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U‘NIVERSI'I‘A DEGLI STUDI DI PADOVA ESAMI DI STA T0 PER L ’ABILITAZIONE ALLA PR OFESSIONE DI INGEGNERE'IND USTRIALE Seconda sessione 2 019 Prima prova scritta del I 4 novembre 2019 IL CANDIDA T0 S VOLGA ALMENO UNO DEI TEMI PK OPOST I Esami di stato per I ‘abilitazione alla professione di Ingegnere Industriale Prima prova sarina de! 14 novembre 2019

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U‘NIVERSI'I‘ADEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI

INGEGNERE'INDUSTRIALE

Seconda sessione 2 019

Prima prova scritta del I4 novembre 2019

IL CANDIDA T0 SVOLGA ALMENO UNO DEI TEMI PKOPOSTI

Esami di stato per I ‘abilitazione alla professione di Ingegnere Industriale — Prima prova sarina de! 14 novembre 2019

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UNIVERSITÀDEGLI STUDI

DI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRIÀLESeconda sessiot‘iÎe 2019

Primapmva scritta del I4 novembre 2019

TEMA N. 1

La multinazionale FireCombustion Inc. commissiona il dimensionamento di un’apparecchiatura allostudio di progettazione per cui lavora il Candidato.In particolare, si richiede la progettazione di massima di una colonna di assorbimento per assorbire

in acqua il diossido di zolfo prodotto da una combustione di zolfo in aria. L’alimentazione è di 5000kg/h di un gas contenente l’8% v/v di 80;. Il gas sarà raffreddato alla temperatura di 20°C. Erichiesto di recuperare il 95% del diossido di zolfo. 'I dati di solubilità sono disponibili in Tabella l (dal manuale: Perry, Green, Maloney (1997).“Perry’s Chemical Engineers Handbook - 7-th Edition” Ed. MacGraw-Hill, p. 2-128).

Tabella 1. Tensione di vapore parziale di SO: in acqua (in mmHg).

0g 503! Temperature. C

100 g 1130 0 10 20 30 40 50 60 90 120

0.01 \ 0.02 0.04 0.07 0.12 0.19 [0.29 ().—18 1.21 2.820.05 0.38 0.56 1.07 1.68 2.53 3.69 5. 24 1 2 .0 27.00.10 1.15 1.91 3.03 4.62 6.80 9.71 13.5 31.7 63.00.15 2. lO 3.4-1 5.37 8.07 1 1.7 16.5 22.7 52.2 1040.20 4 3.17 5. 13 7.93 1 1.8 17.0 - 23.8 32.6 73.7 1415

0.23 4.31 6.93 10.6 15.7 22.5 3 1.-1 42.5 . 05.5 1860.30 5.57 S.S-l 13.5 10.8 28.2 39.2 53.3 I 18 2290.40 8.17 12.8 10.4 25.3 40.1 55.3 74.7 16—1- 3160.50 1.0.9 17.0 25.6 37.1 '23 72.0 96.8 ' 211 ‘ 4041.00 25.8 39.5 58.4 83.7, 117 159 212 454 355

2.00 55.0 55.5 129 183 253 312 1-53 9553.011 03.2 ] (19 202 285 3911 5311 7111)

4.00 120 191 277 35!) 535 7205.00 1 FE 2-15 353 406 6706.00 202 290 430 002 82-1

5.00 275 407 555 ' 51510.00 . 351 517 74115.00 542 79620.00 735 Condensed from Rnbc, :\. E. and Harris. ]. F.;] Chem. Eng. Dam, S (3).…. 1963. Copyright @ Ameflmu Chemical Society und

reproduced by permisskm of the mm'fight owner.

Esami di statoper 1 ‘abilìtazione allaprofession di Ingegnere Industriale — Primaprava scritta del I4 novembre 2019

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UNIVERSITÀ

DEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRMLE

Seconda sessione 2019Primaprova scritta del 14 novembre 2019

TEMANZ

La rete rappresentata in figura è in regime sinusoidale alla pulsazione w. In tabella sono riportati gliandamenti temporali delle grandezze impresse dai generatori ideali di tensione e(t) e correntej(t), e i

parametri dgi bipoli passivi R2, R3, R4, R5, R6, R7, L;, L2, L3, L5, C1, C4, C6-

e(t) =400sen(mt+1t/4)V j(t)=‘10=12sen(cot)A °° = 10°0rad/S RF“…

R3=SOQ R4=50£2 R5=25£2 Ra=25§2 R7=25£2 L1=100mH

L2=50mH L3=50mH L5=25mH C1=10pF C4=20pF C5=40pF

Determinare:

° i parametri del circuito equivalente di Thévenìn (fasore di tensione ÉAB, impedenza interna

ZAB) della rete a sinistra della porta A—B; '

o iparametri del circùito equivalente di Thévenin (fasore di tensione Eco: impedenza interna

Zap) della rete a destra della porta C—D;

. le potenze attive e reattive entranti nel resistere R3 e nell’induttore L3;

o le potenze attive e reattive uscenti dal generatpre ideali di tensione e(t);

. le potenze attive e reattive entranti nel generatore di correntcflt);

- le potenze attive entranti nei resistori R2, R4, R5, R6, R7.

Emmi di statoper l’abilitazione allaprofession di Ingegnere Industriale — Primaprova sarina del l4 novembrg 2019

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UNIVERSITÀDEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTATOPER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI

INGEGNEREINDUSTRIALE 'Secam‘fa sessione 2019

Prima prova scritta del l4 novembre 2019

TEAMN. 3

Prima Qarte

L’azienda Z S.p.a produce due prodotti: il prodotto X ed il prodotto YIn tabella 1 e 2 sono riportate le previsioni di vendita per le successive settimane e gli ordini già acquisiti diciascun prodotto. L’azienda utilizza, questi dati per sviluppare iI piano principale di produzione (MasterProduction Schedule —MPS) e definire anche gli available to promise (ATP).

[1 record MPS del prodotto X si calcola utilizzando 1a tecnica lot sizing con lotto multiplo di 500 pezzi, .scorte iniziali pari a 1000 pezzi e scorta di sicureua di 350 pezzi (si lancia l’ordine se la giacenza è minoredella scorta di sicurem).

Il recòrd MPS del prodotto B si calcola utilizzando 1a tecnica con lotto multiplo di 100 pezzi, scorte inizialipari a 50 pezzi e scorta di sicurezza di 25 pezzi (si lancia l’ordine se 1a giacenza è minore o uguale dellascorta di sicurezza). ' '

Tabella 1 ——Previsìoni ed ordini acquisiti per il prodotto finito X.

PERIODI l 2 3 4 5 6 7 8 9 lO 11 12 13

Previsioni 600 1000 50 1000 0 200 350 100 300 100 600 100 100

Ordini 70 100 200 500 300 50 0 300 0 100 0 50 100

Tabella 2 — Previsioni ed ordini acquisiti per il prodotto Y.

