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Le macchine termiche corrispondenti a cicli {$pV$} percorsi in verso antiorario producono un lavoro negativo {$W<0$} e quindi, in base al I principio {$Q_A-Q_D=W$}, {$Q_D>Q_A$}.
Questi cicli si sfruttano per sottrarre calore a corpi freddi, facendolo assorbire al sistema termodinamico (al gas, ad esempio) e dissipare una quantità di calore maggiore al caldo. Quello che ci si attende da un frigorifero, che serve per l'appunto a raffreddare corpi freddi, tenuti all'interno di scomparti isolanti, sottraendo loro quel calore che possono assorbire spontaneamente attraverso le piccole perdite dell'isolamento termico.
La Figura 1 mostra il bilancio energetico di un frigorifero schematico, basato su due soli termostati e mette in evidenza che la cella frigorifera costituisce il termostato freddo, mentre il gas viene compresso ed espanso a contatto con la cella e con l'ambiente esterno, che a sua volta rappresenta il termostato caldo.
I frigoriferi si impiegano nella refrigerazione di parti, comparti ed ambienti, ma anche nella solidificazione di alcuni liquidi (produzione di ghiaccio) e nella liquefazione dei gas (produzione di azoto ed elio liquidi, trasporto efficiente di gas metano per impieghi energetici).
In linea di principio qualunque macchina termica basata su un ciclo reversibile può essere, per l'appunto, revertita. Percorrendo il ciclo in verso opposto, la si trasforma in frigorifero. In pratica questo non è necessariamente vero per le trasformazioni irreversibili, impiegate nei motori reali, o è quanto meno poco pratico. I motori ed i frigoriferi sono ottimizzati meccanicamente e termodinamicamente per le loro funzioni specifiche. Vedremo più avanti che esistono tuttavia categorie di cicli frigoriferi ottimizzate per essere utilizzate in due modalità distinte (condizionatori e pompe di calore)
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Figura 1. Bilancio energetico del ciclo frigorifero: Il calore {$Q_D$} è dissipato al caldo ed è maggiore del calore {$Q_A$} assorbito al freddo. Entrambe le caratteristiche sono l'opposto di quel che avviene spontaneamente, al costo di un lavoro compiuto sul gas.
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