Ciclo termodinámico real del motor Stirling

El diagrama de un ciclo Stirling real, se asemeja mucho más al de la figura siguiente:

Ciclo real de un motor Stirling.

En la realidad, dentro de un motor Stirling los procesos no son ideales, esto se debe a irreversibilidades y efectos principalmente de transferencia de calor que no permiten que los procesos sean isotérmicos o isocóricos, las principales causas que generan que el ciclo no sea ideal son:

Transferencia de Calor Incompleta en el Enfriamiento: Idealmente en este proceso, el aire es comprimido por un rechazo de calor a un sumidero a temperatura constante, sin embargo esto no sucede. No todo el fluido desplazado se mantiene a una temperatura constante durante este proceso, esto se debe a la resistencia térmica de los elementos que transfieren el calor y la resistencia térmica del mismo fluido. Lo cual lleva a que la temperatura global del fluido sea mayor a la del sumidero.
Transferencia de Calor Incompleta en el Calentamiento: Idealmente en este proceso, el aire es expandido por una ganancia de calor de una fuente a temperatura constante, sin embargo esto no sucede. No todo el fluido desplazado se mantiene a una temperatura constante durante este proceso, debido a la resistencia térmica de los elementos que transfieren el calor y la resistencia térmica del mismo fluido. Haciendo que la temperatura global del fluido sea menor a la de la fuente.
Eficiencia de la regeneración: Idealmente se considera una regeneración completa, esto quiere decir que el fluido transfiere calor al regenerador a volumen constante disminuyendo la temperatura de T_H a T_L, luego todo este calor que gana el regenerador es transferido al fluido de nuevo para incrementar la temperatura a volumen constante de T_L a T_H. Sin embargo esto no sucede, el fluido solamente transfiere una cierta cantidad de calor al regenerador y este transfiere una cantidad menor de nuevo al fluido. Con esto se habla de una eficiencia del regenerador.
Fugas del fluido: Uno de los retos de un motor Stirling es alcanzar la estanqueidad del fluido en la cámara. Esta falta de estanqueidad dentro del sistema da lugar a que en la expansión del fluido disminuya la presión alta y en la compresión aumente la presión baja.
Volúmenes muertos: En el ciclo ideal se considera que todo el aire dentro de la cámara va a enfriarse y calentarse, sin embargo existe cierta cantidad de aire que no cumple o no se ocupa para el ciclo, esto reduce el trabajo de salida del motor. Por esta razón es necesario disminuir al máximo estos espacios muertos.
Fricciones: Dentro de un motor Stirling didáctico, este puede ser el factor decisivo para que el mismo funcione o no, estas irreversibilidades generan un trabajo negativo para el motor y pueden ser tan grandes que evitarían el funcionamiento del mismo, por esta razón se deben eliminar todo tipo de fricciones indeseables del sistema.
Movimiento del pistón: El mecanismo usado para transmitir la potencia, genera una variación del ciclo ideal, dependiendo de la naturaleza del mismo.

Tomando en cuenta lo mencionado anteriormente, el ciclo de Stirling real va a ser diferente a un ciclo ideal, causando una disminución del trabajo efectivo del ciclo. El trabajo efectivo corresponde al área sombrada delimitada por los procesos 1’-2’ compresión, 2’-3’ ganancia de calor en regenerador, 3’-4’ expansión, 4’-1’ rechazo de calor en regenerador.

Ciclo de Stirling real (1’-2’-3’-4’) sobrepuesto al ideal (1-2-3-4).

--Debido a que no existe un mecanismo que realice el movimiento ideal del pistón y del desplazador para la realización del ciclo y a la dificultad de obtener los ciclos puramente isotérmicos debido a los mecanismos de transferencia de calor, asociados a la velocidad con que se pretende realizar el ciclo, se pierde potencia y rendimiento, el resultado final es un ciclo “redondeado” en forma de elipse.--