Un diagrama de presión-volumen (o diagrama PV , o bucle de volumen-presión ) [1] se utiliza para describir los cambios correspondientes en el volumen y la presión en un sistema. Se utilizan comúnmente en termodinámica , fisiología cardiovascular y fisiología respiratoria .
Los diagramas PV, originalmente llamados diagramas indicadores , se desarrollaron en el siglo XVIII como herramientas para comprender la eficiencia de las máquinas de vapor .
Un diagrama PV representa gráficamente el cambio de presión P con respecto al volumen V para uno o varios procesos. Normalmente, en termodinámica, el conjunto de procesos forma un ciclo , de modo que al completarse el ciclo no se ha producido ningún cambio neto en el estado del sistema; es decir, el dispositivo vuelve a la presión y el volumen iniciales. [ cita requerida ]
La figura muestra las características de un diagrama PV idealizado. Muestra una serie de estados numerados (del 1 al 4). El camino entre cada estado consiste en algún proceso (del A al D) que altera la presión o el volumen del sistema (o ambos).
Una característica clave del diagrama es que la cantidad de energía gastada o recibida por el sistema como trabajo se puede medir porque el trabajo neto está representado por el área encerrada por las cuatro líneas. En la figura, los procesos 1-2-3 producen una salida de trabajo, pero los procesos de 3-4-1 requieren una entrada de energía menor para volver a la posición/estado inicial; por lo tanto, el trabajo neto es la diferencia entre los dos. Esta figura está altamente idealizada, en la medida en que todas las líneas son rectas y las esquinas son ángulos rectos. Un diagrama que muestre los cambios en la presión y el volumen en un dispositivo real mostrará una forma más compleja que encierra el ciclo de trabajo. [ cita requerida ] (§ Aplicaciones).
El diagrama PV, entonces llamado diagrama indicador, fue desarrollado en 1796 por James Watt y su empleado John Southern . [2] El volumen se trazaba mediante una placa que se movía con el pistón, mientras que la presión se trazaba mediante un manómetro cuyo indicador se movía en ángulo recto con el pistón. Se utilizó un lápiz para dibujar el diagrama. [ cita requerida ] Watt utilizó el diagrama para realizar mejoras radicales en el rendimiento de la máquina de vapor.
[3] En concreto, el diagrama registra la presión del vapor en función del volumen de vapor en un cilindro , a lo largo del ciclo de movimiento de un pistón en una máquina de vapor. El diagrama permite calcular el trabajo realizado y, por lo tanto, puede proporcionar una medida de la potencia producida por la máquina. [4]
Para calcular con exactitud el trabajo realizado por el sistema es necesario calcular la integral de la presión con respecto al volumen. A menudo, se puede calcular rápidamente utilizando el diagrama PV, ya que es simplemente el área encerrada por el ciclo. [ cita requerida ]
Tenga en cuenta que en algunos casos se representará el volumen específico en el eje x en lugar del volumen, en cuyo caso el área bajo la curva representa el trabajo por unidad de masa del fluido de trabajo (es decir, J/kg). [ cita requerida ]
En fisiología cardiovascular , el diagrama se aplica a menudo al ventrículo izquierdo y se puede relacionar con eventos específicos del ciclo cardíaco . Los estudios de bucles de PV se utilizan ampliamente en la investigación básica y las pruebas preclínicas para caracterizar el rendimiento del corazón intacto en diversas situaciones (efecto de fármacos, enfermedades, caracterización de cepas de ratones ) [ cita requerida ]
La secuencia de eventos que ocurren en cada ciclo cardíaco es la siguiente. La figura de la izquierda muestra un bucle PV de un experimento real; las letras se refieren a puntos.
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Como se puede observar, el bucle fotovoltaico tiene una forma aproximadamente rectangular y cada bucle se forma en sentido antihorario.
Se puede obtener información muy útil mediante el examen y análisis de bucles individuales o series de bucles, por ejemplo:
Consulte los enlaces externos para obtener una representación mucho más precisa.
