SAPIENZA UNIVERSITA' di ROMA ESAME di STATO per l'abilitazione alla PROFESSIONE di INGEGNERE Seconda sessione Quarta prova

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1 SAPIENZA UNIVERSITA' di ROMA ESAME di STATO per l'abilitazione alla PROFESSIONE di INGEGNERE Seconda sessione 2009 LAUREA SPECIALISTICA in INGEGNERIA BIOMEDICA Quarta prova Dimensionare i principali componenti di un impianto di climatizzazione a servizio di un reparto di degenza che occupa l'ultimo piano di un edificio a pianta rettangolare (SOm x 12m) facente parte di un complesso ospedaliero sito nella città di Roma, per la quale si possono assumere le seguenti condizioni climatiche esterne di progetto: t =O C e DR =40%, in inverno; t = 3SoC e DR = SO%, in estate. Il reparto in questione comprende 20 ambienti uguali a pianta quadrata, di dimensioni 4.5mx4.5mx3m, disposti simmetricamente, 10 per parte, ai lati di un corridoio centrale di larghezza pari a 3m e lunghezza di 4Sm, alle cui estremità sono ubicati un corpo scale, da un lato, ed i servizi igienici, dall'altro. Per semplificazione progettuale, si può assumere che i fabbisogni termo-frigoriferi estremi stagionali di ciascuno di tali ambienti sono pari a 800W in inverno e ls00w in estate. Inoltre, si consideri che ciascun ambiente è occupato da 2 persone e che il minimo numero di ricambi di aria esterna è pari a 3vol/h. Il candidato giustifichi e discuta le scelte progettuali operate in merito alla tipologia impiantistica selezionata ed alle principali apparecchiature componenti la centrale termo-frigorifera.

2 TESTO DELLA PROVA PRATICA PER L'ESAME DI ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE sez. A (LS) INGEGNERIA BIOMEDICA SESSIONE GIUGNO 2009 Risponda il candidato ad entrambi i quesiti riportati nel seguito. 1) Dimensionare una schiera di elementi piezoelettrici per ecotomografia diagnostica. Il trasduttore dovrà avere impiego cardiologico. Dovranno essere definiti i seguenti parametri, giustificando le scelte effettuate.» Spessore dei piezoelementi (t)» Larghezza dei piezoelementi (w)» Numero dei piezoelementi (N)» Passo della schiera (d) )o> Larghezza del lobo principale in campo lontano. 2) Considerando per semplicità che tutti i piezoelementi siano alimentati in fase con un segnale sinusoidale, calcolare l'ampiezza della pressione sulla superficie del trasduttore in funzione della differenza di potenziale applicata.

3 Temano 1 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" Prova pratica per la classe 31/S Ingegneria Elettrica Dalla sbarra BT di una cabina di trasformazione MTIBT (QGBT) vengono alimentati i quadri di distribuzione QI, Q2, Q3 tramite le linee in cavo LI, L2, L3, posate su passerella metallica e aventi percorsi separati. a) Si dimensionino i suddetti cavi tenendo presente che: i carichi sono trifase e possono considerarsi equilibrati; la caduta di tensione da QGBT a ciascun quadro non deve superare 1,6%; è richiesto l'impiego di cavi a bassissima emissione di fumi e gas tossici. b) In base ad una ragionevole stima della potenza di trasformazione della cabina MTIBT, si scelgano le protezioni contro le sovracorrenti (sovraccarichi e cortocircuiti) delle linee Ll, L2 e L3. c) Con lo stesso valore della potenza di trasformazione, e assumendo la tensione nominale alla sbarra A, determinare la tensione al primario, la potenza erogata ed il rendimento del trasformatore (si trascuri l'assorbimento di potenza attiva e reattiva da parte dei cavi). Un=400 V per tutti i carichi Linea LI: lunghezza 55 m; carico QI: Pn=58 kw, cos~n=o,91 rit. Linea L2: lunghezza 48 m; carico Q2: Pn=I05 kw, cos~n=o,88 rit. Linea L3: lunghezza 63 m; carico Q3: Pn=20kW, cos~n=o,94 rito QGBT P1 >-----ti ji.f-ff.,l < H ~ Q 1 > fha~----< H ~ Q2 > fJ/-fH----< HI..._. Q3

