¿Encender y apagar una bombilla en repetidas ocasiones consume más energía que dejarla encendida durante horas?

Digamos que tengo una bombilla de 60W en una lámpara de mi habitación. Si mantuve la lámpara encendida durante 2 horas seguidas pero al día siguiente, la encendí y apagué 10 veces en intervalos de 5 minutos. ¿Qué escenario usaría más energía?

Dejarlo encendido usaría más energía, absolutamente. A veces, las personas intentan convencerse de que encender y apagar una luz consume más energía porque hay una corriente de entrada alta, o algo así.

En primer lugar, las luces incandescentes casi no tienen corriente de entrada, ya que no tienen condensadores para cargar, y no necesitan hacer un arco en la bombilla. La corriente es inicialmente mayor porque la resistencia del filamento es menor, pero:

1. esto es por una fracción de segundo
2. elevarlo a la temperatura no requiere más energía de la que hubiera requerido dejarlo encendido para mantener esa temperatura
3. A pesar de que la corriente puede ser mayor, no es mucho mayor. ¿Todas las otras luces de su casa se atenúan temporalmente cuando enciende una?

En segundo lugar, si toma una bombilla fluorescente, que puede tener condensadores y, por lo tanto, puede requerir algo de corriente de entrada, no comienza a compensar el costo de dejar la luz encendida. Considere nuevamente cuán corto es el período de activación en relación con el período de activación. Incluso si considera el desgaste de la bombilla y el arrancador y el accesorio, casi siempre es más económico apagar la bombilla. Leí un informe de alguien que se molestó en hacer todos los cálculos, y concluyeron que si pretendes dejar la luz apagada durante más de 60 segundos, es más económico hacerlo.

Bien, configuremos una simulación simple:

Según la página Wiki sobre bombillas incandescentes , para una bombilla de 100W y 120V, la resistencia al frío es de ~ 9.5Ω y la resistencia al calor de ~ 144Ω. La bombilla tarda alrededor de 100 ms en alcanzar la resistencia al calor al encenderse.
Entonces, armados con esta información, podemos simular y demostrar que el aumento inicial sería absolutamente insignificante si cambiamos la bombilla cada 5 minutos. Realmente no necesitamos ejecutar la simulación durante 2 horas para probar esto, pero lo haremos. Incluso he extendido el tiempo de "calentamiento" a 300 ms.
Aquí está nuestro circuito SPICE, la bombilla está representada por un interruptor que cambia gradualmente la resistencia de 9.5Ω a 144Ω sobre el aumento de la señal de control (300ms) El interruptor de luz está representado por otro interruptor, que solo cambia de 1mΩ a 10MΩ

Aquí está la simulación, con la potencia promedio que se muestra en el cuadro de diálogo:

Aquí hay un primer plano de la conmutación, con la resistencia de la bombilla mostrada (no se preocupe por la resistencia negativa, eso es simplemente porque SPICE lo calculó de esa manera usando el flujo de corriente; sigue siendo una resistencia positiva real):

Y ahora, aquí hay una simulación con la bombilla encendida todo el tiempo, con una potencia promedio que se muestra:

Puede ver que la potencia promedio es de 95.659 W, que es solo un poco menor que si duplicamos el valor inicial de prueba de 5 minutos encendido y 5 minutos apagado de 48.2 W (48.2 "* 2 = 96.4 W), por lo que la diferencia que hizo la conmutación es minúsculo.

¿Qué tan rápido necesitarías cambiar para que sea peor?

Probablemente no sea posible empeorarlo como Supercat señala correctamente, ya que el filamento no se enfriará lo suficiente entre cambios. Por lo tanto, tome el gráfico debajo como el peor de los casos (por ejemplo, la bombilla está encendida con gas de congelación entre la conmutación o algo así :-) Tenga en cuenta que esto agregaría otra fuente de energía al sistema, por lo que obviamente sería trampa). se enfría y el efecto sería interesante de observar, y si el tiempo lo permite, agregaré algo más sobre esto.

Entonces, suponiendo lo anterior, bastante rápido, alrededor de una vez cada 2 segundos de acuerdo con la simulación exagerada anterior (en realidad, probablemente aproximadamente una vez por segundo) Aquí hay dos minutos de cambio una vez cada dos segundos, y la potencia promedio es de poco más de 100W ( ~ 104W):

Según un resumen del episodio de Mythbusters en Wikipedia :

"Los MythBusters calcularon que la sobretensión al encender una luz solo consumiría tanta energía como si la dejara encendida durante una fracción de segundo (excepto las luces de tubos fluorescentes; la puesta en marcha consumió aproximadamente 23 segundos de energía)".

De hecho, es posible que el encendido / apagado consumiera más energía si el fluorescente se encendiera y apagara constantemente.

El ajuste constante consumiría más energía alimentando la bombilla.

Un posible contraargumento sería que el ciclo de encendido / apagado acortaría la vida útil de la bombilla y, por lo tanto, el costo de energía de fabricación, transporte y eliminación se amortizaría en menos horas de servicio. Pero sin desenterrar números reales, mi intuición es que es poco probable que esto exceda la energía operativa. Una forma plausible de vincular una estimación es comparar el costo de la bombilla en sí con el costo de alimentarla.

Toda la energía que entra en una bombilla incandescente se convertirá en calor, que luego se debe disipar de alguna manera. Parte de ese calor se irradiará en forma de luz, pero la energía debe comenzar como calor. Por lo tanto, la única forma en que una bombilla incandescente puede usar más energía es que disipe más calor. Una bombilla que está fría consume más energía eléctrica que una que está caliente, pero también disipa menos calor. Si una bombilla que se alimenta a una temperatura estable se apaga en el momento T1, se enfría un poco, se vuelve a encender y ha vuelto a su temperatura anterior en el tiempo T2, la energía total consumida entre el tiempo T1 y T2 debe ser el total cantidad de calor disipada, y eso será menor que la cantidad de calor que se habría disipado si la bombilla hubiera estado encendida continuamente.

El único escenario en el que una bombilla incandescente podría usar más energía cuando se realiza un ciclo que cuando funciona de manera continua sería si la bombilla tuviera diferentes secciones de filamento que se conectaran en serie y funcionaran a diferentes temperaturas (algunas bombillas de proyector se construyen así). En ese escenario, el ciclo de la bombilla causaría que la porción de alta temperatura irradie menos, pero en algunas condiciones de ciclo de trabajo haría que la porción de baja temperatura irradie más. Sería posible construir el bulbo de tal manera que el aumento de la disipación de la porción de baja temperatura excediera la reducción de la disipación de la porción de alta temperatura, aumentando así el uso general de energía; Sin embargo, no estoy seguro de si tales condiciones se aplicarían a cualquier diseño de bombilla "práctico".

Dejar una luz encendida usa más poder. Apagar una luz ahorra energía.

Simplemente suponga que la luz toma energía cero cuando está apagada (POWER_OFF = 0) y 100W o lo que sea cuando está encendida (POWER_ON = 100).

La potencia total en vatios-hora es igual a: POWER_ON * TIME_ON + POWER_OFF * TIME_OFF.

Observe que dado que POWER_OFF = 0, la potencia total está determinada únicamente por el término TIME_ON.

--l8rs