PERIOD112 3 45 6 78910111213

Previsioni 20 50 70 85 35 50 25 25 50 70 85 45 50 Ordini 20 0 100 0 13 50 10 30 20 10

- Si calcolino i record MPS, completi anche di ATP, per i prodotti X e Y.0 Dopo che sono stati calcolati il piano principale di produzione e gli available to promise, simulare '

l’arrivo dei seguenti ordini per il prodotto X:

- ORDINB 1: richiesta di 100 pezzi nel periodo 3— ORDINE 2: richiesta di 1000 pezzi nel periodo 3— ORDINE 3: richiesta di 1000 pezzi nel periodo 5- ORDINE 4: richiesta di 1000 pezzi nel periodo 7

Si evidenzino sul record MPS i cambiamenti alla luce degli ordini accettati, aggiornando la riga degli ordini,dell’ATP e delle scorte. (non è richiesto di rilanciare nuovi ordini MPS)

. Si calcoli il carico di capacità per i centri di lavoro utilizzando il metodoo dei fattori aggregatio delle distinte di capacità.

Esami di Stamper l'abilitazione allaprofissiane di Ingegnere Industriale — Primaprova scritta del l4 Novembre 2019

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Per i1 calcolo del carico di capacità nei cèntri di lavoro creare l’operation setback chans con i rispettivi centriproduttivi, i dati di lavoro, i tempi e distinta base per i prodotti A e B. I dati sopra sopra indicati sonoipoti71ati a discrezione del candidate che poi calcolerà il carico di capacità per i centri di Iavoro con i datisupposti.

Seconda garze

Si abbia un’azienda produttrice di detersivi, che ha deciso di inve_s_tire in una nuova linea _di produzione(layout per prodotto) per un nuovo prodotto. Sono noti i seguenti parametri relativi ai nove stadi produttivi.

Studiò di produzione ' p K2 K3 ' K4 t (min/pz']A — depallettizzatore 0.06 0.92 0.99 0.95 0.015

B - decassettatrice 0.09 0.95 0.99 0.95 0.0095

C - lavatrice 0.055 0.94 0.99 0.95 0.0085

D - riempitrice 0.065 0.93 0.99“ 0.95 0.009

E - tappatrice 0.03 0.87 0.95 0.95 0.01

F - etichettatrice 0.025 0.94 0.95 0.95 0.008

G - canonatrice 0.02 0.88 0.95 0.95 0.008

H — pallet‘cizzatore 0.03 0.94 0.95 0.95 0.025

I - fasciatrice 0.04 0.92 0.95 0.95 0.01 C%G{HG{P©{H}©LAYOUT l: Linea sincrona

@VG£KHHFH}W3V®V®VGLAYOUT 2: Linea asincrona

Dove p indica lo scarto, K2 i1 coeff. di disponibilità, K3 i1 coeff. di rendimento degli operatori e K4 il coeff. diutilizzo. .

Sapendo che la potenzialità oraria richiesta dalla linea è di 2500pz, è chiesto di:

]. Dimensionare Ia linea di produzione ipotizzando il layout l (linea sincrona): determinare capacitàproduttiva e numero di macchinari per ogni stadio. Quali sono il coeff. di utilizzo teorico e reale

della linea? Commentare1 risultati ottenuti.

2. Dimensionare 1a linea di produzione ipotizzando il layout 2 (linea asincrona): determinare capacità

produttiva e numero di macchinari per ogni stadio. Quali sono il coeff. di utilizzo teorico e reale

della linea? Commentare i risultati ottenuti rispetto al punto l.Volendo incrementare i1 coefficiente di utiliuo della linea asincrona senza far variare ii numero dimacchinari ottenuti, a quale Q dovrebbe "andare la linea?

4. Descrivere le caratteristiche della produzione per prodotto.

Lu

Esami di stato per l'abilitazione alla prqfessione di Ingegnere lndmtriale — Prima prova sarina del I4 Novembre 2019

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UNIVERSI’I‘ADEGLI S'rum

DI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L ’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNEREINDUSTRIALE“Seconda sessione 2019

P_rinìa prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA N. 4

Principio di funzionamento e principali proprietà delle ruote dentate ad evolvente.

Emmi di stato per I ’abill'tazione alla professione di Ingegnere Industriale — Prima prova scritta del 14 novembre 2019

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ESAMDISTAT0PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI

INGEGNERE INDUSTRIALESecanda sessioìife 2019

Primaprova scritta del 14 novembre 2019

TEMAN. 5

1) Una barra di acciaio ed una barra in lega di titanio vengono sottoposte ad una prova ditrazione.La barra in acciaio ha una lunghezza di 100 cm e un peso di 2.47 kg, mentre Ia barra inlega di titanio ha una lunghezza di 100 cm ed un diametro di 24 mm.In un certo istante durante |a_ prova, la lunghezza misurata su entrambe le barre risultaessere pari a 100.21 cm.L'acciaio in questione è caratterizzato dalle seguenti proprietà:Us: 450 MPa; UTS= 540 MPa; E= 210000 MPa; A%= 20%; e una densità di 7.85 kgldm3

Mentre Ia lega di Titanio è caratterizzata dalle seguenti proprietà:05: 793 MPa; UTS= 827 MPa; E= 110000 MPa; A%= 10%; e una densità di 4.48 kgldm3

Determinare il carico che determina tale allungamento e Ia lunghezza delle barre dopo larimozione del carico stesso, motivando opportunatamente Ia risposta e tracciando sulio

stesso diagramma le caratteristiche sforzo deformazione dei due materiali.

2) Descrivere analogie e differenze tra i rivestimenti ottenuti mediante i processi dizincatura a caldo e di zincatura elettrolitica. Descrivere inoltre il meccanismo di protezioneche il rivestimento di zinco conferisce all'acciaio.

3) Spiegare cosa rappresenta Ia figura sottostante. Descrivere il fenomeno che awìene ea quale tipologia dì acciai si riferiSce.

?‘.

Hardness(H

"sms?:

As ZOO’C SOD’C 400’C: SDÒ’C- 540’0mmhm , ' ' .

Temperatura

Esami di statoper I’abilìtaziane alla professione di Ingegnere Industriaìe - Pri|na prova scritta del I4 novembre 2019

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4) Nella figura sottostante sono riportate Ie curve di polarizzazione anod’ica di due metalli(A, B). Calcolare per due metalli Ia densità di corrente di corrosione Ìcorr e il potenziale dicorrosione Econ.Quale dei due metalli risulta il più resistente alla corrosione?

\-o.7 - ‘

. î

-o.a —

41.9 « ;

Currentdensity

(Alc

m‘l)

‘1 2 , ‘ ' ; v ‘ ‘ ‘ . : .

1 E-OG [EDS 1 EM 1 5-03 1 E-OZ

Potential (V) (SCE)

1E-01

Esami di statoper l'abilitazione alla projèssione di Ingegnere Industriale — Prima prova scritta del 14 novembre 2019

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UNIVERSI'I‘ADEGLI STUDI

DI PADOVA

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ESAMIDISTAT0 PER L ’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONED1

INGEGNERE INDUSTRIALESeconìÎa sessione 2019

Prima prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA N. 6

Il candidato 'a) scelga a sua discrezione il target per una missione spaziale per lo studio di un qualsivoglia

sistema astronomico o planetario extraterrestre (ad es: esplorazione di un pianeta, mappaturadel cielo, ricerca di pianeti extrasolari, etc.), e ne‘dia adeguata motivazione descrivendonegli obiettivi scientifici.

b) definisca quindi il ‘ segmento di volo della missione e i suoi sottosistemi, considerando

requisiti e vincoli (ad es di massa, potenza, bit rate). In particolare, descriva nel dettaglio lostrumento principale del payload richiesto per raggiungere l’obiettivo primario scelto.

