prova pratica

Sapienza - Università degli Studi di Roma
Esame di Stato per l'abilitazione all’esercizio della professione di Ingegnere –
Sezione Industriale - I sessione 2014
Sezione B
QUARTA PROVA
03 Ottobre 2014
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:
vcc % = 2.5 %
Pcc % = 1.3 %
PFe % = 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 V1 = 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.
cognome, nome
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Sezione Industriale - I sessione 2014
Sezione B
QUARTA PROVA
03 Ottobre 2014
TEMA N. 2 - Energetica Junior
Sia dato un compressore che elabora una portata pari a m=30 kg/s di aria (cp,a=1004 J/(kg K) e
costante del gas Ra=287 J/(kg K)) in condizioni ambiente (T=20°C e P=101325 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.
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03 Ottobre 2014
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 15000 kg;
B. Ingresso dalla gamba calda di 10000 kg di acqua (hl = 1483 kJ/kg) e contemporanea azione
degli spray (hl = 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 (vl = 0.00134 m3/kg, hl = 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:
vl = 0.00168 m3/kg; vv = 0.0098 m3/kg; hl = 1629.88 kJ/kg; hv = 2596.12 kJ/kg
Saturazione a 12.5 MPa:
vl = 0.00154 m3/kg; vv = 0.0134 m3/kg; hl = 1511.58 kJ/kg; hv = 2674.31 kJ/kg
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03 Ottobre 2014
TEMA N. 4 - Industriale Junior (Meccanica Calda)
Il candidato dimensioni le due seguenti macchine:
a) Un pompa volumetrica elabora Q = 12 dm3/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 m3/s
H=4m
n = 500 rpm
χ = 0.6
ϕe = 0.3
ψe = 0.16
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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; r1 la retta d’azione del carico Q da sollevare, a velocità costante;
r3 la retta d’azione della forza motrice P; r2 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
r1
r2
r3
P
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03 Ottobre 2014
TEMA N. 6 - Meccanica Calda Junior
Il candidato dimensioni le due seguenti macchine:
a) Un pompa volumetrica elabora Q = 12 dm3/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 m3/s
H=4m
n = 500 rpm
χ = 0.6
ϕe = 0.3
ψe = 0.16
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03 Ottobre 2014
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; r1 la retta d’azione del carico Q da sollevare, a velocità costante;
r3 la retta d’azione della forza motrice P; r2 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
r1
r2
P
r3
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Sezione B
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03 Ottobre 2014
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 1.200.000 euro richiede una attività di cantiere stimata in 2.200
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.
ALLEGATO AL TEMA N. 8 - SICUREZZA JUNIOR
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03 Ottobre 2014
Aerospaziale Junior
TEMA N. 9 - PROPULSIVO
Un turbofan a flussi separati ha le seguenti caratteristiche:
z = 9500m
• Quota di volo
• 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 = 1600 K
• 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 p 1004.5
=
=
J kgK cos t.
•
Q f = 45 MJ kg
In merito agli ugelli, indicare:
1. condizioni di funzionamento dell’ugello del fan;
2. tipo di ugello principale.
TEMA N. 10 - 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 16cm2, 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
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cognome, nome

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