Esami di Stato per l abilitazione all esercizio della professione di Ingegnere I Sessione 2009

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1 Sezione A Vecchio Ordinamento Prova scritta - Settore CIVILE e AMBIENTALE Tema Il candidato esegua la progettazione di massima architettonica e strutturale di un edificio destinato ad uffici costituito da 3 piani fuori terra e da un piano interrato destinato a parcheggio e manovra automezzi. L'edificio insiste su un lotto pianeggiante e dovrà essere realizzato in cemento armato o in acciaio. Dovranno essere progettate almeno 4 unità per piano e almeno 30 posti auto a livello interrato. Le misure dell'edificio sono indicate nel foglio seguente. Il candidato sviluppi il progetto producendo i seguenti elaborati: pianta del piano tipo (scala 1:100) pianta del piano interrato con indicazione della rampa d'accesso dal fronte stradale (scala 1:100) schema della maglia strutturale compatibile con le esigenze distributive (scala 1:100) In aggiunta il candidato sviluppi a scelta uno dei seguenti punti: Predimensionamento del solaio e delle travi del secondo orizzontamento, del pilastro interno più sollecitato e della relativa fondazione ricorrendo a formule approssimate per il calcolo delle sollecitazioni. Il terreno, a coesione nulla, ha un peso specifico = 18.5 kn/m³ e un angolo di attrito pari a φ = 35. A scelta poi si sviluppi un tema di seguito elencato: Schema dell'armatura di una trave di spina e verifica di una sezione significativa; schema dell'armatura del pilastro più sollecitato e del relativo plinto con relative verifiche. Schema dell'armatura di una trave di bordo e verifica di una sezione significativa; dettagli costruttivi stratigrafici della copertura, dell'impalcato e delle pareti di tamponamento, con accorgimenti e particolari relativi al risparmio energetico. Dell'edificio in questione si proceda alla realizzazione della programmazione dei lavori e della organizzazione del cantiere per l'esecuzione nel tempo contrattuale di 10 mesi per 305 giorni naturali e consecutivi dalla data di consegna dei lavori. Si richiede la redazione del diagramma lavori con l'elaborazione su foglio a parte del calcolo delle quantità delle singole fasi ed il calcolo per la determinazione delle presenze uomini-giorno. Facoltativamente si renda il programma così ottenuto per la formulazione del budget. Dell'edificio in questione si proceda alla redazione del piano della sicurezza e del coordinamento minimo previsto dal D.lgs. 9 aprile 2008 n. 81 sapendo che nelle vicinanze del lotto in oggetto esiste una linea elettrica aerea da V, che il lotto in oggetto è adiacente ad una scuola materna e che l'accesso è previsto dalla strada provinciale antistante il lotto. N.B.: Specificare le ipotesi progettuali adottate e le normative assunte come riferimento.

2 Piano Interrato 12,5 m 25,5 m 17 m Piano Tipo 12,5 m 25,5 m

3 Sezione A Vecchio Ordinamento Prova scritta - Settore INDUSTRIALE Tema 1 Con riferimento ad un processo produttivo manifatturiero per parti come quello rappresentato in figura sottostante, si illustri in modo compiuto, anche attraverso l utilizzo di grafici, schemi ed esempi numerici, almeno 4 dei seguenti aspetti: Fornitore materie prime Fornitore materie prime Prima fase di trasformazione Seconda fase di trasformazione Seconda fase di trasformazione Assemblaggio Stoccaggio L effetto bullwhip, specificandone la dinamica di manifestazione, le cause principali e le contromisure adottabili. Il processo di previsione della domanda per l identificazione delle quantità di materia prima da acquistare presso i due fornitori. Si illustri il processo di analisi, di implementazione e di utilizzo, nonché almeno due metodi quantitativi di previsione. Il processo di localizzazione di un nuovo magazzino di stoccaggio e distribuzione, specificando determinanti di scelta, vincoli e metodi quantitativi a supporto. Il processo di progettazione di massima di un magazzino partendo da prato verde, specificando obiettivi, vincoli e algoritmi a supporto. Il processo di pianificazione di medio periodo della produzione attraverso i procedimenti di pianificazione livellata (Level) e ad inseguimento (Chase). Si descrivano inoltre le possibili leve a disposizione per incrementare la capacità produttiva totale del sistema. La procedura Material Requirements Planning (MRP) utilizzata per le determinazione degli ordini di produzione. A titolo di esempio si stenda il piano di assemblaggio ipotizzando una Bill of Material (BOM) di almeno due livelli, un mix costituito da almeno 3 prodotti, una produzione con scarto e una politica di lottizzazione del tipo L4L (Lot for Lot). Il processo di dimensionamento di un sistema produttivo tipo job-shop. Si proponga un esempio quantitativo considerando un job-shop composto da 3 tipologie di macchine e 4 prodotti, ipotizzando i dati mancanti.