Esami di stato per‘ I ’abilitazìone alla profilssione di Ingegnere Industriale — Prima prova scritta del I4 navembre 2019

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UNIVERSITÀ

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ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI

INGEGNEREINDUSTRLALESeè'bn da sessione 2019'Î

Prima prova scritta del 14 novembre 2019

TEAIA N 7

Nella fase di progettazione di un nuovo prodotto, è previsto l’impiego di un componente in materialeplastico in grado di resistere a sforzi di trazione monoassiali. Il componente ha la forma di una barrettaa sezione quadrata (A=500 mm"). La temperatura di esercizio potrà variare nell’intervallo 23°C-60°C'ed umidità relativa stimata 50%. La deformazione massima ammissibile nella direzione diapplicazione dello sforzo è pari a1 2%. A tale scopo vengono individuati due possibili polimeritermoplastici: poliammide (PA66) e resina acctalica. I dati tecnici resi disponibili dai fornitori sonoquelli di seguito riportati.

Unità di Misura PA66 Resina Acetalica

T 70 80

Tm 270 175

Densità 1.1 1.41

di Poisson 0.4 0.35

n Inn' v - "- . I , I

PASS, T=23°C PASS, T=BO°qu _. ... ...... I’ll .

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Resina Acetalica

°° zu 3 o 15

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50 _ 1 f- - 2.5

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"’ 7 . ‘ l l o 0.5 1.11 1.5 2.0 2.5l | 00 9.5 1.0 15 M 2,5 Total Stalin, % at Indicated Stress and Time

n > - -D 1 : 3 Total Strain, % It lndîclud Suns and Tum- mmlmm 0' mlm x 100

suum, 1L mmlmm or hlîn x 100

Esami di stato per l’abilitazione alla prafissîone di Ingegnere Industriale — Primaprova scritta del I4 novembre 2019

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Sulla base dei dati forniti, i] candidato risponda ai seguenti quesiti:

a) Calcolarc lo stato di tensione @ deformazione nei due estremi di temperatura di esercizio peri due polimeri, ipotizzando che il carico applicato sia. pari a 5 kN.

b) Determinare la deformazione dopo lh dall’applicazione del carico, sia nell’ipotesi di caricopari a 5 kN che carico pari a 7.5 kN]

c) Individuare il polimero che garantisce la minima deformazione.d) Sulla base delle curve isocrone fornite per la resina acetalica, ricavare la funzione D(t)

(cedevolezza a creep) per le due temperature (23°C e 60°C).6) Calcolare la deformazione ai tempi t=2h &: t=8h nel range di temperature di esercizio, qua]

ora il compone'nte “fosse soggetto alla storia‘ di carico riportata in figura.

m 1

Forza[k

N]:-

o è 10

lempo (h)

f) In base ai risultati ottenuti, discutere il range di tempi, carichi e temperature in cui può

operare il componente.

Esami di statoper I 'abilitazione alla prajèssiane dì Ingegnere Industriale — Prima prova scrilla de! l4 novembre 2019

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Seconda sesszone 2019Primaprova scritta del 14 novembre 2019

TEMA N. 8

Si consideri un ciclo inverso a doppia compressionc che opera secondo lo schema riportato inFigura 1.11 ciclo impiega ammoniaca (NH3) come fluido operativo. All’evaporatore EV] vieneprodotta una potenza frigorifera qgw pari a 250 kW per raffreddare una portata di una miscelaacqua-glicole; l’evaporazione avviene alla temperatura [51/1— -5°C Durante i1 funzionamento delllamacchina (regime stazionario), all’evaporatore EVE la portata di ammoniaca è pari a 0.15 kg s'IL’evaporazione in EV-2 avviene a11a temperatura (51/2 = -20°C. Per entrambi gli evaporatori 11surriscaldamento del vapore all’uscita è fissato pari a 5 K. L’ammoniaca condensa“ alla temperaturata…: = 40 °C e all’uscita del condensatore il fluido di trova nello stato di liquido saturo. Tutte lecompressioni sono .adiabatiche con rendimento isoentropico 17,-; = 0.85. Si considerino inoltretrascurabili le perdite di carico negli scambiatori di calore e nelle tubazioni.

]. Tracciare in modo schematico tutte le trasformazioni nel diagramma temperatura—entropia

specifica.Trovare la portata di ammoniaca ma'; che fluisce all’evaporatore EVl [kg s].Calcolare la potenza che deve essere fornita ai compressori C1 e C2 [kW]Calcolare il coefficiente di effetto utile del ciclo, COP [-].Calcolarc i1 calore che deve essere asportato al condensatore [kW].&

":PP’P

La potenza frigorifera prodotta all’evaporatore qu1 viene utilizzata per raffreddare la portata dimiscela acqua-g-1icole etilenico mag—— 21.5 kg s‘l Questa portata di miscela mag entra allatemperatura tagJN—= 1°C'111 uno scambiatore di calore SC 21 fascio tubiero (configurazione 1/1) dovefluisce (lato fasciame) in controcorrente rispetto ad una ponata di acqua ma = 11.9 kg s"I che entra

nei tubi dello scambiatore SC alla temperatura t…… = 15°C e che deve essere raffreddata fino ad unatemperatura di uscita tau = 10°C. Lo scambiatore è costituito da 159 tubi in rame (conducibilità

termica 1101 = 390 W m'1 K") aventi diametro interno d,—= 7.74 mm e diametro esterno da= 9.52mm. I tubi sono disposti a reticolo triangolare equilatero (B= 30°) con passo tra i tubi p = 14.3 mmc lunghezza dei tubi L = 2.23 m. 11 diametro interno del fasciame è pari a sz 220 mm, il passo tra idiaframmi è s = 185 mm e il taglio dei diaframmi è pari al 25% del diametro del fasciame.

1. Si esegua la verifica termica dello scambiatore a fascio tubiero.

2. Si calcoli la temperatura effettiva di uscita dell’acqua.

Per le proprietà dell’acqua (fluido incomprimibile) si consideri 1a seguente tabella.

tro] clkag-‘ K“] p1kgm'3] ,. [uPa s1 uw m" K"]5 4.204 1000.0 1518 0.568

15 4.188 999.2 1137 0.589

Esami di stato per [ 'abilizaziane allaprofessione di Ingegnere Industriale —Primaprova scritta del I4 novembre 2019

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Per le proprietà della miscela acqua e glicole etilenico (concentrazione di glicole del 20% in

volume) si consideri la seguente tabella.

: [°C] (: [kJ kg" K"] p [kg m-3] ,: [pPa s] x [w m" K“]o 3.87 1036 3110 0.50220 , 3.9 1030 1650 0.512

I dati mancanti dovranno essere opportunamente assunti dal candidato.

11

EVl

7

Separatcre

2

4 5

EV2

Figura 1. Schema del ciclo inversoa doppia compressione di vapòrc.

Esami di stata per I ’abilitazione alla professione di Ingegnere Industriale — Prima prova scritta del I4 novembre 2019

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‘} .

"iu,.

