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Esta versión de la lección inaugural La Termodinámica y la Ingeniería como garantes del progreso y guías de lo posible pudo ser variada por el orador en el transcurso de su lectura.
Excmo. Sr. Presidente de la Comunidad Autónoma de La Rioja
Sr. Rector Magnífico
Sr. Presidente del Consejo Social
Excelentísimas e Ilustrísimas Autoridades
Miembros de la Comunidad Universitaria
Señoras y Señores
Compañeros de la ETS de Ingeniería Industrial
Amigos y familiares
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El tema elegido para esta Lección Inaugural se debe a la íntima relación existente entre la Termodinámica y la Ingeniería, ambas garantes del progreso y guías de lo posible.
No podemos olvidar nuestra emoción al contemplar el bello y original cuadro de Álvarez Vélez donde se plasma la majestuosidad del conjunto, que puede representar –cosas del artista- la fructífera unión de las Artes, las Letras, la Ciencia, la Sociedad y la Técnica, etc., junto a la belleza intrínseca y precisa que aporta la Ingeniería en sus soluciones.
Además, como decía Virgilio en “Las Églogas”, “Cada uno tiene sus inclinaciones”, que en el presente caso, y debido a mi edad, son buenas, a mi pesar.
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El Índice que vamos a seguir es el mostrado en la pantalla, debido a la brevedad exigida para este Acto y a lo que es costumbre en esta Universidad.
Vamos a poder comprobar que la Termodinámica Clásica es, sin lugar a dudas, la más asombrosa de las ciencias básicas garantes del progreso, siendo la Ingeniería su máxima expresión.
La Termodinámica es humilde y recatada hasta en sus propios fundamentos, llamados Principios en España y Leyes en el mundo anglosajón.
Mientras que la Ciencia trata de explicar el mundo tal como es e, incluso, como ha sido, la Ingeniería fabrica un mundo nuevo, día a día, no exento de grandes dificultades y, a veces, de problemas de compleja solución.
La grandeza de la Ingeniería es que se apoya en las Artes, las Letras, las Ciencias, la Técnica, y otras, con el imperativo enfoque tradicional de resolver los problemas donde los haya y no generarlos –en la medida de lo posible- donde no los hubiere, actuando siempre con eficacia, elegancia y sobriedad., primeramente por el bien de las personas.
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Si lo decía Descartes, ¿qué podemos decir nosotros?, sino añadir que el ingenio debe aplicarse adecuadamente, optimizando recursos y medios disponibles–siempre escasos-, evitando problemas y dando soluciones válidas y sostenibles, en lo económico y en lo medioambiental.
Es preciso advertirles de que todos se emocionarán con la más asombrosa ciencia básica de la Ingeniería. Si algunos, los menos, no se emocionan lo suficiente serán perdonados, una vez finalice esta breve Lección Inaugural, impartida con menos solemnidad de lo acostumbrado pero, seguramente, con más pasión –si cabe- de lo aconsejable, leída por un ferviente admirador de la Termodinámica y, mucho más, defensor de la Ingeniería Industrial y de la propia Universidad de La Rioja.
¡Cómo no vamos a perdonar a los presentes que no se emocionen, si excelentes matemáticos, físicos, químicos, filósofos, historiadores, escritores, poetas y otros grandes y meritorios colectivos, se han quedado asombrados con la Termodinámica, con frases y expresiones que han pasado a la historia…!
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Arnold fue un brillante matemático que se quedó perplejo ante la profundidad y esencia de la Termodinámica.
Destaca por sus teoremas y contribuciones a la teoría de sistemas dinámicos, teoría de las catástrofes, topología, Mecánica Clásica, etc., además de haber resuelto el problema nº 13 de Hilbert.
Lo mismo podemos decir del excepcional físico Sommerfeld.
Aportó grandes contribuciones al modelo atómico, cálculo de la constante de estructura fina, siendo cofundador de la Mecánica Cuántica, entre otras cosas.
