Ciclo de refrigeración
Si giras un motor térmico al revés, se vuelve un frigorífico. En vez de dejar caer el calor del lado caliente al lado frío y recoger trabajo, gastas trabajo para empujar el calor del lado frío al lado caliente. Es el único camino por el que el calor sube la cuesta al revés, y así se mueven la nevera, el congelador y la bomba de calor.
El calor del lado frío sube al lado caliente solo si gastas trabajo, y el lado caliente recibe QH = QC + W. El calor preferiría correr solo del caliente al frío, así que empujarlo al revés exige una bomba, y el trabajo que gastas se vuelve por completo calor y se suma al lado caliente.
En una nevera real el refrigerante visita cuatro aparatos. Hierve en el evaporador y absorbe calor en el lado frío, el compresor sube la presión, se condensa y suelta calor en el lado caliente, y la válvula de expansión baja la presión. Es un ciclo de Rankine dado la vuelta, y el refrigerante hierve a una temperatura tan baja que se evapora incluso dentro de una caja fría y absorbe calor, la misma idea del sudor que enfría la piel.
Un frigorífico no se juzga por la eficiencia sino por un coeficiente COP = QCW, el calor movido por unidad de trabajo, y suele ser mayor que 1. Eso es porque mueve más calor que el trabajo que gasta. Pasar de 1 no crea energía: la máquina no inventa calor, solo saca calor que ya estaba y lo lleva fuera del lugar frío, así que el calor movido puede superar al trabajo gastado.
La misma máquina es un frigorífico cuando quieres el lado frío frío, y entonces lo útil es QC, y es una bomba de calor cuando quieres el lado caliente cálido, y entonces lo útil es QH. Como QH = QC + W, el coeficiente de la bomba siempre es 1 mayor que el del frigorífico. Por eso calentar con una bomba de calor gana a un calefactor eléctrico, que convierte un paquete de electricidad en un paquete de calor, mientras la bomba saca calor gratis del aire de fuera o del suelo y entrega varias veces eso.
La refrigeración es un motor dado la vuelta, subir el calor siempre cuesta trabajo, se juzga por un coeficiente, y el mejor COP = TC(TH−TC) crece cuando la diferencia de temperatura se achica. Con eso se cierra el anillo, de un estado, por las leyes, hasta los ciclos que hacen girar el mundo. La fuerza de esa diferencia también se nota en casa: una bomba de calor trabaja más duro el día más frío, cuando la diferencia entre dentro y fuera es mayor.