4 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" Prova pratica per la classe 31/S Ingegneria Elettrica Temano 2 Un trasformatore MT/BT alimenta mediante la linea in cavo LI (3F+N+PE) equilibrati Cl, C2 e C3, aventi le caratteristiche sotto riportate. carichi trifase Carico Cl: Un=400 V, Pn=99 kw, COs~n=0,9l rit. C2: Un=400 V, Pn= 125 kw, COs~n=0,87 rit. C3: Un=400 V, Pn= 85 kw, Cos~n=0,90 rit. Linea LI: lunghezza 110 m (distanza A-Cl =35 m, Cl-C2=40 m, C2-C3=35 m) a) Determinare la capacità e la potenza reattiva a 400 V del banco di condensatori "Cap" da collegare alla sbarra A per innalzare il fattore di potenza ad un valore non inferiore a 0,92 (si trascurino le potenze attiva e reattiva assorbite dal cavo stesso). b) Sotto le stesse ipotesi del punto precedente, scegliere la potenza di trasformazione MTIBT nella condizione di impianto rifasato; c) Scegliere tipo e sezione commerciale del cavo da utilizzare per la realizzazione della linea LI, considerando la posa su passerella metallica e sapendo che a valle dei quadri Cl, C2 e C3 si hanno solo circuiti terminali. Il cavo deve essere a bassissima emissione di fumi e gas tossici. Si imponga i\u max<2,4% d) Per il cavo scelto, determinare tipo e caratteristiche della protezione contro le sovracorrenti (sovraccarichi e cortocircuiti) installata in Pl. e) Assumendo la tensione nominale alla sbarra A, determinare la tensione al primario, la potenza erogata ed il rendimento del trasformatore. A L1,Cap C1 C2 C3

5 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" Si richiede lo svolgimento di uno dei seguenti temi, a scelta del candidato: TEMA kmol/h di una miscela liquida satura contenente metanolo e acqua al 370/0 in moli di metanolo devono essere distillate a pressione atmosferica per ottenere un prodotto di testa al 91.5% in moli di metanolo e uno di fondo al 99.4%) di acqua. L'operazione verrà condotta in un'apparecchiatura a stadi in controcorrente dotata di un condensatore e di un ribollitore totale, e si opererà con un rapporto di riflusso E = 1.5 E min. Calcolare: 1) le portate di distillato e di residuo; 2) il rapporto di riflusso; 3) il numero di stadi teorici ed effettivo; 4) le portate termiche da scambiare nel condensatore e nel ribollitore. DATI DI EQUILIBRIO (P = 1 atm) T (OC) x y T (OC) x y CPL,metanoio = kj.kg- 1 K-1 CPL,acqua =4.187 kj.kg- 1.K-1 À.metanolo =1047 kj.kg- 1 J.!metanolo = Pa-s À. acqua = 2284 kj kg- 1 Jlacqua = Pa-s

6 TEMA 2 Un serbatoio metallico cilindrico di altezza pari a 3 m e diametro 2 m è riempito al 900/0 con acido acetico. L'acido viene caricato nel serbatoio a 75 C. Calcolare la temperatura all'interno del serbatoio dopo 48 h dal caricamento, per i seguenti valori di temperatura media dell'ambiente esterno: 1) Test = 5 C; 2) Test =20 C. Si assuma che il liquido nel serbatoio sia perfettamente miscelato e che il trasferimento di calore nell'ambiente esterno awenga per convezione naturale. Per la valutazione del coefficiente di scambio termico si utilizzi la seguente relazione: hest =1.77 ~TO. 25 con ~T espresso in C e hest in kcal h- 1 m-2. o C- 1 Pa.acetico (75 C) =1.019 kg.m- 3 CPL,a.acetico =2.135 kj.kg- 1.K-1

7 U niversità degli Studi di Roma "La Sapienza" Prova pratica per la classe 34/S Ingegneria gestionale TEMA N.1 1\ candidato, dati i seguenti valori di impianto, dimensioni i magazzini materie prime, interoperazionale e prodotti finiti, stabilendone politiche di ripristino delle quantità adeguatamente motivate, i sistemi di trasporto in grado di garantire la maggiore saturazione, nonché la pianificazione del ciclo produttivo delle due presse. Per lo svolgimento del problema si ipotizzino le grandezze ritenute necessarie, attraverso stime giustificate. Pro_dotto finito: pannello incapsulato 1 pallet prodotti finiti =2 pile da 25 pannelli di inerte (impilabili max 3 bancali) Ciclo produttivo Zona 1. produzione tramite stampo di vassoi o di coperchi, con la necessità di cambiare stampo per passare dalla realizzazione di un semilavorato a quella dell'altro. Zona 2. produzione tramite stampo del pannello incapsulato, chiudendo un vassoio, su cui è stata posizionata l'anima di inerte, con un coperchio. Materie prime Anima in materiale inerte =600x600x34 mm 1 rotolo di alluminio da 30q (diametro 120 cm) = 2 ore di produzione (zona 1) 1 pallet di anime =2 pile da 35 pannelli (impilabili max 3 bancali) Dimensioni di 1 pallet di cartone (100 fogli, impilabili max 5 bancali) = dimensioni 1 pallet di anime 1 foglio di cartone per l'imballaggio di 1 pallet prodotti finiti Sistema produttivo Capacità produttiva massima effettiva: 5000 pannelli per 8 ore 12 ore di lavorazione della zona 1 permettono 8 ore di lavorazione della zona 2 % ora di cambio stampo zona 1 a macchina ferma % ora di lavaggio zona 2 (a macchina ferma prima di produrre) % ora di set-up zona 2 (a macchina ferma prima di produrre) Tutte le altre attività di alimentazione macchine (pannelli, rastrelliere, colle) si realizzano o a macchina in movimento o durante le altre attività di set-up

