¿Subirá esto el agua? y si es así, ¿hasta dónde?

Question

Tuve esta idea de una bomba osmótica en la escuela secundaria y nunca obtuve una respuesta satisfactoria si funcionaría. Si tuviera esta configuración:

¿Bombea continuamente el agua con el calor ambiental siempre que el depósito inferior esté lleno?

EDITAR Para explicar lo que ocurre, hay agua pura en cada uno de los depósitos azul oscuro, solución salina en los recipientes cian (la misma concentración de solución salina en cada recipiente) y una membrana semipermeable en el fondo y cerca de la parte superior de cada recipiente.

El agua pura de cada depósito sería aspirada hacia cada contenedor situado justo encima debido a la presión osmótica (la alta concentración de agua fluye hacia la baja concentración de agua), y luego sería expulsada por la parte superior también debido a la presión osmótica (la salinidad hacia el aire que es casi un 0% de concentración de agua). Dado que la membrana no es permeable a la sal, sólo se libera el agua del recipiente al siguiente depósito superior.

NOTA que la membrana de la parte superior de cada recipiente de suero no toca el agua pura del depósito en el que se vacía. También estoy pensando que los contenedores de solución salina pueden tener que estar completamente llenos con una presión osmótica adicional para contrarrestar el agua pura que se pega al exterior de la membrana superior y causar un efecto de ósmosis inversa. Otros posibles trucos basados en la tensión superficial y la gravedad también podrían ayudar a alejar el agua de la membrana. FIN DE EDICIÓN

Si se apilan suficientes, esto permitiría transportar agua a una altura superior a la máxima que pueden transportar los árboles (unos 138 m según este artículo)?

Answer 1

Una prueba rápida de cordura para este tipo de ideas es la siguiente: "Si funcionara, ¿podría usarla para construir una máquina de movimiento perpetuo?" En este caso, sí, podrías: todo lo que tienes que hacer es dejar que el agua vuelva a fluir desde el depósito superior hasta el inferior, a través de una rueda hidráulica, y tendrías una fuente de trabajo infinita sin poner ninguna energía en el sistema. Esto significa que tu idea rompe la primera o segunda ley de la termodinámica en algún punto del camino, y la única tarea que queda es averiguar dónde ocurre exactamente.

El problema en este caso es que estás confiando en que el aire tenga "casi 0% de concentración de agua" (es decir, se supone que esta máquina sólo funciona en días secos, cuando no hay mucha humedad). Estás esperando que cuando el agua salga de las membranas superiores se quede en fase líquida y gotee hacia los depósitos de abajo.

Sin embargo, cuando las moléculas de agua pasan de una región de agua líquida a una región de aire seco, no permanecen líquidas sino que se convierten en vapor. A esto lo llamamos evaporación. Que el agua pueda evaporarse a través de la membrana depende del equilibrio entre la presión de vapor del agua en el aire y la presión osmótica del agua en la solución. Si el aire está seco, las moléculas de agua saldrán (muy lentamente) de las membranas superiores, pero se convertirán en vapor de agua. No se condensarán de nuevo en los depósitos superiores, porque el aire está seco y no quiere ceder esa humedad. De hecho, el depósito superior perderá agua por evaporación, a un ritmo mucho más rápido.

Así que cuando el aire esté lo suficientemente seco como para que el agua pase a través de las membranas superiores, lo único que ocurrirá es que el agua de todos los depósitos se evaporará. No se verá una acumulación de agua en el depósito superior.

Answer 2

No funcionará. Es cierto que una membrana semipermeable puede elevar una columna de agua salada hasta que la presión (debida a la columna) coincida con la presión osmótica a través de la membrana semipermeable.

El problema viene en la parte superior de cada nivel: ¿cómo se prevé que el agua salga de la columna de sal hacia la piscina inmediatamente superior?

Si el agua dulce de la piscina superior toca la membrana en la parte superior de la columna, fluirá hacia la columna, aumentando el nivel del agua, incrementando la presión en el fondo, forzando el agua hacia la piscina inferior. De este modo, se acaba vaciando la piscina superior en la inferior.

Si en realidad no toca la membrana, parece que se supone que por alguna razón el agua goteará. Pero no lo hará. Si hay una película de agua al otro lado de la membrana, la presión osmótica la absorberá hacia la solución salina. (De hecho, el agua será succionada hacia la solución salina desde el aire, ya que la presión de vapor sobre la membrana será menor que la presión de vapor sobre el agua, creando un flujo neto de agua hacia la solución salina).