Es preciso recordar en su favor que dirigió cuatro tesis doctorales en su vida, y los cuatro discípulos fueron galardonados con el Premio Nobel, entre ellos Heisenberg y Pauli. Estos éxitos tal vez sean debidos a que comenzó su carrera profesional como Ingeniero experto el lubricación hidrodinámica. Al final, todo lo bueno se pega.
Si al finalizar esta breve Lección, además de por la emoción del momento, alguien se encuentra un poco desconcertado, la culpa es de la Termodinámica, como hemos visto.
Además, puede ser que el que suscribe no esté a la altura del acto. En este caso, la culpa no sería del Sr. Rector Magnífico por concederme tan grande e inmerecido honor. Tampoco mía –por supuesto-, sino a elegir: Entre la Termodinámica o el “Maestro Armero”, siguiendo tan popular como práctica y ventajosa costumbre que, al menos hoy debemos mantener.
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Comencemos, pues, con la Ciencia Básica de la Ingeniería más sencilla en sus fundamentos e implacable en sus consecuencias; muchas veces desconcertante y, siempre, completamente lógica y brillante.
Los Principios de la Termodinámica son cuatro. El conocido como Principio Cero debiera ser el Primero; el Primer Principio debiera ser el Segundo; el Segundo, el Tercero y el Tercer Principio debiera ser el Cuarto.
Por otra parte, el Principio Cero se definió el cuarto; el Primero, el segundo; el Segundo, el primero y el Tercero, sí que fue el tercero.
No cunda el pánico. Más adelante veremos cuál es el origen de este pequeño galimatías histórico.
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En sentido general, la Termodinámica es la Ciencia que está relacionada con los fenómenos en los que intervienen el calor, la temperatura y sus circunstancias.
Su objeto de estudio es el sistema termodinámico, esto es cualquier región del espacio que contiene en su interior un gran número de átomos, moléculas, fotones, iones, etc. – es decir, macroscópico-, que está delimitado del exterior por una superficie cerrada –real o imaginaria- a la que denominamos contorno o frontera, que separa el sistema del medio exterior, también denominado entorno o alrededores.
Normalmente, el entorno se restringe a la zona que interacciona con el sistema.
En 200 gramos de agua hay más moléculas que kilogramos de masa tiene la Tierra.
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Es importante resaltar que en esta Lección Inaugural vamos a referirnos a los denominados sistemas simples, que son:
“Sistemas homogéneos, isótropos, sin cargas y químicamente inertes, suficientemente grandes para que los efectos de superficie puedan ser despreciados y, además, no sometidos a la acción de campos eléctricos, magnéticos, gravitatorios, etc.”
Una vez que la teoría termodinámica se desarrolla para los sistemas simples es fácil desarrollarla para los denominados sistemas generalizados.
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El estado de un sistema son las condiciones en que se encuentra en un instante dado. La Termodinámica describe el estado de un sistema especificando un reducido número de parámetros macroscópicos. Estos son, en general, medibles, no implican ninguna hipótesis sobre la estructura de la materia y existen relaciones entre ellos, necesitándose un número muy reducido de parámetros para especificar el estado del sistema.
Un sistema se encontrará en equilibrio termodinámico cuando no sea capaz de experimentar un cambio finito desde un estado a otro de forma espontánea, es decir, si no está sometido a ninguna interacción.
En definitiva, un sistema aisladoen estado estacionario está en equilibrio termodinámico.
Un sistema se encuentra en un estado de equilibrio estable cuando no puede experimentar un cambio finito de estado sin que exista una interacción entre el sistema y el medio exterior, tal que deje en éste una alteración finita.
Para que un sistema esté en equilibrio debe cumplir las condiciones de los equilibrios mecánico, térmico y químico.
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Un proceso es reversible cuando al invertir el sentido de realización del mismo, el sistema pasa por cada uno de los estados anteriores, regresando al estado inicial sin que se haya producido ninguna modificación en el medio exterior.
En un proceso reversible basta una modificación infinitesimal para que el proceso se realice en sentido contrario, de forma que el trabajo será igual pero de signo contrario respecto al del proceso realizado en el sentido original.
Por el contrario, el trabajo de rozamiento es unidireccional, de forma que su efecto no puede anularse, es decir, no se puede invertir el proceso original y recuperar el trabajo.