8 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" TEMA N. 2 L'Azienda INGROMA ha acquisito una commessa per componenti metallici in acciaio di diametro nominale di 20 mm. Dall'analisi di processo, condotta su un campione rappresentativo di tondini Cb20, sono emersi i seguenti risultati Sotto Valori n.1 19,90 18,30 20,7 20,00 n.2 20,10 19,10 19,50 19,20 n.3 22,20 21,90 20,80 19,80 n.4 18,30 18,10 19,60 18,00 n.5 18,05 22,60 20,90 20,90 n.6 19,50 19,00 19,10 20,50 n.7 20,00 19,30 21,70 20,80 n.8 22,00 19,80 19,10 22,60 n.9 20,00 19,80 20,80 20,20 n.10 20,80 18,10 18,30 19,60 n.11 21,70 20,50 19,60 19,20 n.12 19,90 18,30 20,7 20,00 n.13 20,10 19,10 19,50 19,20 n.14 22,20 21,90 20,80 19,80 n.15 18,30 18,10 19,60 18,00 n.16 18,05 22,60 20,90 20,90 n.17 19,50 19,00 19,10 20,50 n.18 20,00 19,30 21,70 20,80 n.19 22,00 19,80 19,10 22,60 n.20 20,00 19,80 20,80 20,20 n.21 18,20 17,90 18,80 18,20 n.22 19,10 17,90 18,50 19,80 n.23 18,00 16,70 17,90 17,00 n.24 18,00 19,60 18,00 18,50 Dopo aver effettuato un'analisi grafica delle precedenti misurazione. tramit~ l'ausilio ~~ u~ istogramma, si determini se il processo è sotto controllo. Inoltre SI valuti la capacita di processo note le specifiche, irrlposte dal Capitolato di Fornitura, pari a 20±1,5~f'!l--"- _

9 _ c' ;. :. l' - ' ~ ,oj~ s-- r _ ~.- (,. ~. I ~ l' J l I!. il ~ - - ' """, ~,.,',... r.'. '. ' l', II I, " 'I;'"i :" t' 1.. _ I"',._ 11.'.. _ ~ ~ ~. - ;II..... _ -...:.... _ I _. 1 2,660 0,000 3, ,880 1,023 0,729 0,577 0,483 0,419 0,373 0,337 0,308 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,076 0,136 0,180 0,223 3,267 2,575 2,282 2,115 2,004 1,924 1,864 1,816 1,777 I

10 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" Prova pratica per la c1asse~/s Ingegneria Meccanica Fredda TEMAN.{ Un cuscinetto Michell a pattini auto-orientabili destinato ad equilibrare una spinta P = N, trasmessagli da un albero rotante con velocità n = 800 giril1" è costituito da otto settori. Nella ipotesi che da un dimensionamento di massima si sia pervenuti ai seguenti risultati: raggio medio del cuscinetto r m = 100 mm, lunghezza del settore sulla circonferenza media l = 73,5 mm, larghezza del settore b = 58 mm, ascissa del punto di applicazione del carico xn= 45 mm, coefficiente di viscosità J.l = ::(alla temperatura di funzionamento), si verifichi che la lubrificazione avvenga in regime idrodinamico. Si calcoli, inoltre, la pressione media ed il coefficiente di attrito mediato e si esegua uno schizzo quotato del cuscinetto, rispettando le norme di disegno tecnico.

11 ESAMI DI STATO INGEGNERE MECCANICO PROVA PRATICA LAUREA SPECIALISTICA 09/2009 PROBLEMA. Si vuole pompare acqua da un bacino ad un altro, situato a Sa. = 2 m più in alto, attraverso una tubazione in cui le perdite di carico complessive sono rappresentate dalla funzione Y = a Q2 (dove a = 200 e Q la portata misurata in m 3 /s). Si ha a disposizione una pompa assiale. La cui caratteristica è riportata in tabella: Q[m 3/s1 I I n, [m] I 4.2 I 4.3 l Il I Determinare la portata Qnel punto di funzionamento per i seguenti casi: a) pompa singola b) due pompe (ciascuna uguale a quella assegnata) in parallelo c) due pompe (ciascuna uguale a quella assegnata) in serie d) dimensionare la pompa (fornire parametri geometrici e cinematici e disegno palettatura) T /~ \ o~././ I I! I._~ //.> ~/.~..c:' ~~.;:. // ICC. ~ ~...,/ /..-"./,/ /' ~'/ / - <=>

