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El calor de reacción se define como la cantidad de energía térmica intercambiada entre un sistema y su entorno cuando ocurre una reacción química a presión constante. ¿Qué magnitud termodinámica representa este fenómeno?. La variación de energía interna del sistema. El cambio de entalpía durante el proceso. La alteración del calor específico del medio. El incremento de entropía del conjunto.

En el estudio de las reacciones químicas, se considera una condición estándar cuando la presión, temperatura y concentración mantienen valores determinados. ¿Cuál de los siguientes corresponde a una condición estándar de laboratorio?. 25 °C, 1 atm y 1 mol/L. 0 °C, 2 atm y 2 mol/L. 50 °C, 0.5 atm y 0.5 mol/L. 37 °C, 10 atm y 10 mol/L.

La entalpía es una función de estado, lo que implica que su valor depende únicamente de las condiciones iniciales y finales del sistema. ¿Qué característica refleja esta propiedad?. Variación constante con el tipo de reactivo empleado. Dependencia de la velocidad de reacción química. Influencia del catalizador utilizado en el proceso. Independencia del camino seguido por la reacción.

Una reacción exotérmica se caracteriza por la liberación de energía hacia el entorno. ¿Qué signo presenta el cambio de entalpía en este tipo de reacción?. Positivo, porque el sistema gana calor. Indefinido, porque depende del catalizador. Nulo, porque la energía no varía. Negativo, porque el sistema libera calor.

En una reacción endotérmica, los productos presentan mayor energía que los reactivos iniciales. ¿Qué efecto energético se observa durante el proceso?. Liberación de energía al ambiente. Transferencia espontánea de calor. Pérdida de masa por combustión. Absorción de energía del entorno.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe con precisión el papel de la energía de activación en una reacción química?. Representa la energía mínima necesaria para iniciar la reacción. Indica la energía total liberada al completarse el proceso. Determina la entalpía estándar de los productos formados. Mide la capacidad del catalizador para reducir la temperatura.

Los catalizadores desempeñan un papel fundamental en la cinética química. ¿Qué efecto producen sobre una reacción sin alterar su balance energético total?. Disminuyen la energía de activación, acelerando el proceso. Aumentan la energía de los productos, liberando más calor. Reducen el número de colisiones entre las moléculas. Incrementan el calor absorbido durante la reacción.

Para calcular el calor de reacción estándar se emplean las entalpías de formación de cada sustancia. ¿Cuál es la expresión matemática que lo representa correctamente?. ΔHrxn° = Σ(ΔE productos) – Σ(ΔE reactivos). ΔHrxn° = Σ(nΔHf° reactivos) – Σ(nΔHf° productos). ΔHrxn° = Σ(nΔHf° productos) – Σ(nΔHf° reactivos). ΔHrxn° = Σ(ΔS productos) + Σ(ΔS reactivos).

En la combustión del acetileno, el resultado ΔHrxn° = –2599 kJ indica que: Se absorben 2599 kJ de energía por cada mol de acetileno. Se alcanza una entalpía positiva durante la reacción. Se liberan 2599 kJ de energía por cada mol de acetileno. Se conserva la energía sin variación apreciable.

El cálculo de una reacción endotérmica produce un valor positivo de ΔHrxn°. ¿Qué interpretación física se deriva de este resultado?. El sistema libera energía al medio. El sistema absorbe energía del entorno. El sistema no intercambia energía térmica. El sistema mantiene equilibrio térmico constante.

¿Cuál de las siguientes opciones corresponde a un ejemplo de reacción exotérmica en la práctica industrial?. La combustión del etanol en un motor. La fotosíntesis realizada por las plantas. La electrólisis del agua en laboratorio. La descomposición térmica del carbonato.

El valor de la entalpía estándar de formación (ΔHf°) de un elemento químico en su estado estándar es: Igual a cero por definición. Igual al calor latente del elemento. Proporcional a su masa molar. Inversamente proporcional a su temperatura.

