Ingeniería Química: Aplicaciones del Cálculo Numérico en Procesos Industriales

Question 1

Una ecuación de balance de materia para un proceso de reacción en estado estacionario debe incluir términos de:

Accepted Answer

Generación y consumo

Answer

Solo consumo

Answer

Descomposición y formación

Answer

Solo generación

Question 2

El método de Newton-Raphson se emplea principalmente para resolver:

Accepted Answer

Ecuaciones no lineales

Answer

Ecuaciones integrales

Answer

Ecuaciones diferenciales lineales de primer orden

Answer

Ecuaciones diferenciales parciales

Question 3

El método de los elementos finitos es especialmente adecuado para modelar:

Accepted Answer

Problemas con geometrías complejas

Answer

Problemas con funciones suaves

Answer

Problemas con condiciones de contorno simples

Answer

Problemas con ecuaciones diferenciales lineales

Question 4

La Ecuación de Bernoulli es una ecuación diferencial que describe:

Accepted Answer

Flujo de fluido incompresible

Answer

Flujo de fluido compresible

Answer

Transferencia de masa por difusión

Answer

Transferencia de calor por conducción

Question 5

¿Cuál de los siguientes NO es un parámetro cinético fundamental en un modelo de reacción?

Accepted Answer

Temperatura

Answer

Constante de velocidad

Answer

Energía de activación

Answer

Orden de reacción

Question 6

La optimización de procesos implica:

Accepted Answer

Determinar valores óptimos de variables de proceso

Answer

Dibujar diagramas de flujo

Answer

Resolver ecuaciones diferenciales

Answer

Realizar simulaciones

Question 7

Un reactor CSTR (Reactor Continuo Agitado) se caracteriza por tener:

Accepted Answer

Concentración uniforme en todo el reactor

Answer

Concentración decreciente a lo largo del reactor

Answer

Variación lineal de concentración a lo largo del reactor

Answer

Concentración creciente a lo largo del reactor

Question 8

La simulación de procesos utiliza:

Accepted Answer

Modelos matemáticos implementados computacionalmente

Answer

Métodos experimentales

Answer

Solo modelos computacionales

Answer

Solo modelos matemáticos

Question 9

La interpolación lineal estima valores entre:

Accepted Answer

Dos puntos conocidos

Answer

No se puede utilizar para estimar valores

Answer

Cuatro puntos conocidos

Answer

Tres puntos conocidos

Question 10

¿Cuál de los siguientes NO es un software utilizado en la simulación de procesos químicos?

Accepted Answer

Microsoft Excel

Answer

ANSYS Fluent

Answer

COMSOL Multiphysics

Answer

Aspen HYSYS

Question 11

En el modelado cinético de reactores químicos, ¿qué parámetro representa la velocidad de cambio de concentración de un reactivo?

Accepted Answer

Velocidad de reacción

Answer

Orden de reacción

Answer

Constante de velocidad

Question 12

¿Cuál de los siguientes algoritmos de optimización es más utilizado para optimizar procesos no lineales multiobjetivo en ingeniería química?

Accepted Answer

Algoritmo genético multiobjetivo

Answer

Algoritmo de programación matemática no lineal

Answer

Algoritmo de optimización por enjambre de partículas

Answer

Algoritmo de recocido simulado

Question 13

Para resolver un sistema de ecuaciones lineales dispersas de gran escala, ¿cuál de los métodos numéricos es computacionalmente más eficiente?

Accepted Answer

Factorización de Cholesky dispersa

Answer

Método de Gauss-Seidel

Answer

Método de Jacobi

Answer

Descomposición LU

Question 14

En la simulación de procesos químicos, ¿cuál es la principal ventaja del método de Monte Carlo?

Accepted Answer

Maneja la incertidumbre y la variabilidad en los datos y parámetros del modelo

Answer

Es computacionalmente muy eficiente

Answer

Proporciona resultados determinísticos

Question 15

Un proceso de reacción química se modela mediante el siguiente sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias:

dx/dt = -kx
y/dt = kx
Si se conocen las condiciones iniciales x(0) = 1 y y(0) = 0, ¿cuál de los siguientes métodos numéricos sería más adecuado para resolver este sistema?

Accepted Answer

Método de Runge-Kutta de cuarto orden

Answer

Método de Euler explícito

Answer

Método del punto medio

Answer

Método de diferencias finitas

Question 16

En la simulación de un reactor químico, ¿cuál de las siguientes condiciones de contorno se utiliza típicamente para representar la concentración en el límite de entrada del reactor?