_«JL

ENTROPICODIAGRAMMA

DELL' AMMONIACA

LEGENDA

___ A YlTDLO COSTANTE

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._.. [SUBARE

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UNIVERSITÀDEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER. L %BILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRIALE ’

SeEÎonda sessione 2019fPrima prova scritta del I4 novembre 2019

TEAMN.9

Si discuta il funzionamento di un convertitore dc—dc a commutazione che consenta di ottenere una ‘tensione di uscita superiore o inferiore rispetto a quella di ingresso. In particolare si evidenzino i

seguenti punti.

— 1. Si riporti il circuito elettrico e si descrivà il principio di funzionamento, analizzando le differenzetra modalità di funzionamento continuo e discontinuo.

2. Si discutano le principali fonti di perdita che limitano l’efficienza del convertitore, con

particolare riferimento ai dispositivi di commutazione e all’induttore.

Nota: Assumere eventuali informazioni mancanti.

Esami di statopar ! ’abilitazione allaprofessione di Ingegnere Industriale —Pn'maprova sarina del 14 novembre 2019

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UNIVERSH‘ADEGLI S'l‘UDl _

DI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI

INGEGNEREINDUSTRIALESeconda sessiané 2019 .

Primaprova scritta del 14 novembre 2019

TEMAN. 10

Il candidato presenti alcuni esempi di applicazione dei biomateriali polimerici in ambito medicale,

con particolare riferimento alle proprietà chimiche e meccaniche dei materiali in relazione alla'risposta funzionale nelle condizioni di utilizzo in vivo, alle prestazioni richieste, alla stabilità‘

chimica e meccanica. Si discutano, inoltre, gli eventuali limiti all’utilizzo dei biomateriali

polimerici e’ si propongano possibili soluzioni. -

Esami di stato per I 'abilitaziane alla professione di Ingegnere Industriale — Prima prova scritta del ]4 novembre 2019

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UNIVERSITÀDEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNEREINDUSTRMLE

Seconda sessione 2019Prima prova scritta del 14 novembre 2019

TEM'AN. 11

Si richiede al candidate di sviluppare i seguenti punti:a. Dcscrivcrc i contenuti della Legge 186/68. Quale correlazione esiste tra legislazione

nazionale e normativa CEI? Quali sono gli altri enti normatori operanti a livello

internazionalc nel settore elettrico?Quali sono le differenze tra i1 marchio di qualità IMQ e la marcatura CE? Quali sono irequisiti che devono essere verificati per il rilascio del marchio di qualità IMQ? È necessarioche un prodotto presente sul mercato abbia sia Ia marcatura CE e il marchio di qualità IMQ?Cos’è 1a probabilità di guasto?’Come è legata al tasso di guasto? Quali sono gli elementi che

concorrono alla definizione del rischio? Cosa' si intende per danno probabile? Cosa siintende per rischio naturale e rischio residuo? Indicare un esempio di apparecchiointrinsecamente sicuro nei confronti dell’evento sfavorevole della folgorazione.In un sistema complesso composto da m componenti, descrivere i concetti di sicurezza seriee sicurezza parallelo. Cosa è opportuno fare per migliorare la sicurezza di un sistema serie?Cosa è opportuno fare per migliorare la sicurezza di un sistema parallelo? In quale dei duesistemi è maggiore la necessità di segnalare tempestivamente il guasto di uno degli m

componenti?Confrontare i concetti di affidabilità e sicurezza. Indicare un esempio di perfettasovrapposizione tra i due concetti. Con riferimento ad un motore elettrico trifase, indicare: i)un evento che pregiudica la sola affidabilità; ii) un evento che pregiudica la sola sicurezza;iii) un evento che pregiudica congiuntamente sia affidabilità che sicurezzaSistemi TN. Rappresentare e dimostrare il modello equivalente in relazione ai contatti

‘ indiretti. È realistico garantire la protezione contro i contatti diretti senza interruzione delcircuito? Attraverso quali considerazioni si dcfiniscc il tempo limite di intervento delleprotezioni (0,4 5 in condizioni ordinarie)? A quanto corrisponde il tempo limite di interventodelle protezioni in condizioni particolari? Esiste una deroga per i circuiti di distribuzione ‘

(n'on tenninali)?Confiontare i sistemi TT e TN in relazione al potenziale sulle masse e sulle masse estranee

in caso di cedimento dell’isolamento principale. Effettuare le opportune considerazioni inrelazione alle tensioni di contatto indiretto nei due sistemi.Possibili cause di tensione sul neutro in un sistema TN: tensioni sul neutro originate

sull'impianto di terra del neutro e tensioni che hanno origine sul conduttore di neutro.Rappresentare tali cause tramite l’utilizzo di schemi circuitali. Discutere il livello dipericolosità correlato con ciascuna causa che comporta tensione sul neutro. In caso disistema TN-S alimentante due Carichi monofase (connessi su fasi diverse), cosacomporterebbe l’apertura accidentale del neutro senza contestuale interruzione deiconduttori di fase? ,Come funziona una protezione differenziale? Quale è la sua curva di intervento sul piantocorrente—tempo‘? Si chiede di discutere l’utilizzo di protezioni differenziali nei sistemi TT enei sistemi TN. Sono imprescindibili? Quando è opportuno prevederle? Esistono dei casi in

Emmi di stato per I 'abz'litazione ulla professione di Ingegnere Industriale -—Prima prova scritta del 14 novembre 2019

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cui i1 loro uso è obbligato dalla normativa nei sistemi TN? Possono essere inserite neisistemi TN—C e TN-S? Come vanno inserite dal punto di vista circuitale negli apparecchi

connessi ai sistemi TN-C e TN—S?

Emmi di statoper I 'abilitaziane allaprofesyione dîIngegnere Industriale - Primaprova scritta del I4 novembre 2019

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UNIVERSITÀDEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L ’ABILITAZIONEALLA'PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRIALE

Seconda sessione 2019‘ Seconda prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA CHIMICA

Nel processo di sintesi del metanolo è possibile individuarequattro steps in cui le seguenti reazioni

hanno luogo:

STEP 1: Reformer per la produzione del syngasCH4+2H20—>C02+4H2 (reazione principale di produzione del gas di sintesi. nel

reformer)CH4+ H20—»CO+3H2 (reazione secondaria nel reformer)L’alimentazione dei reagenti è costituita da 100 kg mol di metano (stream 1—contenente un

1% di N2 come impurezza) e il vapore (stream 2) al 10% in eccesso; la conversione (X) del

metano è del 100% con una resa di C02 del 90%.

STEP 2: CO converter per la conversione del CO a C02' 2CO+Oz——>2C02 (reazione ,di conversione del C0 nel converter)

L’alimentazione è costituita dallo stream proveniente dallo STEP 1 (stream 3) e da unostream di Oz (stream 4) in quantità stechiometrica. La‘ conversione del CO a C02 è completa.STEP 3: Reattore di sintesi del metanolo . .

CO+3H2—>CH30H+H20 (reazione di sintesi del metanolo nel reattore catalitico)

L’alimentazione (stream 9) è costituita dallo stream in uscita dallo STEP 2 (stream 5), a cuisi unisce prima una certa portata di C02 (stream 6) per garantire il rapporto H2/C02=3/1 e poi lostream di riciclo proveniente dal condensatorc (in cui il rapporto Hg/C02=3/1) (stream 8)

La conversidne per passaggio (X) è del 48%STEP 4: Condensatore per la separazione della miscela metanolo-acqua dai non reagiti.