En la síntesis de metano a partir de dióxido de carbono y agua se obtiene ΔHrxn°= +890,3 kJ. ¿Qué conclusión permite este resultado?. Es una reacción exotérmica de liberación de calor. Es una reacción endotérmica que requiere aporte de energía. Es un proceso espontáneo de alta eficiencia. Es un fenómeno de equilibrio reversible.

En los procesos industriales endotérmicos, el suministro constante de energía se logra mediante: Hornos eléctricos, vapor saturado y aceite térmico. Reactores de presión y válvulas de alivio térmico. Catalizadores metálicos de baja temperatura. Torres de enfriamiento y condensadores.

¿Qué equipo industrial se utiliza para controlar el exceso de calor generado por reacciones exotérmicas?. Intercambiadores de calor y torres de enfriamiento. Hornos eléctricos de calentamiento directo. Compresores centrífugos de alta presión. Tanques de mezcla con agitación térmica.

Un control térmico deficiente en una planta química puede generar consecuencias severas. ¿Cuál de las siguientes refleja un riesgo directo de este tipo de fallas?. Disminución controlada de la presión interna. Reacciones desbocadas con riesgo de explosión. Reducción moderada del rendimiento catalítico. Incremento reversible de la viscosidad del fluido.

El desastre químico ocurrido en Bhopal (1984) constituye un ejemplo histórico de: Error mecánico por falla en un sistema eléctrico. Reacción endotérmica sin aporte energético externo. Reacción exotérmica descontrolada en un proceso industrial. Ensayo experimental con baja temperatura.

Los sistemas SCADA utilizados en plantas de procesamiento tienen como finalidad principal: Reducir el consumo energético en los compresores. Calcular la entalpía estándar de reacción con precisión. Supervisar variables térmicas en tiempo real para evitar riesgos. Registrar manualmente los cambios de temperatura.

¿Qué herramienta tecnológica moderna permite predecir el comportamiento térmico de los reactores mediante simulación computacional?. Los modelos digitales gemelos o digital twins. Los intercambiadores de calor de placas múltiples. Los catalizadores bimetálicos de níquel y cobalto. Los sistemas de refrigeración por expansión directa.

En la integración energética de una planta, se busca aprovechar la energía residual de ciertos procesos. ¿Cuál de las siguientes describe mejor este principio?. Usar el calor de reacciones exotérmicas para alimentar procesos endotérmicos. Aumentar el consumo de energía eléctrica para enfriar reactores. Transferir calor de los reactivos a los productos sin control. Reducir el flujo térmico de los equipos de intercambio.

Un bioproceso se define como un conjunto integrado de operaciones que emplean organismos vivos o sus componentes para generar productos de valor. ¿Qué característica distingue a un bioproceso industrial moderno?. Sustituir totalmente los métodos químicos por procesos térmicos. Utilizar células o enzimas para transformar materias primas en productos útiles. Eliminar la intervención humana en todas las etapas del proceso. Basar la producción únicamente en reacciones de combustión.

Los bioprocesos permiten obtener productos que serían difíciles de fabricar por métodos convencionales. ¿Cuál de los siguientes corresponde a un ejemplo representativo de bioproceso?. Fabricación de acero mediante hornos de arco eléctrico. Producción de antibióticos y vacunas a partir de microorganismos. Purificación de minerales por lixiviación química agresiva. Refinación de petróleo en columnas de destilación.

En la industria farmacéutica moderna, los bioprocesos tienen un papel fundamental. ¿Qué proporción aproximada de la producción mundial representan?. Menos del 10% de los productos terapéuticos. Entre el 15% y el 20% de los medicamentos totales. Más del 30% de la producción farmacéutica global. Alrededor del 5% de los productos biológicos totales.

La sostenibilidad ambiental es una de las principales ventajas de los bioprocesos. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones explica este beneficio?. Disminuyen la generación de residuos y el consumo energético. Aumentan el uso de solventes orgánicos volátiles. Requieren mayores temperaturas y presiones de operación. Incrementan la emisión de gases de combustión.