Causas típicas de irreversibilidad son los fenómenos de disipación (rozamientos, fricción por velocidad, etc.), los procesos de mezcla, las reacciones químicas y los fenómenos de histéresis.
Un sistema experimenta un proceso cíclico cuando después de pasar por una serie de estados intermedios, el estado final coincide con el inicial. Por consiguiente, después de realizarse un proceso cíclico no ha habido modificación de las variables termodinámicas del sistema.
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El principio Cero equivale a la propiedad transitiva de la temperatura.
La existencia del equilibrio térmico entre dos sistemas puede verificarse a través de un sistema intermediario, al que denominaremos termómetro, sin necesidad de que exista contacto entre ellos a través de una superficie diatérmana (deja pasar el calor).
Para cada situación de equilibrio térmico tendremos una isoterma que lo defina, la cual será medida con un termómetro que deberá ser universal, reproducible, manejable, práctico, etc.
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Para un proceso finito entre dos estados 1 y 2, siendo Q12 el calor absorbido y W12 el trabajo realizado, resulta:
∆U = Q12 – W12
El calor y el trabajo son formas de intercambio de energía entre el sistema y el entorno, es decir, son energía en tránsito.
El calor no se almacena, es la energía interna la que se almacena.
En el caso más general, si las variaciones de energía cinética, potencial y todas otras posibles no se pueden considerar despreciables, la expresión anterior se convierte en:
∆E = Q12 – W12
La energía final de un sistema es la que tenía al principio, más la que ha recibido, menos la que ha cedido. O dicho de forma más elegante, pero no más cierta:
“La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”.
Esta pregunta la resolveremos posteriormente, de forma experimental.
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Un Móvil Perpetuo de Primera Especie (MP1) es un sistema que produce trabajo de forma permanente sin recibir ni disponer de ningún tipo de energía.
La afirmación de que es imposible la existencia de un MP1 es un corolario del Primer Principio.
Razonando, si ∆U = Q12 – W12 = 0, entonces: Q12 = W12, lo que significa que si se realiza el trabajo W12 es porque se ha suministrado al sistema el calor Q12.
Un MP1 sería un sistema que sigue un proceso cíclico y produce trabajo, de forma permanente, sin haber recibido calor alguno.
Es decir, se cumpliría que ∆U = Q12 = 0, pero con W12 ≠ 0.
Como ejemplos significativos: Un MP1 es un reparto de pasteles, sin existir pasteles; o de dinero mediante una cuenta o bolsa que no tiene dinero; o de votos, sin haber elecciones ni pucherazo; o de botijos de Navarrete, estando en China sin botijo alguno.
Pese a todo, siguen apareciendo continuamente, tan iluminados como lunáticos personajes, que afirman haber inventado un MP1, desafiando insensatamente al Primer Principio de la Termodinámica, como auténticos “chiflaviñas” que se atreven a tales desmanes y fechorías.
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El Segundo Principio nos dice que para producir un trabajo se necesita aportar un calor a la máquina térmica procedente de un foco caliente, pero que además se entregará por esta máquina un calor al foco frío.
El Segundo Principio, también lo podemos expresar a través de la entropía, como veremos seguidamente.
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Se define la entropía (nueva variable termodinámica) como la variación del calor respecto a la temperatura absoluta en procesos internamente reversibles (ideales).
Recordemos la intuición de los Ingenieros dedicados en la antigüedad a la fabricación de termómetros y calorímetros.
Confundían el calor y la temperatura, pero ya tenemos la primera relación existente entre ambos, siendo la temperatura el factor integrante del calor:
“La entropía”.
Una vez definida la entropía, tendremos otra forma de definir el Segundo Principio.
Los casos reales son irreversibles.
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Desde el punto de vista de la entropía:
“Un Móvil Perpetuo de Segunda Especie (MP2) es un conjunto sistema real-alrededores que intercambiando calor entre ambos mantiene la entropía del conjunto constante o la disminuye”.
Es decir, un MP2 es un sistema-alrededores que disminuye la entropía total del conjunto (Universo), pese a las irreversibilidades, o lo que es lo mismo, un sistema que de forma espontánea evoluciona del frío al calor sin que le sea aportado trabajo alguno.
