Esame di Stato per l abilitazione all esercizio della professione di Ingegnere I sessione 2012 Settore INDUSTRIALE Prova pratica progettuale Sez.

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1 Esame di Stato per l abilitazione all esercizio della professione di Ingegnere I sessione 2012 Settore INDUSTRIALE Prova pratica progettuale Sez. A TEMA 1 Una falegnameria con sede nella provincia di Verona ha un ciclo produttivo articolato su 18 ore/giorno per 5 giorni/settimana. L assorbimento di potenza elettrica è pressoché costante per tutto l anno durante le ore di funzionamento degli impianti e risulta pari a circa 2400 kw. L azienda consuma metano per il riscaldamento degli uffici e dei reparti produttivi nelle quantità che sono riportate nella tabella seguente. gen m 3 lug 0 m 3 feb m 3 ago 0 m 3 mar m 3 set 7600 m 3 apr m 3 ott m 3 mag 3400 m 3 nov m 3 giu 1400 m 3 dic m 3 L andamento orario del fabbisogno termico per il riscaldamento nella stagione invernale è stato valutato attraverso software di simulazione dei carichi termici e la risultante curva di durata è quella rappresentata in figura:

2 L impianto di riscaldamento è attualmente basato su un sistema di generazione costituito da 3 caldaie di potenza al focolare 4.5 Mcal/h cadauna e da un sistema di distribuzione ad acqua calda con salto termico tra mandata e ritorno 80/60 C. L azienda, che compra l elettricità e il metano rispettivamente al costo di 0.13 /kwh e 0.50 /m 3, intende esplorare diverse soluzioni per conseguire un contenimento dei costi energetici. In particolare, si vuole valutare l impatto di ciascuna delle seguenti ipotesi progettuali: Ipotesi A): utilizzare le coperture dei fabbricati (di superficie complessiva pari a m 2 ) per l installazione di un impianto fotovoltaico; Ipotesi B): utilizzare le coperture dei fabbricati (di superficie complessiva pari a m 2 ) per l installazione di un impianto solare termico; Ipotesi C): installare un impianto di cogenerazione a parziale copertura dei fabbisogni elettrici e termici. Per ciascuna delle tre soluzioni, il candidato esegua uno studio di fattibilità tecnica, dimensionando in modo opportuno gli impianti analizzati, indicando quale tecnologia propone come la più adatta al caso considerato, motivando ogni ipotesi progettuale adottata e fornendo una stima delle energie annuali (elettrica e/o termica) prodotte. Il candidato fornisca inoltre una valutazione della redditività di ogni investimento, indicando le assunzioni adottate in termini di costi (acquisto e installazione dell impianto, manutenzione, personale dedicato.) e di ricavi (vendita in rete, incentivi, evitato acquisto di elettricità e metano ).

3 TEMA 2 p m p a m l J V J m τ, motore r In figura è rappresentato lo schema funzionale di una pompa volumetrica a stantuffo a singolo effetto di cui sono noti i seguenti dati: pressione di mandata p m = 4.8 bar pressione di aspirazione p a = 0.5 bar corsa dello stantuffo c = 280mm diametro dello stantuffo D = 210mm momento d inerzia del motore J m = 0.1 kgm 2 massa del piede di biella m = 54 kg velocità di rotazione media dell albero di manovella n = 195 rpm rapporto di trasmissione τ = 1/7.5 rendimento della trasmissione η t = 0.85 Il sistema è composto da un motore, un riduttore e un manovellismo ordinario centrato per la movimentazione dello stantuffo di pompaggio. Formulando le dovute ipotesi per la definizione di eventuali parametri mancanti, si richiede di: determinare le dimensioni caratteristiche del manovellismo e proporne uno schema costruttivo, prevedendo il bilanciamento delle forze d inerzia alternative; scegliere il motore; dimensionare un volano in modo che l irregolarità periodica sia al massimo pari a 0.05, valutando la posizione più opportuna per l inserimento (sul motore, a valle del riduttore); dimensionare una fondazione affinché l ampiezza della forza trasmessa al terreno non superi il 10% del disturbo e che l ampiezza delle vibrazioni della fondazione non superi il valore di 0,5mm

4 determinare le dimensioni caratteristiche del manovellismo in modo da avere una corsa di ritorno di durata pari a 2/3 di quella di lavoro. Per la scelta del motore, si faccia riferimento alle tabelle seguenti relative a motori asincroni trifase Marelli.

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7 TEMA 3 La Perfect Shoes S.p.A. è un azienda italiana che produce calzature da montagna di alta qualità, combinando materiali high tech ed eco compatibili, frutto della ricerca più sofisticata. E attiva da oltre settant anni ed esporta più del 50% del proprio fatturato. Parte 1 L impresa produce tre diverse tipologie di calzatura da montagna: il modello High Altitude per l alta quota, il modello Trekking per la passeggiata e il modello Climbing per l arrampicata. Nella tabella che segue sono riportati i costi unitari dei materiali e dei componenti dei tre modelli. Costi unitari (euro) High Altitude Trekking Climbing Pelle 23,1 13,7 12,4 Gore Tex 17,8 12,0 4,8 Shanks di supporto 5,0 3,0 0 Intersuola 5,2 4,8 3,8 Suola 12,0 9,8 11,0 Lacci 3,0 2,5 2,5 Materiali di consumo 3,2 1,8 1,0 Il processo produttivo delle tre calzature può essere scomposto in due fasi. La prima fase comprende il taglio dei tessuti che compongono la scarpa: la pelle pieno fiore (tipo di pelle molto durevole, resistente all abrasione, idrorepellente ma anche relativamente pesante e meno traspirante rispetto ad altri materiali), la pelle nubuk (ossia la pelle pieno fiore levigata in modo da renderla più morbida e conferirle un aspetto vellutato) e, da ultimo, il Gore Tex (materiale impermeabile con cui viene foderata la scarpa per impedire infiltrazioni d'acqua dall'esterno pur permettendo al piede di respirare e di eliminare l'umidità prodotta internamente dal sudore). Tale fase è svolta da 10 operai dal costo unitario annuo di euro. I tessuti vengono tagliati per mezzo di macchine semi automatiche: per i modelli High Altitude e Trekking vengono usate tagliatrici che hanno complessivamente un ammortamento annuo pari a euro; per il modello Climbing, data la necessità di tagliare con l obiettivo di sostenere il piede lateralmente, è stata presa in affitto una macchina tagliatrice specifica ad un canone annuo di euro. L assorbimento unitario di risorse non è omogeneo per i tre modelli: in particolare, per tagliare i tessuti di una scarpa High Altitude serve il 50% in più del tempo rispetto ad una scarpa Trekking. E per il taglio dei tessuti necessari ad una scarpa Climbing è necessario il 20% in più del tempo rispetto ad una scarpa Trekking. La seconda fase riguarda la cucitura dei componenti tra di loro e della tomaia alla suola. Questa fase è svolta da 12 operai che costano all azienda mediamente euro all anno ciascuno e viene svolta con l ausilio di cucitrici semiautomatiche dal costo di ammortamento annuo complessivo di euro. In questa fase, il tempo unitario necessario per la cucitura del modello High Altitude è del 30% superiore rispetto al tempo necessario per la cucitura del modello Trekking e del modello Climbing. A valle di questo processo, 5 operai effettuano il controllo qualità. Per i modelli High Altitude e Trekking tale controllo viene effettuato a campione con una frequenza pari al 50% del volume prodotto mentre per il modello Climbing il controllo viene effettuato su tutte le unità. Il tempo per effettuare il controllo qualità è uguale per i tre modelli di calzatura. Qui il costo annuo di ciascun operaio è di euro e l ammortamento annuo delle attrezzature necessarie è di euro. Nell ufficio tecnico operano 5 brillanti ingegneri tessili che sono responsabili dell innovazione del prodotto e del suo posizionamento strategico. Il loro costo unitario annuo è di euro e l ammortamento annuo

8 delle attrezzature che essi impiegano ammonta a euro. I costi di quest attività vanno allocati omogeneamente sui centri produttivi. Il servizio mensa, nella quale lavorano 3 operai dal costo annuo unitario di euro, è svolto in outsourcing e costa annualmente euro. Questo costo viene allocato agli altri centri sulla base del numero degli operai. (1a) Sapendo che i volumi di produzione nell ultimo anno sono stati di unità per la linea High Altitude, di unità per la linea Trekking e di unità per la linea Climbing, si calcoli il costo pieno industriale dei tre prodotti, ripartendo i costi dei centri di costo di servizio sui centri di costo di produzione mediante il metodo diretto a due fasi. (1b) Quali sono i metodi innovativi di determinazione del costo di prodotto? Che vantaggi e che svantaggi hanno rispetto ai metodi tradizionali? In questo caso avrebbe avuto senso, e perché, adottare un sistema innovativo di contabilità interna? Parte 2 La Perfect Shoes fronteggia una domanda di mercato continuamente crescente e per questo intende valutare l opportunità di ampliare la capacità produttiva sostituendo le macchine cucitrici e tagliatrici di proprietà. Oltre ad una capacità produttiva adeguata per la domanda dei prossimi anni, il nuovo impianto garantirebbe anche un miglioramento delle caratteristiche qualitative e dei costi di produzione dell impresa. In relazione all investimento in parola, sono noti i seguenti dati: Acquistare le nuove macchine cucitrici e tagliatrici costa oggi (anno 0) euro. Esse verrebbero ammortizzate su 5 anni a rate costanti a partire dall anno prossimo. Le tagliatrici e le cucitrici impiegate attualmente hanno all anno 0 un anno di vita utile contabile residua e verrebbero verosimilmente cedute subito a euro. La messa in opera del nuovo impianto comporterebbe costi di addestramento pari a euro durante il primo anno e un aggravio dei costi di manutenzione dell impianto per euro annui. Allo stesso tempo consentirebbe di licenziare (all anno 1) un addetto alle macchine tagliatrici ed un addetto alle macchine cucitrici. La liquidazione che l impresa corrisponderebbe ai due prestatori di lavoro ammonterebbe a euro. Il nuovo impianto consentirebbe di incrementare i volumi di produzione annui del 10%. Allo stesso tempo consentirebbe di ridurre il materiale di scarto e risparmiare così sul consumo di materie prime per un valore circa pari a euro all anno. Il nuovo impianto necessiterebbe altresì di un aumento immediato delle rimanenze di ciclo per euro. E già stato trovato un imprenditore che al sesto anno rileverebbe il nuovo impianto per euro. Per verificare la compatibilità del nuovo impianto con il processo produttivo è stato eseguito uno studio, costato euro. La Perfect Shoes ha un costo del capitale pari al 15% e un carico fiscale mediamente pari al 40%. (2a) Sapendo che i prezzi dei prodotti della Perfect Shoes sono pari rispettivamente a 201 euro per il modello High Altitude, 148 euro per il modello Trekking e 97 euro per il modello Climbing, si valutino i flussi finanziari e la convenienza economica di questo investimento mediante le tecniche conosciute. (2b) Come varia l analisi dell investimento di cui al punto (2a) se si ipotizza che l impresa ogni anno riesca a dilazionare all anno successivo la metà dell incremento dei costi variabili? Qual è il tempo di ritorno dell investimento? Perché in questo caso il criterio del tasso interno di rendimento non risulta significativo?

9 (2c) Come varia l analisi dell investimento di cui al punto (2a) se per l acquisto delle nuove macchine la Perfect Shoes riuscisse ad ottenere un finanziamento bancario pari a euro per 5 anni ad un tasso di interesse annuo pari al 5%? (2d) Come varia l analisi dell investimento di cui al punto (2b) (ossia il caso con la dilazione di pagamento ai fornitori) se la Perfect Shoes potesse affittare le macchine di cui sopra, al posto di acquistarle? In particolare, quale sarebbe il canone annuo che rende indifferenti le due alternative? Il candidato è invitato a formulare le ipotesi che ritiene più utili ed adatte allo svolgimento della prova.