Accepted Answer

Condición de Dirichlet

Answer

Condición de Cauchy

Answer

Condición de Neumann

Question 17

En la simulación de procesos químicos, ¿cuál de los siguientes algoritmos se utiliza para resolver sistemas de ecuaciones algebraicas no lineales?

Accepted Answer

Algoritmo de Newton-Raphson

Answer

Algoritmo de Jacobi

Answer

Algoritmo de punto fijo

Answer

Algoritmo de Gauss-Seidel

Question 18

¿Cuál de las siguientes ecuaciones describe la transferencia de calor por conducción en ingeniería química?

Accepted Answer

Ecuación de Fourier

Answer

Ecuación de Poisson

Answer

Ecuación de Navier-Stokes

Answer

Ecuación de Darcy

Question 19

En el contexto de la optimización de procesos de ingeniería química, cuando se dispone de un modelo matemático preciso, ¿cuál de los siguientes métodos es el más adecuado?

Accepted Answer

Programación matemática

Answer

Método de prueba y error

Answer

Simulación Monte Carlo

Answer

Optimización basada en heurísticas

Question 20

¿Cuál de las siguientes ecuaciones diferenciales describe adecuadamente el transporte de calor en un medio sólido?

Accepted Answer

Ecuación del calor

Answer

Ecuación de onda

Answer

Ecuación de Navier-Stokes

Answer

Ecuación de Laplace

Question 21

Para simular procesos químicos complejos, ¿qué tipo de software se emplea habitualmente?

Accepted Answer

Software de simulación de procesos

Answer

Software de análisis de elementos finitos

Answer

Software de diseño asistido por ordenador (CAD)

Answer

Software de gestión de bases de datos

Question 22

En la resolución de ecuaciones no lineales en el contexto de la ingeniería química, ¿qué método es conocido por su robustez y eficiencia, especialmente para sistemas de gran tamaño?

Accepted Answer

Método de Newton

Answer

Método de bisección

Answer

Método de la secante

Answer

Método de la posición falsa

Question 23

En el contexto de la optimización de procesos químicos, ¿cuál es el término que se refiere al proceso de determinar los valores óptimos de los parámetros del proceso?

Accepted Answer

Ajuste de parámetros

Answer

Estimación de incertidumbre

Answer

Sensibilidad de parámetros

Answer

Validación del modelo

Question 24

En el modelado de procesos de ingeniería química, ¿cuál de los siguientes métodos se utiliza para representar la evolución de las variables con el tiempo y el espacio?

Accepted Answer

Modelado de ecuaciones diferenciales parciales

Answer

Modelado de regresión

Answer

Modelado lineal

Question 25

En el modelado de sistemas de ingeniería química, ¿qué tipo de relación se establece entre las variables de entrada y salida en un modelo lineal?

Accepted Answer

Proporcional

Answer

No lineal

Answer

Estocástica

Question 26

En la optimización de procesos, ¿cuál es el objetivo principal de la función objetivo?

Accepted Answer

Minimizar o maximizar un valor específico

Answer

Representar el modelo del proceso

Answer

Definir las variables de decisión

Answer

Establecer las restricciones del proceso

Question 27

Un reactor químico continuo produce el producto A a partir de los reactivos B y C. La reacción es exotérmica y su velocidad es de primer orden con respecto a ambos reactivos. ¿Cuál de las siguientes ecuaciones diferenciales describe la variación de la concentración del producto A en el reactor?

Accepted Answer

d[A]/dt = k[B][C]

Answer

d[A]/dt = -k[B][C]^2

Answer

d[A]/dt = k[A]^2/[B][C]

Answer

d[A]/dt = -k[A][B]

Question 28

Se utiliza el método de diferencias finitas para resolver la ecuación de difusión en una barra cilíndrica. ¿Qué expresión representa el término de difusión en la ecuación discretizada?

Accepted Answer

(T(i+1,j) - 2T(i,j) + T(i-1,j)) / (Δx)^2

Answer

(T(i,j+1) - T(i,j-1)) / (Δy)

Answer

(T(i,j+1) - 2T(i,j) + T(i,j-1)) / (Δy)^2

Answer

(T(i+1,j) - T(i-1,j)) / (Δx)

Question 29

Un intercambiador de calor de casco y tubos se utiliza para enfriar un fluido caliente con un fluido frío. ¿Qué configuración de flujo maximiza la transferencia de calor?

Accepted Answer

Contracorriente

Answer

Flujo mixto

Answer

Flujo cruzado

Answer

Cocorriente

Question 30

Se utiliza el método de gradiente descendente para minimizar la función de costo f(x). ¿Cuál es la expresión correcta para el paso de actualización de la variable x?