Pese a todo, sigue habiendo, permanentemente, inventores (más bien insensatos y mequetrefes) de los MP2, cuyo destino no es Estocolmo, para recibir el Premio Nobel, sino el “Centro de Chiflaviñas, iluminados, lunáticos y similares” para otros menesteres, también en Estocolmo.
Ya lo decía N. G. Chernishevsky:
“Quien no ha aclarado sus pensamientos en su totalidad lógica, tiene confusión en la mente y sus hechos son absurdos”.
La entropía, como el tiempo y la expansión del Universo, va en aumento representando el desorden de los sistemas, es decir, el camino hacia la homogeneidad:
“Sí hacia la homogeneidad más absoluta, que es el máximo desorden”.
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El Tercer Principio no tiene el carácter fundacional de los demás Principios, por lo que no afecta a la estructura de la Termodinámica.
Desde el punto de vista de la Ingeniería podemos definirlo de forma coherente y eminentemente práctica como:
“La temperatura del cero absoluto es inalcanzable mediante una serie finita de procesos termodinámicos que permitan enfriar un sistema”.
Un Móvil Perpetuo de Tercera Especie (MP3) sería un sistema que alcanza la temperatura del cero absoluto (0 K), lo que es imposible, pues se necesitaría una energía infinita para alcanzarlo.
Por el momento, no hay ningún intento de MP3 documentado. Pero, sólo es cuestión de tiempo.
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Experimento “in situ”.
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Los cuatro Principios de la Termodinámica son el fundamento de todos los éxitos de la Ingeniería Térmica, explicando y permitiendo fabricar y optimizar lo que cada día se utiliza o se utilizará en el mundo que esté relacionado con el calor, la temperatura y sus circunstancias: El trabajo de un herrero; el funcionamiento de un coche, tren, avión, nave espacial, etc.; la generación, transporte, consumo y distribución de la energía; el metabolismo humano, la fiebre, etc.; los procesos químicos y biológicos; el clima y la atmósfera; y todo lo demás.
Hay un gran potencial para aplicar la Termodinámica prácticamente en toda actividad humana.
La mejor forma de concluir sobre la grandeza y validez de la Termodinámica es recordando las reflexiones de Albert Einstein.
La Termodinámica nunca será destruida.
Si nos referimos al Segundo Principio, no es menos destacable aquello que dijeron, por un lado el químico inglés Peter William Atkins (1940-2010), con su célebre pensamiento, muy didáctico y actual.
La degradación del Universo es imparable.
¡Cómo no va a ser válida la Termodinámica si hasta en la casa de HomerSimpson se cumple!
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En el ámbito de la Ingeniería Industrial, la sostenibilidad es algo de extraordinaria importancia.
La Ingeniería exige un ejercicio responsable ante la Sociedad que implica pensaren el presente y en el futuro, propios y ajenos.
Cuando hablamos de productos y procesos sostenibles, hablamos en realidad de: Materiales renovables, biodiversidad, emisiones de CO2, energías renovables, reutilización del agua, gestión de residuos, etc.
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Los recursos materiales son escasos y deben protegerse.
Las energías fósiles son escasas y deben protegerse, también.
Las energías renovables presentan un potencial inagotable.
La sostenibilidad, deriva del Primer Principio de la Termodinámica (balance de masa y energía) y del Segundo Principio de la Termodinámica (el sentido de las transformaciones reales y las irreversibilidades).
El trabajo podemos convertirlo en calor completamente, mientras que el calor no lo podemos convertir completamente en trabajo.
Por supuesto, siempre deben cumplirse ambos Principios (el Primero y el Segundo).
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Los modelos ideales nos dan el límite de lo posible.
El máximo desorden debe detenerse todo lo que se pueda, lo mismo que lageneración de entropía.
La sostenibilidad implica utilizar los mínimos recursos y producir los mínimos residuos, tratando de obtener los máximos resultados posibles.
Para alterar el medio lo mínimo posible debemos ser lo más eficientes posibles.
