Este texto de introducción a la Termodinámica está destinado a estudiantes no graduados en el campo de la Ingeniería. Los objetivos principales son proporcionar un conocimiento y exhibir un amplio abanico de aplicación de las leyes básicas de la Termodinámica y presentar un desarrollo lógico de las relaciones entre las propiedades físicas de interés en las ciencias térmicas. La meta última es presentar la Termodinámica como una ciencia edificada sobre un grupo de postulados y conceptos que se complementan unos a otros. Un análisis resulta pleno de sentido sólo mediante la aplicación y engranaje de estas ideas. Prefacio a Termodinámica (1966), de K. Wark, Jr. Estas palabras siguen siendo tan válidas para la sexta edición de Termodinámica como lo fueron para la primera edición publicada en 1966. Sin embargo, cambios en los estudiantes, en la enseñanza de la Ingeniería y en la profesión de ingeniero en los últimos treinta años llevan a cambios significativos en cómo y qué enseñar. La sexta edición de Termodinámica se ha escrito para responder a estos cambios. Los autores han tenido dos metas durante la preparación de esta edición: clarificar más los conceptos importantes y las herramientas de la Termodinámica y alentar a los estudiantes a desarrollar una gran pericia en la resolución de problemas. Por esta razón, la mayor parte de los nueve primeros capítulos se han modificado considerablemente tanto en la redacción como en la forma. Para preparar la sexta edición de Termodinámica, el Prof. Wark ha tenido como coautor al Prof. Richards, del Instituto Tecnológico Rose-Hulman. Además de su experiencia en la enseñanza e investigación en las ciencias térmicas, el Prof. Richards tiene una experiencia significativa en el diseño y ejecución de un nuevo e innovador programa de estudios de segundo año en Ciencias de la Ingeniería y Matemáticas, el Programa de Estudios de Segundo Año de Ingeniería de la Rose-Hulman/Foundation-Coalition. Este programa de estudios integrado pretende mejorar el aprendizaje del estudiante reforzando el andamiaje —identificación de sistemas, conservación y recuento de propiedades extensivas, relaciones constitutivas, modelado y cálculo— como base común de la educación en la Ciencia de la Ingeniería.

RASGOS SIGNIFICATIVOS DE LA NUEVA EDICIÓN

Método de resolución de problemas. Los autores están convencidos de que los estudiantes necesitan hacer algo más que «dar a la manivela» para resolver los problemas haciendo uso de ecuaciones sencillas ya elaboradas en el texto. Como antídoto a este método, este texto proporciona al estudiante oportunidades continuas de desarrollar las ecuaciones necesarias a partir de los principios generales aplicando explícitamente hipótesis sobre los modelos en el contexto de un problema específico. En este modelo, el énfasis pasa de recordar ecuaciones concretas a aprender cómo seleccionar un sistema y aplicarle las hipótesis de un modelo sencillo. Se propone una metodología específica para resolver problemas que se utiliza tanto en los problemas de los ejemplos como en el manual de soluciones.

Convenio de signos para el trabajo y el calor. Una de las constantes en este texto a lo largo de los años ha sido utilizar un convenio o criterio de signos coherente para las interacciones de trabajo y calor, esto es, se consideran positivas las interacciones calor y trabajo cuando las recibe el sistema, y así se escriben en la ecuación del balance de energía. Una vez más ha de retenerse este criterio de signos. El criterio concreto de signos adoptado para cualquier término en el balance de energía es arbitrario y a menudo viene dictado por la historia. Hubo una época en la que trabajo y calor se trataban por separado, como conceptos no relacionados que entraban en el balance de energía. Al ser tratados como conceptos separados, era razonable que hubiera un criterio de signo diferente para cada uno de ellos. Como las máquinas de vapor de agua precisaban de un suministro de calor y producían trabajo, pareció razonable que el calor suministrado y el trabajo obtenido fuesen ambos positivos. Hoy en día, estos dos conceptos han sido unificados y ambos se reconocen como mecanismos de transferir energía. Aunque todavía se oye que «el trabajo es realizado» y «el calor se suministra», ahora se habla de «energía transferida mediante trabajo y mediante calor». Por esta razón, los autores continúan creyendo que es preferible un convenio coherente de signos basado en el sentido de la transferencia de energía. El convenio de signos adoptado, que la energía transferida al sistema por medio de trabajo y de calor son ambos positivos, es coherente con la experiencia temprana del alumno en Física, Química y Mecánica. Este método es también coherente con los esfuerzos actuales en la enseñanza de la Ingeniería para conseguir que los alumnos integren la materia a través de los límites de un curso tradicional acentuando las semejanzas entre las leyes básicas de conservación de la masa, energía, carga neta y cantidad de movimiento además del balance de entropía. Producción de entropía y la segunda ley de la Termodinámica. En años recientes se ha incrementado el énfasis sobre el concepto de producción o generación de entropía como una herramienta para ayudar a los estudiantes a entender la naturaleza direccional de la segunda ley de la Termodinámica. Los autores aplauden este cambio y han aumentado el uso de la ecuación del balance de entropía como una herramienta para la resolución de problemas. El desarrollo de las relaciones de la segunda ley (Capítulo 6) ha experimentado grandes cambios. En el desarrollo primitivo se hacía hincapié en el papel de la reversibilidad e irreversibilidad internas, más que en la irreversibilidad total. Esta última forma da más relieve a la introducción posterior de la producción (generación) de entropía. Para complementar el modelo clásico basado en el postulado de Kelvin-Planck de la segunda ley del Apartado 6.5, los autores han incluido en el Apartado 6.6 un desarrollo alternativo de la misma basado en un planteamiento con postulados. Este planteamiento sigue un desarrollo paralelo al de la primera ley del Capítulo 2 y comienza con un postulado sobre el transporte de entropía por medio del calor transferido y sobre la producción de entropía en un sistema cerrado. Los profesores deben decidir qué planteamiento consigue sus metas y, por tanto, fijar el Apartado 6.5 o el 6.6 para sus alumnos. Cualquiera de los planteamientos conduce directamente al balance de entropía en un volumen de control que posteriormente sirve de herramienta principal para la aplicación de la segunda ley a lo largo del texto, incluyendo los Capítulos 10, 13 y el análisis de los ciclos de los Capítulos 15, 16 y 17. El Capítulo 6 concluye con un análisis mejorado de la pérdida de potencial de trabajo asociado con el calor transferido, y con el cálculo de la producción de entropía en dispositivos cíclicos sencillos.

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