Il ciclo di Stirling è un tipo di ciclo termodinamico rigenerativo in grado di utilizzare un fluido di lavoro autonomo e un componente di scambio termico interno, per convertire il calore in movimento meccanico o viceversa. Ciò rende il ciclo Stirling utile in motori, pompe di calore, refrigerazione e numerose altre applicazioni. Un certo numero di diversi modelli di motori utilizzano il ciclo Stirling, la maggior parte dei quali contiene uno o due cilindri. Indipendentemente dal design specifico, un motore che utilizza questo ciclo passa attraverso le quattro fasi di compressione, aggiunta di calore, espansione e rimozione di calore.
Esistono diversi motori a combustione esterna, ognuno dei quali utilizza un diverso tipo di ciclo termodinamico. I motori a vapore funzionano secondo i principi del ciclo Rankine, che utilizza un fluido di lavoro, come l’acqua, sia allo stato liquido che gassoso. Di tanto in tanto devono essere aggiunti altri fluidi, riducendo l’efficienza di questi sistemi. Il ciclo Stirling, originariamente inventato nel 1816 come rivale del ciclo Rankine, utilizza un fluido di lavoro che è sigillato all’interno del sistema. Nella maggior parte dei casi, il fluido di lavoro utilizzato nei motori Stirling è l’aria.
L’idea alla base del ciclo Stirling ruota attorno al riscaldamento, e successivo raffreddamento, di un unico volume di fluido di lavoro. Ciò provoca l’espansione e la contrazione termica del fluido, che può essere utilizzato per eseguire lavori meccanici. Nella maggior parte dei casi, ciò si ottiene collegando i pistoni a un volano. Quando il fluido all’interno del sistema si espande e si contrae, i pistoni vengono spinti su e giù, il che fa girare il volano. Il ciclo Stirling è indicato come un ciclo rigenerativo per il fatto che il fluido è autonomo e lo stesso volume di fluido viene utilizzato sia nella camera di compressione che nella camera di espansione.
L’uso del ciclo Stirling non è limitato ai motori, poiché il processo è anche reversibile. Ciò significa che è possibile che un dispositivo che utilizza questo ciclo funga da pompa di calore se viene fornita energia meccanica. In questo caso, la potenza meccanica esterna viene utilizzata per azionare i pistoni, che pompano il fluido di lavoro tra la camera di espansione e la camera di compressione. A seconda della configurazione di un dispositivo, questa inversione di ciclo può essere utilizzata in una pompa di calore, in un dispositivo di refrigerazione o in qualsiasi altra applicazione che richieda il trasferimento di energia termica.