L’alimentazione (stream 10) è costituita dallo stream in uscita dallo STEP 3, mentre in uscita cisaranno la soluzione metanolo acqua (stream 11) e uno stream gassoso contenente i non reagiti(stream 12) che viene in partc riciclato allo STEP 3 (Hz/CO;=3/1, stream 8), e in parte Spurgato

(stream 13, contenente il 3% di N2).

Dopo aver disegnato lo schema di processo, a1 candidato viene richiesto di:

-calcolare tutte le composizioni delle portate nei diversi steps;. -calcolare il rapporto riciclo/spurgo (kmol/kmol)

-dire quale profilo di temperatura viene impiegato industrialmente per la sintesi del metanolo inbase a considerazioni termodinamiche e cinetiche. Indicare infine il tipo di reattore, nonche'

l’eventuale catalizzatore, giustificando la risposta.

Esami di stato per l'abilitazione alla professione di Ingegnere Industriale — Primaprova scritta del I4 navembre 2019

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UNIVERSITÀ

DEGLI STUD]DI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI

INGEGNERE INDUSTRMLESeconda sessìune 2019

Secomla prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA ELETTRICA

Di un trasformatore trifase (potenza nominale P,, = 630 kVA, tensioni nominali primaria V… = 20 kVsecondaria V3,, = 400 V, frequenzaf= 50 Hz) sono noti i scgucnti dati:corrente e perdite a vuoto ‘ io = 1.3 % po = 0.24 %tensione e perdite di corto circuito ' Vcc = 6.1 % Pcc = 7.24 kW

Il trasformatore alimenta un motore asincrono trifase alla tensione Vz=395 V che, ruotando alla

velocità n=741 giri/min, assorbe una corrente I…=712 A con fattore di potenza coscp…=0.834 in ritardo.

a) Determinare, con riferimento ai circuito equivalente semplificato del trasformatore concollegamento a stella:

- parametri resistivo ed induttivo R20 0 X20 delramo derivato riferiti al secondario;- parametri resistivo ed induttivo R"e X” del ramo serie riferiti al secondario;— tensione di alimentazione V|, corrente I. assorbita a1 primario e rendimento 77, del-

trasformatore nelle condizioni di carico considerate.

b) Essendo noti i seguenti dati del motore:

tensione nominale ' ‘ Vnm = 400 Vfrequenza nominale f = 50 Hzn° di poli 2p = 8

resistenza misurata in corrente continua tra due morsetti di statore Rab = 7 mQ ‘

corrente e potenza attiva assorbite nella prova a vuoto alla tensione nominale 10… = 289A 'P0!" = 7.62 kW

determinare, con riferimento al circuito equivalente semplificato del motore con collegamento a.stella:

- parametri resistivo ed induttivo Ro… eXe… del ramo derivato;- parametri resistivi di statore e rotore riportato allo statore R… e R…, ed induttivo X… del ramo

serie;

— potenza meccanica P…, coppia C… e rendimento ;;… del motore nelle condizioni di caricoconsiderate;

— coppia massima CM e di avviamento Ca del motore;— il rendimento elettromeccanico complessivo r]… dell’insieme trasformatore-motore.

Esami di stato per I 'abililazione alla profissione di Ingegnere Induxtriale —Sacandaprova scritta del l4 novembre 2019

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UNIVERSITÀDEGLI STUDI

m PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI

INGEGNERE INDUSTRIALE‘Seconda sessione 2019

Seconda prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA GESTIONALE

Prima Qarte

Spiegare gli sprechi identificati dal lean management. Inoltre, ipotizzare un piano di eliminazione di talisprechi adottando tecniche lean in un’impresa. Si ipotizzi che

- l’impresa sia un’impresa manifatturiera interessata ad adottare il lean management nei propri

processi produttivi; ' '

' l’impresa in precedenza non ha mai riorganizzato in modo lean l’azienda.

Seconda p_arte

Si abbia una tavola rotante con 12 postazioni che lavora due sub-assemblati diversi, A e B, in logicamultimodel, (ovvero produzione a lotti, 1 lotto = num pezzi che può lavorare la tavola). Sulla tavolasono presenti due operatori, disposti come in figura. Il tempo di scatto della tavola è di 2 secondi,mentre quello di' set up è di 180 secondi (in entrambi i casi, ovvero per passare da A a B e da B aA). . ‘ -

1 due sub-assemblati sono cosi bilanciati:

Sub-assemblato A

Task Risorsa Giro tj [sec]

1 opl 1 23

2 op 2 1 43

3 op 1 2 33

4 op 2 2 48

5 op 1 3 38 ‘

Sub-assemblato B

Task Risorsa Giro tj [sec]

1 op 1 1 182 op 2 ' 1 23

3 op 1 2 38 \

4 op 2 2 13

5 op 1 3 28

6 op 2 3 48

7 up 1 4 23

Esami di Stato per I 'abiIitazianc alla prqfessione di Ingegnere Industriale — Seconda prova scritta del I 4 novembre 2019

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A 'valle della tavola rotante è presente un buffer che alimenta una linea di assemblaggio a cadenza

imposta. Sono dati il diagramma delle precedenze del prodotto finito e la distinta base:

LÎNEA ASSEMBLAGGIO

l. Determinare la potenzialità produttiva della tavola rotante.2. Nota la potenzialità produttiva della tavola rotante, proporre un bilanciamento per la-linea di

assemblaggio utilizzando Petterson, tenendo conto della distinta base e dei tempi di set-up.3. Proporre un dimensionamento opportuno per il buffer intermedio affinché l’intero 'Sistema

produttivo non si arresti a causa di mancanza di pezzi o mancanza di spazio.4. Descrivere le principali funzioni del buffer, vantaggi e svantaggi.

Esami di Stato per I 'abiliraziane allaprajèsxiane di Ingegnere Industriale — Seconda prova scritta del 14 novembre: 2019

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UNmmsn‘A1115011 Swm

DI PADOVA

ESAMIDISTATO PER L ’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRIALESeconda s'èssione 2019

Seconda prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA MECCANICA

\\\\

!4 l

!1

Il primo rotore ha un grande momento d’inerzia, per cui il primo albero può essere considerato

bloccato all’estremo di sinistra.

Le rigidezze torsionali degli alberi siano k9|=14000 Nm/rad e k62=4000 Nm/rad.Imomenti d’inerzia dei rotori e delle ruote siano: Il = 0.2, 12: 0.04, 13=0.l I4=0.3 kgmz. La ruota 3 è

solidale al rotore 4. Il rapporto di trasmissione della coppia conica vale 0.5.Scrivere le equazioni delle vibrazioni torsionali.Calcolare le frequenze naturali.Calcolare e descrivere i modi di vibrare.

Esami di stato per I 'abilitaziane allaprofizssiane di Ingegnere Industriale — Seconda prava scritta del l4 novembre 2019

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UNIVERSITÀ

DEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRIALE

' Seconìfa sessione 2019Secondaprova scritta del 14 novembre 2019

TEMA MATERMLI

1 Un provino di ottone sottoposto a provardi trazione presenta la caratteris’tica curva

sforzo—deformazione illustrata in figura.Determinare:a. modulo elasticob. limite di snervamentoc. massima forza applicata a cui può essere sottoposto un provino cilindrico di diametroiniziale do=12.8 mm 'd. allungamento di un provino di lunghezza iniziale lo=254 mm sottoposto ad uno sforzo ditrazione o= 345 MPa.

