TLDR;

El ascensor utiliza una gran cantidad de energía para mover solo el ascensor.

Para el ascenso de 5 pisos usando mi elevador hidráulico de un solo pistón el día que probé...

Ascensor: ~550KWs

Escaleras: 92KWs / (22 calorías)

Si el ascensor sube de todos modos, entonces debe subirse, ya que su peso adicional casi no tiene efecto en la potencia total utilizada.

Si está considerando tomar el ascensor solo, debe usar las escaleras.

También tenga 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 envolvente del edificio, por lo que debe ser rechazado por el sistema de CA.

Más explicación y datos aquí...

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

Me alegra ver una medida real en lugar de una estimación. Sin embargo, según wikipedia, los ascensores hidráulicos son menos eficientes energéticamente que los ascensores de tracción porque los ascensores de tracción tienen contrapesos y los ascensores hidráulicos no. Wikipedia menciona que los ascensores de tracción pueden utilizar hasta un 80 % menos de energía que los ascensores hidráulicos, por lo que cada viaje en ascensor sería de unos 110 KW, lo que es bastante comparable a subir las escaleras.
Debo agregar que el elevador en la pregunta original no es un elevador hidráulico ya que el edificio tiene al menos 10 pisos de altura (el cartel menciona esto en los comentarios), y los elevadores hidráulicos no se usan para edificios tan altos.

Aceptando que subir escaleras genera calor igual a 7 veces la energía mecánica (una parte entra en ti al levantarte), ¿cuánta energía se necesita para eliminar ese calor?

La segunda ley de la termodinámica dice que lo mejor que puedes hacer es

W = q T h − T C T C ∼ q Δ T T

Donde Δ T es la diferencia entre la temperatura interior y exterior, y T es la temperatura exterior. Para facilitar el cálculo, tomando T alrededor de la temperatura ambiente de 280K, se obtiene que el acondicionador de aire es mejor (usa menos energía, es decir, W/Q es mejor que 1/7) si está trabajando con una diferencia de temperatura menor que Δ T = 40 k .

Los aires acondicionados de edificios grandes suelen ser incluso mejores que este para el uso de energía eléctrica al usar, por ejemplo, enfriadores evaporativos para hacer la mayor parte de la termodinámica.

A menos que haga mucho calor afuera, suba las escaleras.

@sammygerbil si el aire acondicionado es más eficiente, ahorra energía al usar las escaleras. El objetivo del letrero mencionado en la pregunta era ahorrar energía para la Universidad.
@gphys Si tomar las escaleras gana la eficiencia perfecta del ascensor, no necesita considerar más el ascensor.
@GPhys Espero leer tu respuesta. Las eficiencias energéticas reales para los edificios son complicadas: trabajo en uno donde la mayor parte del año todo el enfriamiento termodinámico se realiza por evaporación, y la energía eléctrica solo se usa para los ventiladores. Ni siquiera tiene una unidad de refrigeración de ciclo cerrado. Entonces, funciona incluso mejor (para poder) que mi cálculo indicativo.
@BobJacobsen Ah, sí, lo siento, mi error. Me confundí.
¿Deberíamos usar el ascensor en lugar de las escaleras para ahorrar energía?
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