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La Termodinámica y todas las ciencias alcanzan su máxima expresión al permitir que los Ingenieros puedan resolver los problemas de la Sociedad, garantizando el bienestar, consiguiendo grandes avances, preparando el futuro.
En definitiva, siendo garantes del progreso, fabricando realmente un nuevo mundo.
Además de la sostenibilidad, el concepto de exergía es una gran aportación de la Ingeniería para saber el trabajo que podemos generar.
El concepto de exergía permite desarrollar un método de análisis de un gran interés en el estudio termodinámico de los procesos industriales.
Si generalizamos el concepto de exergía, la exergía total sería la suma de la exergía física y de la exergía química.
A esto debemos añadir las aportaciones sobre la relación entre los calores y las temperaturas absolutas, la generación de entropía y los rendimientos.
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Los Principios de la Termodinámica y la imposibilidad de los Móviles Perpetuos son una aportación más en la construcción del nuevo mundo que se ha producido desde 1850, especialmente por la labor de los Ingenieros Industriales, independientemente de su especialidad, con la colaboración inestimable de toda la Sociedad, debiéndose rendir un merecido homenaje a todos los oficios, profesionales, técnicos, científicos, etc. que han trabajado con ellos, mano a mano. Porque nadie puede hacer más por la Sociedad que la Sociedad misma, que somos todos.
El Decreto del 18 de septiembre de 1935 (Gaceta de Madrid, nº 263 de 20.09.1935) sobre las atribuciones profesionales de los Ingenieros Industriales, afirmaba solemnemente el reconocimiento a la excelente labor de los Ingenieros Industriales.
Labor que hoy en día continúan, con el mismo mérito, capacidad, esfuerzo, dedicación, elegante sobriedad, excelentes resultados y vocación de servicio…
El citado Decreto del 18 de septiembre de 1935, en otro de sus apartados, volvía a poner las cosas en su sitio al reconocer la especial misión que les está encomendada.
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Una cosa es segura. Los Ingenieros Industriales han hecho más por el progreso y el bienestar de la Humanidad que cualquier otro colectivo humano, si bien todos somos necesarios. Todos contribuimos al progreso y al bienestar general, siendo un deber ético y social.
Como sabiamente dice un muy querido amigo nuestro que prefiere permanecer en el anonimato, los Ingenieros Industriales pueden resolver la mayoría de los problemas, construyendo un mundo mejor.
Y otras veces, para zanjar los móviles perpetuos y otros sueños imposibles, también en el campo de las Artes, las Letras, las Ciencias, y otros, añade con un tono tan inteligente como razonablemente irónico sus reflexiones sobre los idiotas y sus implicaciones prácticas.
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La profesión de Ingeniero Industrial imprime carácter, exigiendo capacidad de liderazgo, vocación inquebrantable, integridad, lealtad, trabajo continuo y eficaz, disciplina, responsabilidad y sentido del deber, valor e independencia de criterio, compañerismo y trabajo en equipo, austeridad y sobria elegancia, entre otros, sin olvidar la ética profesional y personal, que no pueden ir separadas.
Efectivamente, es cierto lo que aprendimos de nuestros venerables y sabios profesores, cuando nos decían más convencidos que amenazantes aquellas reflexiones sobre las madres y los Ingenieros Industriales.
Éramos jóvenes y nos lo creímos. Ya saben ustedes lo que es la ignorancia de la juventud… Han pasado más de cuarenta años y debemos reconocer que, efectivamente,… ¡lo que nos decían de lo de las madres, era cierto!, algo evidente por la experiencia.
Respecto a lo de los Ingenieros es un poco exagerado, pero respecto a los Ingenieros Industriales,… ¡es completamente cierto!.
Sin falsas modestias, un Ingeniero Industrial debe hacer lo que siempre ha hecho vocacionalmente, en cumplimiento de la misión que le encargó el Estado hace más de siglo y medio, porque como decía Kant:
“Debe porque puede”.