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Esami di stato per l’abilitazione allaprofessione di Ingegnere Indusu'iale —Seconda prova scritta del I4 novembre 2019

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2a) Descrivere con quale prova di laboratorio viene determinata la. transizione duttilefragile nei metalli.2b) Tra gli acciai inossidabili, quale è il più adatto per applicazioni a basse temperature?Motivare Ia risposta. '

33) Quali trattamenti vengono adottati per ridurre la formazione di austenite residua inacciaio?3b) Con quale—tecnica di analisi è possibile determinare la'percentuale di austenite residuain acciaio? Motivare la risposta e descrivere la tecnica.

4a) Che tipo di diagramma è quello sòtto riportato?4b) Di che tipo di acciaio si tratta (eutettoidico, ipereutettoìdico, ipoeutettoidico)?4c) Quali fasi sono presenti al termine delle curve indicate con 12,3 e 4. ‘4d) Determinare approssimativamente Ia velocità critica superiore di tempra. Cosa indica 'tale valore? .

123' 4.! ; - 1

Tempo (sec)

Esami di state per 1 ‘abilitaziane allaprofessipne di Ingegnere Industriale — Seconda prova scritta del 14 novembre 2019

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UNIVERSITÀ, |)EGLÎ STUDI

m PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNEREINDUSTRIALESeconda sessio'n'é' 2019

Seconda prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA AEROSPAZIALE

1) Il candidato descriva le principali soluzioni adottate per il sottosistema di controllo d’assetto diun satellite artificiale ,precisando e confrontando in modo critico le alternative concettuali, iprincipi di funzionamento, i campi di utilizzo e le prestazioni.

2) Rispetto alla missione scelta nella prova precedente applichi alla stessa il sistema di controllo diassetto più opportuno quantificando numericamente lc diverse grandezze @ giustificando le

scelte fatte anche con disegni e calcoli. ‘

Esami di stato per l’abilitazione alla projèssione di Ingegnere Indusn'iale —Sec0nda prova scritta del I4 navembre 2019

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UMVERSITADEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRIALESeconda sessì‘fone 2019 -

Secanda prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA INNOVAZIONEDEL PRODOTT0

A seguito della ristrutturazione del processo produttivo relativo alla produzione di contenitori inmateriale plastico per uso alimentare, si rende disponibile un nuovo polimero termoplastico. 11prodotto verrà formato attraverso un processo di stampaggio ad iniezione.

La scheda tecnica del polimero fornisce i dati riportati in tabella

PROPRIETA‘ E VALORI MEDÌDI PORVINI STAMI'ATI AD INIEZIONEPROPRIETA ’FLS'ICHE

Densità | 0.95 g/cm3 1 ASTM TEST D792PROPRIETA' TERMICHE ‘Temperatura di transizione 110 °C ASTM TEST D3418vetrosaTemperatura di fusione 140 °C ASTM TEST D3418

PROPRIETA ’ MECCANICHE

Resistenza a trazione 62 MPa ASTM TEST D638Allungamento a rottura 15% ASTM TEST D638

Modulo E a trazione 2.1 GPa ASTM TEST D638

Resistcnza a flessione 90 MPa ASTM TEST D790

Modulo E a flessione 3.0 GPa ASTM TEST D790

CONDIZIONI GENERALIDIPROCESSO PER STAMPAGGIOAD INIEZIONE

Pressione di iniezione 20—1 10 MPa —' Temperatura de] fuso 150—180 °C -

Temperatura dello stampo 50-60 °C -

Essicamento 4hr@60°C - Rispondere ai seguenti quesiti:

a)

b)

c)

d)

8)

Noto che la viscosità dinamica del polimero a velocità di deformazione nulla è pari a 2x10S _Pa*s ad una temperatura pari a 140°C, ma che la linea di produzionc è vottimizzata perprocessare fusi ad una viscosità pari a 2x102 Pa*s, calcolare Ia temperatura di processo.Calcolare la viscosità del fuso in corrispondenza dei due valori estremi di temperatura del fuso

indicati in tabella. ‘Discutere 1a scelta della temperatura dello stampo, in relazione all’effetto sulla microstrutturadel componente, sugli effetti di ritiro e sulle proprietà meccaniche.Discutere gli effetti del numero di giri dclla vite nella fase di miscelazione sulla processabilitàdel polimero. ‘Discutere gli— effetti di un essi‘camento non opportuno del pellet sulle caratteristiche delprodotto stampato.

Esami di stato per I‘abiliwzione allaprqflzssiane di Ingegnere Industriale — Secondaprova scrim: del 14 novembre 2019

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ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNEREINDUSTRIALESeconda sessione 2019

‘ Seconda prova scritta del I4 novembre 2019

TEMA ENERGETICA

Secondo il rapporto statistico elaborato da TERNA, la potenza efficiente lorda degli impianti

elettrici di generazione al 31 dicembre 2018 ammontava a 118.116,9 MW. Essa risultava, secondofonte energetica, cosi ripartita:

- idroelettrici: 22.910,5 MW;- termoelettrici tradizionali: 64.021,0 MW;- geotermoelettrici: 813,1 MW;— eolici: 10.264,7 MW;— fotovoltaici: 20.107,6 MW.

Se si considerano le varie tipologie di impianto con produzione combinata di energia elemica ecalore, si evince che la potenza efficiente lorda totale ammontava a 26 152,8 MW, mentre la suaripartizione, secondo tipo di impianto,risu[t21va:

- motori a combustione interna (CIC) —> 3.544,4 MW;- turbine a gas (TGC) —> 1.019,4 MW;- a vapore a contropressione (CPC) —+ 644,2 MW;- a condensazione c spillamento (CSC) —> 2.057,9 MW;— ciclo combinato (CCC) _» 18.886,7 MW;

- celle a combustibile con-cogcncrazione (CEC) -—> 0,2 MW;

Tralasciando la categoria CEC, il candidato spieghi, in maniera sintetica, che cosa si intende percogenerazione e definisca l’indice denominato PRIMARY ENERGY SAVING. Quindi, il

candidato descriva sinteticamente

, - il range di potenza elettrica e termica entro il quale è conveniente scegliere ciascuna tipologia di

impianto;

- la configurazione degli impianti suddetti e le loro caratteristiche prestazionali;- i rispettivi punti di forza e criticità considerando l’applicazione, l’occupazione di suolo e leemissioni (in aria e termiche).

Emmi dimm:per I'abilitazione allaprafixsione di Ingegnere Industriale — Seconda prova scritta del I4 novembre 2019

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ESAMIDISTAT0 PERL’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI -

INGEGNEREINDUSTRIALE

Seconda sessione 2019Seconda pravu scritta del 14 novembre 2019

TEMA MECCATRONICA

Gli amplificatori operazionali (OPAMPS) sono' dei componenti di grande importanza nellarealizzazione di un gran numero di circuiti elettronici. Considerando tali componenti, si descriva:

1) il comportamento ai morsetti di ingresso e uscita del componente ideale,

2) 1a risposta in frequenza ingresso/uscita a polo dominante tipica di un componente reale,3) alcuni dei principali aSpetti di non idealità di un OPAMP.