En las etapas de un bioproceso, la fase upstream se caracteriza por: El control de temperatura durante la purificación final del producto. La preparación del medio y el crecimiento controlado del cultivo. La separación de biomasa mediante centrifugación. La esterilización del producto terminado en fase gaseosa.

Dentro del flujo general de un bioproceso, la etapa de fermentación se asocia con: La solidificación de proteínas en sistemas de secado rápido. El control de pH durante la etapa de separación cromatográfica. La eliminación de subproductos volátiles en fase gaseosa. El crecimiento del microorganismo y la producción del metabolito de interés.

La transferencia de calor en bioprocesos se define como el movimiento de energía térmica desde una región de mayor temperatura a otra de menor temperatura. ¿Cuál es su función principal en un biorreactor?. Homogeneizar los solutos mediante difusión espontánea. Reducir la presión interna mediante intercambio isotérmico. Disminuir la velocidad de reacción para prolongar el proceso. Mantener la estabilidad térmica y la viabilidad de los microorganismos.

En los bioprocesos, una variación térmica de apenas 2–3 °C puede: Aumentar la productividad del sistema hasta un 40%. Reducir la productividad del proceso hasta en un 40%. Favorecer la desnaturalización de enzimas sin alterar el crecimiento. Acelerar la transferencia de masa sin afectar la reacción.

La conducción de calor en un sistema biotecnológico ocurre principalmente: Por radiación infrarroja entre superficies frías. Por contacto directo a través de materiales sólidos. Por movimiento de fluidos con gradiente de densidad. Por emisión de ondas electromagnéticas continuas.

En un reactor agitado, el mecanismo predominante de transferencia de calor es: La convección forzada generada por impulsores mecánicos. La radiación térmica desde la superficie exterior del tanque. La conducción a través del material de las paletas del agitador. La difusión térmica debida al gradiente de presión interna.

El coeficiente global de transferencia de calor (U) integra: Solo la conductividad térmica del material del reactor. Todas las resistencias térmicas internas y externas del sistema. El efecto combinado de la radiación infrarroja y la convección libre. Las pérdidas térmicas debidas al enfriamiento por evaporación.

En la fermentación industrial de penicilina, mantener una temperatura estrictamente controlada entre 25 y 27 °C es esencial porque: El sobrecalentamiento destruye las esporas y detiene el crecimiento. Las altas temperaturas aumentan la producción de ácido láctico. El enfriamiento excesivo acelera la tasa de oxidación del sustrato. La variación térmica no afecta el rendimiento del proceso.

El escalado de bioprocesos desde laboratorio hasta planta industrial presenta riesgos asociados a la transferencia de calor. ¿Cuál es uno de ellos?. La formación de biopelículas resistentes en los reactores. El aumento del número de reacciones endotérmicas simultáneas. La pérdida de homogeneidad térmica que afecta la productividad. La disminución de la velocidad de agitación por cavitación.

En la clasificación de bioprocesos, las operaciones upstream incluyen: Inoculación, esterilización y propagación del cultivo celular. Filtración, centrifugación y cromatografía de purificación. Extracción final del producto mediante evaporación. Acondicionamiento y envasado del bioproducto.

Los bioprocesos downstream se centran principalmente en: La esterilización de medios de cultivo y reactores. La selección genética de cepas de alta producción. La recuperación y purificación del producto final. La modificación de enzimas por ingeniería molecular.

Los bioprocesos continuos se caracterizan por: La ausencia total de control de temperatura y presión. La operación por lotes cerrados con etapas discontinuas. La alimentación y extracción simultánea de fluidos en estado estacionario. La necesidad de detener la producción para cada lote.

Los bioprocesos aeróbicos se diferencian de los anaeróbicos porque: Requieren oxígeno disuelto para mantener el metabolismo celular. Operan en total ausencia de nutrientes orgánicos. Producen únicamente compuestos gaseosos. No necesitan regulación de temperatura ni pH.

En los bioprocesos en suspensión, los microorganismos: Crecen libremente en un medio líquido agitado. Permanecen inmovilizados sobre soportes sólidos. Se desarrollan en cámaras sin agitación mecánica. Forman estructuras compactas conocidas como biopelículas.

