Proceso I: el émbolo de trabajo se mueve hacia arriba, mientras que el sumergible está quieto, produciéndose una expansión isoterma del gas, a una temperatura alta TH del foco caliente, del cual se absorbe la cantidad de calor QH. En resumen, se trata de una expansión isotérmica del gas, en la que se produce una absorción de calor por parte del sistema, realizándose trabajo.

V1V2 ; p1p2 ; TH = constante.

Proceso II: el émbolo sumergible se desplaza hacia la derecha, absorbiendo y almacenando el calor del gas caliente que circula hacia la izquierda, mientras que el émbolo de trabajo está quieto ahora, por lo que se produce un enfriamiento isócoro desde TH a Tc. En resumen, se trata de una cesión de calor isócora en la que no se realiza trabajo:

THTC ; p2p3 ; V2 = constante

Proceso III: el émbolo de trabajo se mueve hacia abajo, mientras que el sumergible está quieto, produciéndose una compresión isoterma del gas a la temperatura TC del foco frío, pero a menor temperatura que la del proceso I, pues el gas se enfrió en el proceso II. Se cede entonces una cantidad de calor QF. En resumen, se trata de compresión isotérmica, se cede calor y se absorbe trabajo:

V2V1 ; p3p4 ; TC = constante ;

Proceso IV: el émbolo sumergible retorna ahora hacia la izquierda, cediendo al gas el calor que almacenó previamente en el proceso II, mientras que el émbolo de trabajo está quieto. Se produce así un calentamiento isócoro del gas desde TC a TH . En resumen, se trata de una absorción isócora en la que no se realiza trabajo.

T2T1 ; p4p1 ; V1 = constante

El trabajo realizado por el motor de Stirling se fundamente en la primera ley de la termodinámica: dQ = dU + P dV,

donde Q es el calor cedido o absorbido por el sistema, U es la energía interna del sistema, P la presión y V el volumen. Notemos que los procesos II y IV son isocoros, no hay cambio de volumen, no se realizad trabajo. Por otra parte, como en los procesos isotérmicos la energía interna no varía, en las fases I y III del ciclo de Stirling el trabajo es igual al calor aportado o cedido por el sistema. En resumen, solo hay que considerar estas dos fases I y III para evaluar el trabajo completo en ciclo de Stirling, y el trabajo producido por dicho motor en un ciclo sería entonces:

W = W1+W3,

siendo W1 y W3 los trabajos realizados por el sistema en las fases I y III. Este trabajo es el que potencialmente se transforma en energía mecánica.

Como hemos considerado que el aire un gas ideal, se cumplirá que: P V = n RT,

donde n es el número de moles y R la constante de los gases. Con lo cual, y teniendo en cuenta la primera ley de la termodinámica, finalmente, cabe calcular el trabajo termodinámico Wter

realizado por el motor en un ciclo completo como:

Wter = W1+W3,

El valor del trabajo termodinámico, Wter, del motor de stirling se ofrece como dato de la práctica. Y la eficiencia ideal del motor de Stirling se calcularía en la forma: