Sapienza - Università degli Studi di Roma

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1 TEMA N. 1 - Ingegneria Elettrotecnica/Energetica Macchine Elettriche Impianti Elettrici Un trasformatore trifase ha potenza nominale 100 kva, frequenza nominale 50Hz, rapporto di trasformazione 10 kv/400 V (tensioni concatenate). Dalle prove effettuate sul trasformatore si conoscono i seguenti dati: v cc % = 2.5 % P cc % = 1.3 % P Fe % = 0.9 % Il trasformatore viene connesso lato primario ad una rete con tensione costante pari a 10 kv ed alimenta un carico che assorbe una corrente di modulo pari ai 3/4 della corrente nominale con fattore di potenza pari a 0.8. In tale condizione di carico, calcolare: a) la caduta di tensione da vuoto a carico; b) il rendimento del trasformatore. Calcolare inoltre: c) la corrente di corto circuito trifase ai morsetti secondari con V 1 = 10 kv; d) l energia complessivamente dissipata nel trasformatore in un mese di 31 giorni, supponendo che il trasformatore debba restare permanentemente inserito e che in 26 giorni lavorativi sia ad esso richiesto lo stesso servizio del tipo: - per 7 ore il trasformatore può essere considerato a pieno carico; - per 8 ore il trasformatore può essere considerato a metà carico; - per 4 ore il trasformatore può essere considerato a un quarto di carico; - per le restanti ore il trasformatore può essere considerato a vuoto. mentre per i restanti 6 giorni (da considerarsi festivi) il trasformatore lavora a vuoto. Si ipotizzi la presenza di un sistema di rifasamento con condensatori a capacità variabile che, in ogni condizione di carico (anche a vuoto) sia in grado di imporre all impianto nel suo complesso (trasformatore + carico) un fattore di potenza pari a 0.9.

2 TEMA N. 2 - Energetica Junior Sia dato un compressore che elabora una portata pari a m=30 kg/s di aria (c p,a =1004 J/(kg K) e costante del gas R a =287 J/(kg K)) in condizioni ambiente (T=20 C e P= Pa) con un rapporto di compressione pari a 12. Dato un rendimento isoentropico pari a 0.89, determinare la potenza assorbita dal compressore e la temperatura finale dell aria compressa.

3 TEMA N. 3 - Energetica/Nucleare Calcolare il volume di un pressurizzatore e l energia da fornire tramite i riscaldatori elettrici affinché rimanga costante al suo interno la pressione di 15.5 MPa, nel caso verifichino (non contemporaneamente) le seguenti situazioni massime ammissibili: A. Fuoriuscita di acqua verso il primario pari a kg; B. Ingresso dalla gamba calda di kg di acqua (h l = 1483 kj/kg) e contemporanea azione degli spray (h l = 1225 kj/kg) con una massa pari al 3% di quella in ingresso dalla gamba calda Si considerino adiabatiche le pareti del pressurizzatore. Si tenga presente che i riscaldatori elettrici devono rimanere sempre sotto battente di liquido (il minimo contenuto di liquido è pari a 2000 kg) e che la situazione limite è la condizione di pressurizzatore solido. Il pressurizzatore è poi soggetto ad un guasto alla valvola di apertura del circuito di spray, che inietta una portata costante di 30 kg/s prelevata dalla gamba fredda del primario (v l = m 3 /kg, h l = 1252 kj/kg), senza intervento dei riscaldatori elettrici. Si devono calcolare: il tempo necessario affinché la pressione nel pressurizzatore scenda a 12.5 MPa ed il contenuto finale delle fasi liquida e vapore. Si ipotizzi che il liquido del circuito primario sia incomprimibile e se ne traggano le conseguenze in termini di scambi di massa fra primario e pressurizzatore. Altre proprietà termodinamiche utili: Saturazione a 15.5 MPa: v l = m 3 /kg; v v = m 3 /kg; h l = kj/kg; h v = kj/kg Saturazione a 12.5 MPa: v l = m 3 /kg; v v = m 3 /kg; h l = kj/kg; h v = kj/kg

4 TEMA N. 4 - Industriale Junior (Meccanica Calda) Il candidato dimensioni le due seguenti macchine: a) Un pompa volumetrica elabora Q = 12 dm 3 /s di acqua con un p = 5 MPa. Si vuole adottare una pompa triplex a semplice effetto ed a corsa breve con una corsa pari a C = 100 mm b) Una turbopompa operante con i seguenti dati: Q = 1.05 m 3 /s H = 4 m n = 500 rpm χ = 0.6 ϕ e = 0.3 ψ e = 0.16

5 TEMA N. 5 - INDUSTRIALE JUNIOR (Meccanica Fredda) Dopo aver riprodotto in scala il sistema cuneo e cardine, nel rispetto delle proporzioni rappresentate in Figura, si calcoli il valore della forza P necessaria a sollevare il carico Q = 200 N, avendo assunto: ideale il sistema; r 1 la retta d azione del carico Q da sollevare, a velocità costante; r 3 la retta d azione della forza motrice P; r 2 la normale alle superfici di contatto tra il cuneo e l asta; pari a 2,5 cm la larghezza dell asta (rilevare le altre dimensioni e gli angoli dal disegno); trascurabili i pesi del cuneo e dell asta; rigidi tutti i corpi; trascurabile il gioco tra asta e collare. Si ripetano i calcoli schematizzando la reazione del collare come due forze agenti agli estremi del collare stesso. Si confrontino i valori delle reazioni nei due casi. Introducendo, poi, l ipotesi di attrito coulombiano con f = 0.1, ed impiegando le formule pratiche ed il metodo grafico, anche a mano libera, si determinino i valori approssimati del rendimento nel moto diretto e retrogrado. Q r 1 r 2 r 3 P

6 TEMA N. 6 - Meccanica Calda Junior Il candidato dimensioni le due seguenti macchine: a) Un pompa volumetrica elabora Q = 12 dm 3 /s di acqua con un p = 5 MPa. Si vuole adottare una pompa triplex a semplice effetto ed a corsa breve con una corsa pari a C = 100 mm b) Una turbopompa operante con i seguenti dati: Q = 1.05 m 3 /s H = 4 m n = 500 rpm χ = 0.6 ϕ e = 0.3 ψ e = 0.16

7 TEMA N. 7 - Meccanica Fredda Junior Dopo aver riprodotto in scala il sistema cuneo e cardine, nel rispetto delle proporzioni rappresentate in Figura, si calcoli il valore della forza P necessaria a sollevare il carico Q = 200 N, avendo assunto: ideale il sistema; r 1 la retta d azione del carico Q da sollevare, a velocità costante; r 3 la retta d azione della forza motrice P; r 2 la normale alle superfici di contatto tra il cuneo e l asta; pari a 2,5 cm la larghezza dell asta (rilevare le altre dimensioni e gli angoli dal disegno); trascurabili i pesi del cuneo e dell asta; rigidi tutti i corpi; trascurabile il gioco tra asta e collare. Si ripetano i calcoli schematizzando la reazione del collare come due forze agenti agli estremi del collare stesso. Si confrontino i valori delle reazioni nei due casi. Introducendo, poi, l ipotesi di attrito coulombiano con f = 0.1, ed impiegando le formule pratiche ed il metodo grafico, anche a mano libera, si determinino i valori approssimati del rendimento nel moto diretto e retrogrado. Q r 1 r 2 r 3 P

8 TEMA N. 8 - Sicurezza e Protezione Civile - Junior Si consideri la realizzazione di un complesso composto da 5 edifici destinati ad uso industriale. L'opera del valore stimato di euro richiede una attività di cantiere stimata in uomini*giorno, con 5 imprese, 3 per la realizzazione di opere edili, 1 per la realizzazione degli impianti e dei lavori elettrici, 1 per la realizzazione degli impianti idrico-termo-sanitari. Le opere prevedono essenzialmente: - livellamento del suolo - realizzazione delle palificate di sostegno e fondazioni, muri di cinta e recinzioni di confine e non - strada carrabile e pedonale asfaltata, dei parcheggi, marciapiedi - illuminazioni esterne - spazi verdi piantumati e dotati di irrigazione automatica - impianti fognari - impianti per il gas - impianti per l energia elettrica - impianto di ventilazione e condizionamento - impianti idraulici - impianto telefonico - impianto per lo scarico delle acque meteoriche - strutture in cemento armato - strutture in laterizio - strutture in elevazione - pavimentazioni - isolamenti e impermeabilizzazioni - intonaci - opere in ferro - opere in vetro - opere in pietra da taglio - opere in legno - tutte le murature, i rivestimenti e le pitture - tutti gli impianti tecnologici e di servizio. Il candidato sulla base degli elementi forniti: a) Descriva la procedura tecnico-amministrativa prevista per l'appalto della suddetta opera; b) Definisca ruoli, figure e organizzazione inerente all'appalto e alla realizzazione in sicurezza della suddetta opera; c) Definisca tutti i documenti tecnico-progettuali necessari; d) Imposti il piano di sicurezza e coordinamento secondo i contenuti minimi previsti dalla normativa vigente.

9 ALLEGATO AL TEMA N. 8 - SICUREZZA JUNIOR

10 Aerospaziale Junior TEMA N. 9 - PROPULSIVO Un turbofan a flussi separati ha le seguenti caratteristiche: Quota di volo z = 9500m Mach di volo M 0 = 0.85 Rapporto di compressione del motore β = 35 Rapporto di compressione del fan β f = 1.4 Temperatura di ingresso in turbina T4 = 1600K Ugello del fan convergente Ugello principale adattato. Il candidato, introducendo opportunamente i dati mancanti, calcoli ciclo e prestazioni, assumendo: γ = 1.4 = cos t. C = J kgk = cos t. p Q = 45MJ kg f In merito agli ugelli, indicare: 1. condizioni di funzionamento dell ugello del fan; 2. tipo di ugello principale. TEMA N STRUTTURALE Si deve dimensionare un cassone alare mono-connesso affinché la sua resistenza a compressione abbia un margine di sicurezza almeno del 30% ed inferiore al 50%. La sezione del cassone alare è caratterizzata dalla presenza di quattro correnti di area uguale e pari a 16cm 2, mentre l'intera ala, di semiapertura pari a 5m ed allungamento 9, dovrà garantire la vita operativa del velivolo con MTOW pari a 1t. Assumendo una corda alare costante in apertura ed uno spessore al 10% della corda, si determinino 1. il numero minimo di centine rompi-tratta per garantire la resistenza a compressione dell'ala 2. la forma migliore e relative dimensioni dei correnti 3. Il peso strutturale dell'intera semiala assumendo lo spessore del rivestimento pari a 0.5 mm