Los bioprocesos de cultivo en sólido presentan una ventaja importante en: La simulación de condiciones naturales de crecimiento microbiano. La reducción completa de la contaminación ambiental. La eliminación de la transferencia de masa en el sistema. El control absoluto de la composición del medio.

Los bioprocesos industriales modernos se distinguen por su enfoque tecnológico. ¿Qué innovación permite mantener las condiciones térmicas óptimas y evitar gradientes perjudiciales?. Bombas centrífugas de alta presión y válvulas de alivio. Intercambiadores de calor de placas o de carcasa y tubos. Reactores discontinuos sin control de temperatura. Sistemas de filtración en membrana por vacío total.

El pretratamiento dentro de un bioproceso industrial se concibe como una etapa esencial porque: Facilita la preparación del inóculo y de los medios de cultivo en condiciones óptimas. Permite reducir la carga orgánica del biorreactor sin control térmico. Sustituye la fase de fermentación para acelerar el crecimiento celular. Incrementa el tiempo de operación al limitar la eficiencia del proceso.

Un pretratamiento deficiente puede comprometer el éxito de un bioproceso porque: Disminuye la pureza del cultivo y provoca contaminación o fallos operativos. Aumenta la viabilidad celular y el rendimiento de los productos. Favorece el crecimiento homogéneo de todas las cepas utilizadas. Mejora la eficiencia energética de las etapas posteriores.

En el contexto de la biotecnología industrial, el inóculo se define como: El cultivo inicial que contiene células viables utilizadas para iniciar la fermentación. La mezcla de nutrientes que alimenta continuamente el reactor principal. El conjunto de residuos obtenidos tras la separación de biomasa. La solución amortiguadora que regula el pH del medio de cultivo.

Una condición indispensable de un inóculo de calidad es que: Posea alta viabilidad celular y pureza microbiana verificable. Mantenga baja concentración celular para evitar contaminación. Presente alta densidad óptica sin control de esterilidad. Contenga varias especies bacterianas para diversificar el proceso.

Durante la propagación del inóculo, el objetivo principal es: Acelerar la fase estacionaria del cultivo mediante enfriamiento. Reducir la concentración celular en medios líquidos simples. Aumentar gradualmente la biomasa viable mediante escalado progresivo. Mantener una concentración mínima de oxígeno disuelto en el reactor.

El control estricto de esterilidad en la propagación de inóculos permite: Reducir la concentración de oxígeno disuelto en el medio. Aumentar la presión interna del fermentador para estabilizar el sistema. Prevenir la contaminación cruzada y conservar la pureza genética del cultivo. Generar mutaciones espontáneas para mejorar la productividad.

En la secuencia de escalado de un inóculo, el fermentador semilla cumple la función de: Reemplazar el sistema de agitación mecánica por convección térmica. Disminuir la densidad celular para ajustar el pH del medio. Eliminar el exceso de calor generado durante la fermentación principal. Multiplicar la biomasa bajo condiciones controladas antes de la producción industrial.

Un inóculo correctamente preparado influye positivamente en el proceso porque: Permite prolongar las fases de incubación sin alterar la productividad. Reduce el tiempo total de fermentación y mejora el rendimiento final. Aumenta la demanda de oxígeno y los costos energéticos. Favorece la acumulación de subproductos secundarios.

En las operaciones físicas de pretratamiento, la homogeneización tiene como finalidad: Incrementar la formación de espumas durante la agitación. Favorecer la sedimentación de partículas en el medio líquido. Garantizar la distribución uniforme de nutrientes y evitar gradientes de concentración. Reducir el intercambio térmico entre el líquido y el entorno.

La filtración y la centrifugación en el pretratamiento se emplean principalmente para: Reducir la viscosidad del fluido mediante disolventes químicos. Introducir gases en el medio de cultivo para mejorar la aireación. Separar partículas sólidas e impurezas que podrían interferir con el cultivo. Homogeneizar la fase líquida por efecto de la rotación continua.