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Aquellos Ingenieros Industriales que vocacionalmente trabajen en las Administraciones Públicas, deberán ejercer el liderazgo que les corresponda y trabajar más y mejor, si cabe, al estar al servicio del Estado como instrumento visible de la Nación Española, que en estos tiempos está sufriendo la peor de las crisis posibles, la del alma social, algo impensable en más de cinco siglos de existencia, siendo necesario para su pronta y completa resolución el trabajo de todos y cada uno de nosotros, con generosidad y entrega, en la dirección del bien común, con el más alto sentido del honor y del deber.
Toda solución sólo es posible trabajando con lealtad y respeto a las generaciones pasadas; con vocación de servicio y aplicación de los más altos valores éticos, morales, sociales y políticos en defensa de la actual sociedad; preparando el futuro para las generaciones venideras, con altas y honorables miras.
Serán más sólo aquellos que más aporten a la Sociedad, con sentido de estadistas al servicio de España, lo que servirá para honrar a todos aquellos que dieron su vida por los demás en la defensa del bien común.
Porque el comportarse como verdaderos estadistas es un mandato social y ético.
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El papel de los Ingenieros Industriales en la Universidad, además de la búsqueda y desarrollo del conocimiento, la investigación, la innovación y el desarrollo tecnológico y social, entre otros, es realizar eficazmente la tarea encomendada históricamente a los mismos como garantes del bienestar social, participando activamente en la formación de profesionales íntegros, leales, llenos de los profundos valores tradicionales y, a la vez, dispuestos a ir más allá (“plus ultra”) con su esfuerzo y dedicación; ordenados, disciplinados, responsables, profundamente humanistas; aportando prósperos y fecundos resultados, eficaces en sus acciones y con un alto sentido del deber.
Este deber lo acometerán siempre, como lo han venido haciendo desde 1850, de forma oficial, y desde muchos siglos antes de manera abnegada, sin esperar recompensa extraordinaria alguna, salvo aquella que les corresponda como parte de la Universidad de La Rioja, en la actualidad, porque como decía Cicerón en su obra “Del supremo bien y del supremo mal”:
“La recompensa del deber es el deber mismo”.
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Pero tan importante misión sólo es posible trabajando todos y cada uno de nosotros, sin excepción alguna, buscando metas altas y duraderas, pero dando pasos cortos, seguros y efectivos, sin oportunismos, alejándonos de la poquedad y de los sueños vanos e improductivos, separando lo real de lo inalcanzable, optimizando recursos, dando ejemplo.
Nadie es más que nadie; todos somos necesarios y con una meta común. Será más el que más aporte al bien común, sabiendo que “el café para todos” es la mayor perversión de una sociedad pretendidamente justa.
Si queremos, como así es, que la Universidad de La Rioja sea la mejor, los alumnos deben ser los mejores, todo el personal de administración y servicios deben ser los mejores y todos los profesores deben ser los mejores.
Y ser los mejores, todos y cada uno de nosotros, es una labor colectiva, siendo preciso recordar cuanto hemos dicho, con pasión, y buena intención.
Amigos todos y familiares
Compañeros de la ETS de Ingeniería Industrial
Señoras y Señores
Miembros de la Comunidad Universitaria
Excelentísimas e Ilustrísimas Autoridades
Sr. Presidente del Consejo Social
Sr. Rector Magnífico
Excmo. Sr. Presidente
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Si los Principios de la Termodinámica y sus consecuencias se cumplen, tenemos garantizado –a nuestro pesar- el aumento de la entropía que tanta sorpresa ha suscitado siempre en la Sociedad y en algunos de los presentes. En este caso, nos despediríamos, hasta luego o, incluso, hasta mañana, para bien de todos.
Si la Termodinámica no se cumpliera, en este caso y sólo en este caso, quedaríamos para antes e, incluso, para ayer. Cada uno, entonces, sacaría sus propias conclusiones, que no serían tales, sino introducciones, lo que complicaría sobremanera este Acto Oficial, al perdernos las sabias y siempre elegantes intervenciones de nuestras más altas autoridades...
Lo más probable y razonable es que nos sigamos viendo después y no antes, para bien de todos, es de suponer.
En todo caso, ocurra lo que ocurra, muchas gracias a todos, y siempre con el debido respeto, consideración y estima.
He dicho.
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