Si consideri poi il circuito di Figura A. Nel circuito è impiegato un amplificatore di differenzerealizzato mediante OPAMP per acquisire l‘informazione data da un trasduttore di corrente e portarlaall'ingresso di un sistema di conversione analogico/digitale (AID) che ha un range di ingresso di[—15 V,‘ +15 V]. Il trasduttore di corrente misura la corrente assorbita da un motore in correntecontinua.

La tensione di uscita del trasduttore di corrente segue la legge:

VOUT : VREF + 0.625 "I—P‘

IPNdove Ip è il valore in ampere della corrente di picco in ingresso, VREF è il valore in volt della tensionedi riferimento, che è pari a circa 2.5 V, rispetto alla quale viene variata la tensione di uscita Vour inmodo proporzionale al valore della corrente in ingresso Ip, e I”, è un parametro costante di valore

uguale alla massima corrente di picco misurabile da] trasduttore, pari a 30A.

Ignorando i condensatori C, determinare i valori delle resistenze R1 e R2 per avere un segnale in uscita

all’amplificatore operazionale che copra tutto il range di ingresso del sistema di conversiOne A/D

(cioè, [ —15 V, +15 V]) con il variarc della corrente 1; all’interno del range nominale (cioè,[_IPN,+IPN]). Assumere Vour e VREF indipendenti dalla corrente scambiata ai rispettivi terminali.

Scegliere i valori delle tensioni di alimentazione V + e V —.

Infine, noto che il sistema di conversione A/D presenta una frequenza di campionamento di20 kSample/S e una impedenza di ingresso alta (e.g., > 10 MQ), si calcoli il valore dei condensatori

C in Figura A affinché il segnale portato all'ingresso del sistema di conversione AID (cioè, il segnale

vfn/D) presenti una banda limitata in modo da evitare aliasing. Si discutano brevemente le

conseguenze di una impedenza di ingresso del sistema di conversione A/D più bassa, in particolaredi qualche centinaio di fl.

Nota: Il candidato assuma eventuali dati mancanti.

Emmi di stato per Ibbilitaziane alla proflassione di lngegnere Industriale —-Secandaprova scritta del ‘14 novembre 2019

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. Rl],, "OUT —"—"W\r"'

A|+ —— È’_. '5,

All) ~ =501—— ‘5 ,

VIN?!" COM _ %

l— o

Trasduttore Sistema di

di corrente . conversione AID

Figum A

Esami di stato per 1 ’abililazione alla professione di Ingegnere Industriale —Seconda prova scritta del I4 novembre 2019

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UNIVERSI'I‘ADEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTATO PER L ’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI

INGEGNERE INDUSTRLALESeconda sessione 2019 ,

Seconda prova scritta del 14 novembre 2019

TEMA BIOINGEGNERIA

Biomateriali per impianti dentali: il candidato descriva lc principali classi di materiali utilizzati per

la realizzazione delle diverse componenti degli impianti dentali, con particolare riferimento alleproprietà meccaniche. Si dis'cutano nel dettaglio alcuni aspetti quali la tipologia dell’impianto(forma, struttura della superficie), la natura dei materiali impiegati, le interazioni tra impianto etessuto osseo, presentando vantaggi e svantaggi delle diverse Soluzioni tradizionalmente adottate o .

di soluzioni innovative.

Esami di stato per I 'abililazione alla professione di Ingegnere Industriale — Seconda prova scritta del I4 novembre 2019

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ESAMIDISTAT0 PER L ’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDI -

INGEGNERE INDUSTRIALESeconda sess‘ìfone 201 9

Secondaprova scritta del 14 novembre 2019

TEMA SICUREZZ4

Il D.M. 3 agosto 2015 “Approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi, ai sensi

dell’articolo 15 del decreto legislativo 8 marzo 2006, rappresenta una prima ed importante tappa inmateria di prevenzione incendi. Il Codice nasce all fine di semplificare e razionalizzare l’attualecorpo normativo relativo alla prevenzione degli incendi attraverso l’introduzione di un unico testo

organico e sistematico e mediante l’utilizzo di un nuovo approccio metodologico più aderente alprogressotecnologico e agli standard internazionali.Il candidato illustri, anche attraverso esempi specifici, gli obiettivi generali che l’approccioprestazionale si prefigge ovveroquelli connessi alla definizione degli aspetti procedurali, ai criteridi valutazione del rischio e alla progettazione delle conseguenti misure compensative. Discutere unatra le dieci strategie antiìncendio contemplate dal codice.

Emmi di statoper I‘abilitaziane allaprofessione di Ingegnere Induvrriule —Secondaprova scritta del I4 novembre 2019

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UNIVERSITÀ

0130111 STUDI

1)1111130111

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDlINGEGNERE INDUSTRMLE

Seconda sessione 2019Prova pratica del 21 novembre 2019

TEMA CHIMICA

L’ossido di etilene viene prodotto per ossidazione diretta dell’etilene con aria o ossigeno inpresenza di catalizzatori. La reazione che avviene è la seguente:

‘ CHz=CH2 + l/2 Oz _" CHz-CHZ

' \ /O

Sebbene si utilizzino catalizzatori molto selettivi, la combustione completa dell’oleflna non puòessere trascurata:

CH2:CH2 +302 _} ZCOz +2H20 ,

Si prenda in considerazione il processo di ossidazione diretta dell’ etilene con ossigeno e si

consideri un’alimentazione di 100 kmol/h costituita dal 15% molare di C2H1,' 02 (i1 rapporto

molare tra CzH4 e 02 nell’alimentazione è pari a 1,5): dal 5% di Argon, presente come impuritànello stream di 02, dal 70% di “ballast” gas (prevalentcmcnte CH4 e C02 in rapporto molare pari

a 5:1) per problemi di infiammabilità. «L’alimentazione Viene inviata al sistema alla temperatura di 560K e alla pressione di 10 bar. Laconversione totale dell’etilene è pari al 65%, la selettività a C2H4O è del 80%, mentre il restante

etilene che reagisce viene complétamente combùsto.

A. Si calcoli [a composizione del gas in uscita con la resa e la selettività date;B. si calcoli la quantità di calore da fornire/sottrarrc a1 sistema affinché la reazione proceda

isotermicamentc alla temperatura di 560K (si considerino trascurabili le variazioni dientalpia con la pressione), nel caso in ' cui l’alimentazione entri preriscaldata alla

temperatura di reazione;C. si calcoli la quantità di calore“ da fornire/sottrarre al sistema affinché la reazione proceda

isotermicamente alla temperatura di 560K (si considerino trascurabili le variazioni dientalpia con la pressione), nel caso in cui l’alimentazione entri nel reattore alla temperatura

di 298K; 'D. Calcolare la massima temperatura raggiungibile se il sistema fosse completamente

adiabatico (con a11mentaz1one preriscaldata alla temperatura di reazione)

Altri dati:Entalpie standard di formazione a 298K:

H° — 4 4 k] »A rca(g) * **7 3-0;”1101 a 298A

kAH}… (g, = 52510 km"70“ 298K

kAHÈmom = 426303——]ml“ 298K

0 “kl ,M…,: … 493509171071: 29811

. o kikiAHIHZO (g) ——Z41818 @ 298K

kmal

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Calore specific(kJ/kmol) dell’osàido di etilene e dell’argon tra 298 e 1600 K. La temperatura T è

espressa in K; R è 1a costante universale dei gas.