El ajuste de temperatura y pH previo a la inoculación tiene como propósito: Desnaturalizar las enzimas catalíticas presentes en el medio. Inducir cambios enzimáticos que inactiven las proteínas intracelulares. Crear condiciones ambientales favorables para el crecimiento microbiano óptimo. Reducir la solubilidad de los gases en el sistema líquido.

La esterilización por autoclave, ampliamente utilizada en laboratorios y plantas piloto, se realiza a: 121 °C durante 15 a 20 minutos bajo presión de vapor saturado. 100 °C durante 5 minutos sin control de presión. 160 °C durante 10 minutos mediante calor seco. 80 °C durante 30 minutos con agitación constante.

Para esterilizar soluciones termolábiles que no resisten altas temperaturas, se utiliza: Calor seco a 180 °C durante una hora continua. Filtración a través de membranas de 0.22 μm de poro. Radiación ultravioleta sin control de intensidad. Exposición prolongada a vapor a baja presión.

La automatización de las operaciones físicas de pretratamiento contribuye a: Eliminar la necesidad de monitoreo y supervisión del operador. Aumentar la reproducibilidad y la trazabilidad digital de los procesos. Disminuir la precisión de pesaje en los equipos de medición. Incrementar la variabilidad de los resultados experimentales.

La implementación de sistemas automáticos en la preparación de medios proporciona beneficios como: Mayor tiempo de respuesta en el control de temperatura. Reducción de costos, mejora de la seguridad y mayor eficiencia operativa. Incremento del riesgo de contaminación cruzada. Disminución de la calidad del producto final.

Un medio de cultivo adecuado se define como: Una formulación nutritiva diseñada para satisfacer las necesidades metabólicas del microorganismo. Una mezcla de reactivos inertes utilizada para estabilizar el pH del sistema. Un conjunto de disolventes orgánicos aplicados en el pretratamiento. Un compuesto utilizado únicamente para la esterilización térmica del biorreactor.

Los componentes esenciales de un medio de cultivo incluyen: Peptonas, extractos nutritivos, sales minerales y agar como agente gelificante. Aceites minerales, azúcares no fermentables y alcoholes aromáticos. Metales pesados, solventes polares y compuestos halogenados. Sustancias volátiles, ácidos grasos y polímeros sintéticos.

El agar se emplea en microbiología porque: Favorece la precipitación de proteínas intracelulares. Funciona como fuente primaria de nitrógeno y fósforo. Aumenta la conductividad eléctrica del medio de cultivo. Actúa como agente solidificante que permite el crecimiento en superficie.

Un medio selectivo se caracteriza por: Requerir esterilización exclusivamente mediante filtración. Estimular el desarrollo simultáneo de todas las especies presentes. Incluir compuestos inhibidores que restringen el crecimiento de organismos no deseados. Ser empleado únicamente para cultivos de células animales.

Los medios enriquecidos se formulan con el propósito de: Favorecer el desarrollo de microorganismos exigentes o de difícil cultivo. Reducir la velocidad de crecimiento en bacterias patógenas. Desnaturalizar proteínas extracelulares en el proceso de incubación. Limitar la disponibilidad de oxígeno disuelto en el sistema.

El rango óptimo de pH para la mayoría de los medios de cultivo biotecnológicos se encuentra entre: 5.0 y 6.0 unidades, favoreciendo ambientes ligeramente ácidos. 7.0 y 7.4 unidades, garantizando condiciones fisiológicas estables. 8.5 y 9.0 unidades, estimulando el metabolismo alcalino. 4.0 y 5.0 unidades, adecuados para hongos y levaduras.

Los suplementos termolábiles deben incorporarse al medio de cultivo cuando: El medio aún se encuentra a 100 °C, para asegurar disolución completa. La temperatura desciende a 45–50 °C, para evitar su degradación térmica. El sistema alcanza equilibrio térmico con la atmósfera externa. La temperatura del medio es inferior a 20 °C, garantizando estabilidad.

