¿Cuánto puede comprimir el agua el aire?

Así que estaba pensando en usar un sensor barométrico para medir la compresión del aire en un tubo para medir el nivel de agua en un tanque (Diagrama básico a continuación).

Presión de aire en el tubo de agua

Así que en base a la ecuación PAG 1 V 1 T 1 = PAG 2 V 2 T 2 , supuse que la temperatura permanece constante (realmente no es así, pero lo tendré en cuenta), y dado que el área de la cara del tubo también permanece constante, puedes calcular la presión a través de esta ecuación: PAG i h i h F = PAG F .

Así que supongamos que el tubo está a mitad de camino en el agua, entonces h i h F = 2 , Lo que significa que PAG F = 2 PAG i . ¿Significa esto que el agua aplica ~200kpa (2 veces la presión atmosférica media del nivel del mar) de presión sobre el aire? Y, obviamente, no podemos comprimir el aire hasta el infinito o incluso hasta niveles extremos (de lo contrario, nunca se habrían necesitado compresores de aire costosos) simplemente forzando el tubo debajo del agua; entonces, ¿cuál es el límite de cuánta fuerza (o presión) puede tener el agua? aplicar en el aire en tal ambiente?

Respuestas (1)

Hay una mejor manera de medir el nivel del agua. Pase un tubo hasta el fondo del tanque de agua del que desea medir el nivel. Coloque un sensor de presión en la parte superior del tubo. Ejecute un caudal lento de aire en el tubo. La presión requerida para expulsar el aire por la parte inferior del tubo está directamente relacionada con la profundidad del agua por la que el aire debe pasar, y esa presión medida sigue la ecuación PAG = ρ gramo h . La densidad del agua dulce es 1000 k gramo / metro 3 , por lo que la única incógnita en la ecuación de la presión es h , que es la altura del agua por la que burbujea el aire.

Está utilizando la ecuación de gas ideal para la cual debe tener cuidado ya que tiene limitaciones. La respuesta de David es la mejor aquí.
Pero, ¿cómo podría medir si se escapan burbujas de aire? Al ver si la presión cambia en el tubo, y si no hay cambio en la presión, ¿significa que puedo usar la presión medida para encontrar la profundidad del agua?
@explodingfilms101, puede buscar burbujas de aire que se elevan desde el fondo del tubo. También tenga en cuenta: si establece una tasa de flujo de aire pequeña y continua en el tubo, tiene la garantía de que el aire burbujea por la parte inferior del tubo mediante la conservación de la masa, a menos que haya un orificio en algún lugar del tubo. Si es lo suficientemente "elegante" como para colocar algún tipo de registrador de presión de alta frecuencia en su sensor de presión, también debería ver "ruido en el registro", lo que indica que el instrumento está funcionando.
@sheltonBenjamin, gracias por el voto de confianza. Tenga en cuenta que esta no es mi idea original... esta es una práctica real de la industria para procesos que son difíciles de medir por medios normales (p. ej., la profundidad del azufre líquido en un tanque de azufre). Con suerte, los físicos "puros" en este foro no se molestarán demasiado porque publiqué una aplicación del mundo real para obtener una respuesta (estos generalmente aparecen en el intercambio de ingeniería).
Correcto, pero estoy tratando de encontrar una manera de automatizarlo. Si el aire burbujea incluso si el flujo de aire es pequeño, ¿cómo podría calcular la profundidad? Entonces, suponiendo que el tubo tiene 2 m de largo y está a mitad de camino en el agua, eso significaría que la presión del agua en el fondo del tubo es de ~10 kPa. ¿Necesitaría la bomba de aire agregar 10 kPa adicionales por encima de las condiciones de equilibrio para que el aire burbujee? Si eso es cierto, ¿sería capaz de ver la presión de equilibrio actual midiendo la presión del aire en el tubo?
@explodingfilms101, la lectura de presión le indica la presión en el fondo del tubo, donde sea que se encuentre. Usando unidades del SI, la profundidad en metros viene dada por h = PAG / ρ gramo .
Pero, ¿cómo me indicaría la lectura de presión la presión en el fondo del tubo? La presión atmosférica supera los 100 kPa, mientras que a 1 m de profundidad del agua es de solo 10 kPa. Tengo la impresión de que la atmósfera no burbujea en el agua constantemente.
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