4 Sezione A Vecchio Ordinamento Prova scritta - Settore INDUSTRIALE Tema 2 Il candidato deve effettuare un dimensionamento preliminare di una centrale a ciclo combinato per generazione di energia elettrica. L'impianto è costituito da un turbogas dai cui fumi di scarico si recupera potenza termica per la produzione di vapore su due livelli di pressione. Il vapore prodotto nella caldaia a recupero alimenta due corpi di turbina (uno di alta pressione, uno di bassa) prima di essere inviato a condensazione in un condensatore ad aria. Del gruppo turbogas sono forniti i seguenti parametri operativi: - pressione ambiente: 750 mmhg - temperatura aria ambiente: 18 C - portata d aria aspirata dal compressore: 170 kg/s - rapporto di compressione: 16 - temperatura dei fumi all uscita del combustore: 1100 C - perdite di carico tra scarico della turbina a gas e camino: 240 mm H 2 O - portata volumetrica dei fumi: 400 m 3 /s - rendimento politropico del compressore: rendimento elettromeccanico dell'alternatore: 0.98 Il combustibile impiegato è metano (CH 4 ) con massa volumica pari a kg/m 3 e potere calorifico inferiore pari a 8250 kcal/m 3 (in condizioni normali). Per l'aria e per i gas combusti (di massa molecolare 28.6 kg/kmol) si ipotizzino le seguenti leggi di dipendenza dei calori specifici massici dalle temperature: c p = a 0 + a 1* T + a 2* T 2 + a 3* T 3, con c p in kj/(kgk) e T in K Aria: a 0 = 1.069, a 1 = E-04, a 2 = E-07, a 3 = E-10 Gas combusti: a 0 = 1.021, a 1 = E-05, a 2 = E-07, a 3 = E Con i dati forniti il candidato è invitato ad impostare i necessari bilanci di energia e di massa per valutare: la dosatura (rapporto effettivo aria/combustibile) in camera di combustione, il rendimento adiabatico della turbina a gas e la potenza elettrica prodotta dal gruppo turbogas. 2. Successivamente, si richiede al candidato di assumere (motivandole) opportune ipotesi progettuali per il dimensionamento della sezione a vapore dell'impianto a ciclo combinato. In particolare, si richiede: di scegliere i due livelli di pressione a cui operare il recupero termico e le temperature a cui produrre il vapore; di scegliere la disposizione dei banchi di scambio all'interno della caldaia a recupero; di assumere adeguati valori di DT al pinch point; di scegliere un'adeguata pressione di condensazione. Ogni ipotesi progettuale deve essere finalizzata alla massimizzazione della produzione elettrica. 3. Con le scelte progettuali adottate dal candidato, il candidato determini: le condizioni termodinamiche del vapore in tutti i punti del ciclo; la temperatura a cui i gas combusti vengono scaricati in atmosfera dopo il recupero

5 termico; la potenza elettrica prodotta dalla sezione a vapore dell'impianto; il rendimento dell'intero ciclo combinato.

6 Sezione A Vecchio Ordinamento Prova scritta - Settore INDUSTRIALE Tema 3 Impianto di sollevamento/trasporto materiali mediante nastro trasportatore. Gli impianti di trasporto e movimentazione dei materiali mediante nastro trasportatore hanno un ruolo fondamentale in un universo di applicazioni: edilizia, minerario, agricoltura, alimentari, packaging, trasporti. In funzione dell'applicazione, cambiano la morfologia e i dati dimensionali e tecnologici, ma rimane l'impianto concettuale definito nello schema di figura, che individua alcuni parametri fondamentali: la lunghezza del percorso, L l'eventuale elevazione, qui indicata dall'angolo α la velocità "commerciale", v la "portata", spesso misurata in kg/h. 1. Il candidato delinei una strategia di progetto dell'impianto; una traccia suggerita prevede: il calcolo del diametro minimo D delle pulegge di testa; il calcolo della potenza minima necessaria per garantire il movimento a regime (valutare le resistenze al moto, che si esplicano anche per α = 0, ossia senza innalzamento della massa movimentata); il calcolo della potenza necessaria a garantire transitori ragionevoli (valutare anche l'inerzia delle pulegge di testa; giudicare se la massa del nastro può trascurarsi rispetto al carico); la scelta di un motore-trasmissione (motoriduttore) adatto alla potenza e alla velocità richiesta; la scelta della posizione del motoriduttore, in corrispondenza di una delle due pulegge (confrontare vantaggi/svantaggi delle due soluzioni). Una volta definite le relazioni di progetto, si esegua il calcolo per un caso reale, dati: L = 10 m ; α = 15 ; v = 0.25 m/s ; p [portata] = 6 E+04 kg/h 2. Sulla scorta del progetto di massima ora definito, il candidato esegua la progettazione di dettaglio di una delle due pulegge: motrice (soggetta a torsione + flessione rotante) o condotta (soggetta solo a flessione rotante). Si richiedono:

7 il disegno costruttivo della puleggia montata, con accoppiamento forzato a caldo, sull'albero di supporto, a sua volta sostenuto da cuscinetti volventi; il dimensionamento dei cuscinetti a rotolamento; il calcolo del forzamento albero-mozzo; la verifica a fatica dell'albero.