Entre los suplementos termolábiles más utilizados en cultivos celulares se incluyen: Proteínas desnaturalizadas y detergentes industriales. Solventes aromáticos, ácidos grasos y sales no iónicas. Suero fetal bovino, hormonas y antibióticos específicos. Azúcares reductores y enzimas inactivadas por calor.

El biorreactor se considera el núcleo del bioproceso porque: Solo mantiene la presión y el flujo de gases sin reacción biológica. Funciona como un contenedor de almacenamiento sin control térmico. Constituye el espacio controlado donde ocurre la transformación biológica. Opera como un sistema pasivo de recirculación de líquidos.

Los parámetros críticos que deben monitorearse durante la biorreacción incluyen: Temperatura, pH, oxígeno disuelto y velocidad de agitación. Color del medio, densidad del gas y conductividad eléctrica. Peso seco, grado de turbidez y volumen del recipiente. Grado de ionización, potencial zeta y velocidad de flujo.

La agitación controlada dentro de un biorreactor tiene como función principal: Favorecer la formación de gradientes térmicos en el sistema. Reducir la transferencia de calor entre fases líquidas y gaseosas. Aumentar el esfuerzo cortante sobre las partículas suspendidas. Mantener una mezcla homogénea sin causar daño a las células cultivadas.

Los filtros estériles hidrofóbicos de 0.22 μm instalados en el sistema de gases permiten: Reducir el flujo de oxígeno durante la fermentación. Incrementar la presión interna de los gases suministrados. Favorecer la condensación de vapor dentro de las líneas de aire. Evitar el ingreso de microorganismos contaminantes al biorreactor.

La esterilización in situ (SIP) de un biorreactor consiste en: Utilizar radiación infrarroja para calentar la superficie metálica. Mantener aire seco a 100 °C durante 15 minutos en el tanque. Aplicar vapor saturado a 121 °C durante un periodo de 30 a 60 minutos. Inyectar nitrógeno gaseoso a temperatura ambiente.

El volumen de inoculación recomendado en un biorreactor principal suele corresponder a: Menos del 1 % del volumen del tanque operativo. Entre el 5 % y el 10 % del volumen total de trabajo. Entre el 25 % y el 30 % del volumen total. Más del 50 % del volumen efectivo del reactor.

La presencia de una sola célula contaminante durante la inoculación puede: Multiplicarse exponencialmente y comprometer el lote completo. Mejorar la diversidad microbiana sin alterar el producto final. Ser neutralizada por el exceso de oxígeno disuelto. Reducir el riesgo de mutaciones en el cultivo principal.

El muestreo estéril dentro de un biorreactor tiene como finalidad: Generar presión negativa para la toma de datos internos. Facilitar la introducción de gases y nutrientes de forma manual. Permitir la extracción de muestras sin comprometer la esterilidad del cultivo. Disminuir la velocidad de agitación durante la operación.

Los sistemas de enfriamiento tipo chaqueta o serpentín se utilizan para: Incrementar la viscosidad del medio y reducir su flujo. Disipar el calor metabólico producido por los microorganismos. Mantener temperaturas inferiores a cero grados Celsius. Homogeneizar gases y líquidos mediante presión alterna.

Los filtros HEPA instalados en la salida de gases del biorreactor sirven para: Aumentar el caudal de salida del gas residual. Retener partículas biológicas y evitar su liberación al ambiente. Enfriar el flujo gaseoso antes de su eliminación. Permitir la condensación de vapores orgánicos volátiles.

Los biorreactores industriales modernos integran sistemas de control predictivo con el propósito de: Ajustar automáticamente los parámetros del proceso para optimizar la productividad. Sustituir completamente las etapas de inoculación manual. Incrementar el tiempo de residencia del medio en el tanque. Reducir la capacidad operativa de los sensores analíticos.

La integración adecuada de las etapas de pretratamiento en un bioproceso permite: Garantizar un flujo continuo, eficiente y libre de fallas entre cada fase del sistema. Separar cada etapa para operar de forma independiente y autónoma. Reducir el control térmico y eliminar el monitoreo digital del proceso. Minimizar el número de parámetros supervisados en tiempo real.