Accepted Answer

x_nuevo = x_viejo - α∇f(x_viejo)

Answer

x_nuevo = -α∇f(x_viejo)

Answer

x_nuevo = x_viejo + α∇f(x_viejo)

Answer

x_nuevo = α∇f(x_viejo)

Question 31

Un tanque agitado contiene un líquido con densidad inicial ρ_0. Se añade un chorro de líquido con densidad ρ_i al tanque a un caudal Q. ¿Cómo se describe la evolución de la densidad del líquido en el tanque?

Accepted Answer

dρ/dt = (ρ_i - ρ)Q / V

Answer

dρ/dt = -Qρ / V

Answer

dρ/dt = -Q / V

Answer

dρ/dt = (ρ_i + ρ)Q / V

Question 32

Se utiliza el método de los elementos finitos para resolver el sistema de ecuaciones lineales Ax = b. ¿Cuál de las siguientes matrices representa la matriz de rigidez global en el método de elementos finitos?

Accepted Answer

[K]

Answer

[b]

Answer

[x]

Answer

[A]

Question 33

Una línea de producción química produce un producto con una distribución normal de concentraciones. ¿Qué métrica estadística representa la dispersión de los datos en esta distribución?

Accepted Answer

Varianza

Answer

Moda

Answer

Media

Answer

Mediana

Question 34

Se diseña un reactor de lecho fluidizado para catalizar una reacción química. ¿Cuál de los siguientes parámetros es crucial para garantizar un funcionamiento óptimo del reactor?

Accepted Answer

Velocidad superficial del gas

Answer

Presión de funcionamiento

Answer

Tamaño del catalizador

Answer

Diámetro del reactor

Question 35

Se utiliza un sistema de control de lazo cerrado para regular la temperatura de un proceso químico. ¿Cuál de los siguientes componentes es esencial para proporcionar una respuesta de control?

Accepted Answer

Controlador

Answer

Actuador

Answer

Sensor

Answer

Planta

Question 36

Se lleva a cabo una simulación de procesos para optimizar el diseño de una planta química. ¿Cuál de los siguientes objetivos es primordial para garantizar la fiabilidad de la simulación?

Accepted Answer

Validación del modelo

Answer

Selección de hipótesis apropiadas

Answer

Interpretación cuidadosa de los resultados

Answer

Uso de software sofisticado

Question 37

¿Cuál de los siguientes métodos no es un método iterativo para resolver ecuaciones no lineales?

Accepted Answer

Bisección

Answer

Newton-Raphson

Answer

Punto fijo

Answer

Secante

Question 38

En el modelado de procesos, ¿cuál es el propósito de utilizar variables de estado?

Accepted Answer

Representar el estado del sistema en un momento dado

Answer

Describir los parámetros del proceso

Answer

Predecir el comportamiento futuro del sistema

Question 39

En la optimización de procesos, ¿qué es un algoritmo genético?

Accepted Answer

Un algoritmo basado en la evolución que busca soluciones óptimas

Answer

Un algoritmo que utiliza programación lineal para buscar soluciones óptimas

Answer

Un algoritmo que utiliza gradientes para buscar soluciones óptimas

Question 40

¿Cuál de las siguientes ecuaciones representa la ecuación de continuidad para un sistema de reacción química?

Accepted Answer

∂ρ/∂t + ∇·(ρu) = ρr

Answer

∂ρ/∂t - ∇·(u) = ρr

Answer

∂ρ/∂t - ∇·(ρu) = ρr

Answer

∂ρ/∂t + ∇·(u) = ρr

Question 41

En un reactor discontinuo, ¿qué es el tiempo de residencia?

Accepted Answer

El tiempo promedio que pasa una partícula de fluido en el reactor

Answer

La velocidad de reacción en el reactor

Answer

El tiempo total de reacción en el reactor

Question 42

¿Cuál de los siguientes factores afecta la transferencia de calor en un intercambiador de calor?

Accepted Answer

Área de superficie, diferencia de temperatura y coeficientes de transferencia de calor

Answer

Solo área de superficie y diferencia de temperatura

Answer

Solo coeficientes de transferencia de calor

Question 43

En el diseño de reactores químicos, ¿qué es un reactor PFR?

Accepted Answer

Reactor de flujo pistón

Answer

Reactor discontinuo

Answer

Reactor de tanque agitado

Answer

Reactor de lecho fluidizado

Question 44

En el balance de energía para un sistema de reacción, ¿qué término representa el calor generado por la reacción química?

Accepted Answer

-ΔH

Answer

W

Answer

Q

Answer

+ΔH