Del segundo principio de la termodinámica se desprende que es imposible que el calor fluya de manera espontánea entre un foco frío y otro caliente, experimentalmente se comprueba que el calor fluye del foco caliente al foco frío.
Aunque se puede extraer calor del foco frío y transportarlo a otro más caliente, a condición de que aportemos energía mecánica exterior al sistema, es lo que llamamos máquina frigorífica o bomba de calor, de un modo similar a como una motobomba eleva el agua desde un nivel bajo a otro más alto consumiendo energía.
El esquema conceptual de este proceso es el de la figura adjunta.

Imagen 03. Elaboración propia

 

La eficiencia del sistema se obtiene de la relación entre el flujo calorífico extraído del foco frío y la potencia mecánica aportada, según la expresión:


Si consideramos que los flujos de calor son proporcionales a las temperaturas absolutas podemos expresar la eficiencia del siguiente modo:


Más sencilla de aplicar ya que resulta más fácil obtener la temperatura de los focos que el calor trasegado.

Diagrama p-v del ciclo teórico
El funcionamiento de los equipos frigoríficos de compresión se basan en la cesión del calor latente de condensación y la absorción del calor latente de evaporación de un fluido frigorífico al que se hace evolucionar en un ciclo cerrado de comprensiones y expansiones sucesivas, que provocan la condensación y evaporación respectiva del fluido frigorífico.
El ciclo teórico que sufre este fluido es el representado en el diagrama p-v adjunto, y se justifica del siguiente modo:

Imagen 04. Elaboración propia

 

• Línea 1-2. El fluido (gas) se comprime sufriendo un aumento de presión y una reducción de volumen.
• Línea 2-3. El fluido (gas) se sigue comprimiendo y su volumen continúa reduciéndose hasta que el fluido se condensa, convirtiéndose en líquido, cediendo su calor latente de condensación al foco caliente.
• Línea 3-4. Tiene lugar una expansión del fluido que provoca una disminución de presión y un aumento de volumen, dando lugar a que el fluido licuado comience a evaporarse.
• Línea 4-1. Concluye el proceso de evaporación del fluido absorbiendo su calor latente de evaporación del foco frío. Con lo que se cierra el ciclo.

Para que se produzca este efecto, hay que aportar energía al sistema (compresor) y emplear fluidos que se vaporicen a baja presión.
Un buen equipo frigorífico deberá extraer una gran cantidad de calor de un foco frío a expensas de una pequeña cantidad de energía aportada por el compresor.