12 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" Prova pratica per la classe 25/S Ingegneria Aerospaziale e Astronautica TEMAN.1 Si consideri un pannello strutturale in lega leggera, di dimensioni 3xO,5xO.003 [m], incastrato in corrispondenza di un suo lato corto. Su di esso agisce, nella direzione del lato lungo, una distribuzione uniforme di carichi statici riconducibili a forze agenti trasversalmente al pannello di entità pari a 60 [N/m], con linea d'azione in corrispondenza del 25% del lato corto. In aggiunta, è presente una distribuzione di momento torcente costante, con asse parallelo al lato lungo, di valore pari a 15 [N]. Il candidato determini: 1. Il diagramma delle sollecitazioni di taglio, momento flettente e torcente; 2. Il peso minimo della struttura in grado di resistere al carico applicato senza rompersi, ipotizzando di poter variare il suo spessore; 3. La distribuzione della deflessione e della rotazione della struttura, nella

13 Unìversità degli Studi di Roma "La Sapienza" Facolta di Ingegneria Prova pratica per la classe 25/S Ingegneria aerospaziale e astronautica Tema 2. Un'ala con forma in pianta ellittica, non svergolata, rapporto di allungamento 6 e apertura b = 6 m, ha un carico alare pari a 900 N/m 2 ed é investita da una corrente con velocità pari a 150 kmfh, al livello del mare. Determinare la resistenza parassita e indotta; inoltre, ipotizzando che la resistenza dell'ala sia la meta della resistenza totale del velivolo, valutare la potenza da installare a bordo per una propulsione motoelica. Si assuma un valore di transizione per il numero di Reynolds pari a

14 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" Prova pratica per la classe 25/S Ingegneria aerospaziale e astronautica Tema 3. Le caratteristiche dell'orbita attorno alla Terra di un satellite sono Inclinazione = 28.8 deg Eccentricita-e Periodo= 10.6 h Determinare la rotazione della linea degli absidi e la regressione dei nodi. 1

15 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" Sezione A- Laurea Specialistica - Settore industriale Prova pratica per la classe 33/S Ingegneria energetica e nucleare TEMA N.1 Un reattore nucleare prototipo ad acqua bollente è refrigerato con un sistema a ricircolazione naturale. Il vessel è separato da un corpo cilindrico ave avviene la separazione acqua vapore da un opportuno dislivello; vessel e corpo cilindrico sono collegati da una tubazione riser e da una tubazione downcomer. Calcolare il titolo nel riser, nell'ipotesi che la somma delle perdite di carico nel corpo cilindrico e nel vessel sia pari alla somma delle perdite di carico nel risere nel downcomer. Si assumano i seguenti dati: Flu~so neutronico medio pari a n/(cm2s); Seziona d'urto di fissione pari a 500 barn; Massa totale di uranio pari a 6200 kg; De~sità dell'uranio pari a 8 g/cm3; Arricchimento in 235U del 3%', Energia di una fissione 200 MeV' Pr~ssione. nominale dell'impiant; pari a 3,5 MPa; /I nser ed Il downcomer hanno un diametro interno pari a 25 in ed.u~a 'unghe~a equivalente di 160 m ciascuno; /I dislivello fra Il reattore e il corpo cilindrico è di 25 m.

16 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" Prova pratica per la classe 33/S Ingegneria energetica e nucleare TEMAN.2 Una portata di 40 kg/s di acqua demineralizzata, alla pressione di 1,2 MPa, viene raffreddata dalla temperatura T1 =45 C alla temperatura T2 =30 C, attraversando lato mantello uno scambiatore di calore a fascio tubiero. Il raffreddamento dell'acqua demineralizzata avviene tramite dell'acqua servizi, disponibile alla temperatura di 20 C, che attraversa lo scambiatore all'interno dei tubi in due passaggi con una portata di 50 kg/s. Il fascio tubiero è costituito da 220 tubi dritti di acciaio da 3/4" lunghi 4 metri, disposti con passo triangolare di 1 1 / 4 ". Lo scambiatore è dotato di setti distanziati fra loro di 40 cm, del tipo tagliato al 25%. Si richiede: a) valutare il diametro del mantello e quindi, supposto che esso sia costituito da acciaio, valutare lo spessore necessario affinché sia in grado di resistere ad una pressione interna di 0,4 MPa; b) calcolare la temperatura di uscita dell'acqua servizi dallo scambiatore.