£2: A+BT+CT2

AllegatizTabelle delle entalpie dei gas di combustione ‘

TABLE D.2 Enlhalpies of?To convert to Btu/lb mol. multi

K CI CZ

273 o

291 630 9 | 1298 879 I .277300 950 1.333400 4.740 7.305500 9.100 14.476600 14.054 22.360

700 19.585 32.342

800 25.652 4 2.71:2“

900 32.204 53.931

1.000 39.204 65.8 14

1.100 46.567 78.403

1.200 54.308 ‘J 1 .504

1.300 62.383 1115. 1 43

1.400 70.709 I 19.202

1.500 79.244 133.678

1.600 88.031

1.800 106.0642.000 124.725

2.200 143.8042.500 173.050

camo ArA = -0.385 A = 20.78613 = 23.463*1o-3 B = 2.8259*10'7C = -9.296*10'6 C = ~1 .4641*10’7

rv- "' ""“ "“‘-£

nraffinic Hydrocarbons, c,—C6 (Jlg m01)(al 1 atm) ?}ply by 043%. {’1’

C1 "‘C: ΑC4 "‘Cs ""Ca'

1.264 1.709 1.658 2.125 2.5451.771 2.394 2.323 2,976 3.5631,919 2.592 2.522 3.222 3.353

10.292 13.773 13.623 17.103 20.46320.685 27.442 27.325 34.020 40.62232,777 43.162 43.312 53.638 64.01146417 (31.151111 61.220 75.604 90.123131.33? 1111.50.11 80.767 99.495 118.53277.404 =.=.7-1. 1171 .751 125,101 148,86611.1.1.1; : 113.971 152.213 181.041112.340 141… ': 147.234 180.665 214,764101.042 1111.1' 171.418 210.246 249.8681:10.331 195.12“? 100.480 240.872 286,143170,205 221.375 222.212 272.373 323 465190.581 247.650 243,571 304595 361,539

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Emmi di statoper I'abilltaziane allaprafiassione di Ingegnere & di Ingegnere Industriale - Prova brulica del 21 novembre 2019

TAiiLED.(1

'1<_ 273

291

298

300

400-

500

600

700

300

900

1.000

1.100

1.200

1.300

1.400

1.500

'1.

750

2.000

2.250

2.500

2.750

3.000

3.500

4,000

1Toconv—cr11.….:l

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111111111111311)133390.

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(.I/g11101)î

Air 0

523

""15

784'

3,696

6.660

‘9.673

12.736

15.1173

19.1 1

622,367

25.698

29.078

32. 5

0135.9<3 .,

39.34

1648

’W‘—]

57.320

66,44

]

75,6

46

84.9

35

94.265

112

051

6718

763

3.655

6,589

9.518

12.459

‘ 15.413

18.3

8421.388

24.426

27.5

0930

.626

33.7

8936

.994

45.2

7553

.680

62,34

l71

.21

180

.290

89.4

53"

108.

030

127.528

CO

0525

7.28

786

3.69

96,

652

9.66

512.748

415.899

19.1

25

22.4

13

25.760

-

_29.154

32.593

36.070

39.5

7643.459

57.488

66.567

75.772

35.0

1 894.265

2.968

1 31 .

796

CO, 0

655

912

986

4.903'

9,204

15.507

18.656

23,7

1028

.936

34.3

0839.802

45.4

0451.090

56.3

6062

.676

77.445

92.4

6610

7.73

3123.

176

133.

699

154.347

185.895

212.737

H40

(103

P137

905

384-

7.752

_ 11.326

15.016

18,823

22.760

26.825

31.01

1

35.312

39.722

44.237

48.848

60.751

3.136

85.855

‘98.867

12.089

125.520

152.799

180.414

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UNIVERSITÀ

DEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNEREINDUSTRLALE

Seconda sessione 2019Provapratica del 21 novembre 2019

TEAM ELETTRICAIl candidato svolga almeno uno dei temiproposti

Tema Elettrica N. 1

1) Con riferimcnto alle duc teste di palo a) c b) moslratc in figura e con i dati ivi Specificati si calcolino l'impedenza

longitudinale chilometrica c l'ammettcnza trasversale chilometrica da attribuire al circuito monofase equivalente allasequenza diretta. Si assuma per la conduttanza trasversale valore nulla in _entrambi i casi.

[a)] ‘|f=50HzJ '17)]: mduflmî purine Cuamm Cu 7WÌ9

smamm-{“W”-"+19 | |

g? *1? “i £322La linea è trasposta e si ,: EH =1

trascurano Iefimi di guardia k 0. 05 m U" 20 ”"

k'=0.04 mH/km Un=380 kV

Tutte le quote sono espresse in m

Per il caso a) si calcoli anche l‘impedenza totale alla sequenza zero considerando che: Ia linea AAT (neutro & terra) è

lunga complessivamente 200 km e la resistività del terreno è 100 Dm;

Per i1 caso b) 5i calcoli anche la reattanza capacitiva totale alla sequenza zero considerando che: la linea MTa neutroisolato (altezza media sul lcrrcno H…=9.3 m) è lunga complessivamente 5 km;

2) Con riferimento alla linea trifase di figura, in cui le sbarre di cabina primaria M e M’ si possono consideraregeneratori ideali di tensione a 20 kV, si richiede di:

Un=20 kV;f=50 Hz . _ , _

M M’ 33127652ioé‘é’ifii'in?"° ““"“ ‘“|… 4km 3km :. 2km 1 1km 1 3km /<| £:=2MW+i2Mvar;I’” ;, = 1MW+j_1 Mvar;

g; =§4 =2MW+j1 Mvar;

S| _S_2 53 £4

a) dimensionare la linea aerea della rete trifase di distribuzione (a neutro isolato) alimentata a sbalzo (interruttore] aperto), in base ai dati stabiliti in figura e considerando conduttori in rame (pm=c=0.018 flrnm7/m) ed unacaduta di tensione ammissibile del 5 % (si consideri come distanza inter-fase D = 1,5 m)

b) Calcolare la potenza reattiva di un banco di condensatori di rifasamento inserito sulla sbarra M per avere uncostp pari a 0.99, specificandone il collegamento e giustificando la scelta progettuale

c) Calcolare la massima caduta di tensione senza nessun tipo di rifasamento nel caso la rete venga alimentata aidue estremi. M e M’ (interruttore I chiuso)

Esami distato per I'abiIitaziane alla prafexsìane di Ingegnere e di Ingegnere Industriale - Prov:: pratica del 21 novembre 2019

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3) Con riferimento alla linea trifase di figura, esercita a tensione nominale U,,=20 [kV], si chiede di:

a)

, h)

C)

d)

6)

upzo kV;f= 50 Hz

A M . .Potenze nchxesta dalla

|,, 1,5 km 1 cabine. di distribuzione, latoMT.:

| @ fix =6,00 MW+j6,00 Mvnr

dimensionare la linea in cavo RG7I-I ] RX sapendo che si prevede l'utilizzo di tre cavi unipolari posati amrifoglioa contatto direttamente interrati in terreno a resistività termica pari a 200 °Ccm/W e che la massima caduta ditensione ammissibile deve csscrc dcl 1 %;

dopo il dimensionamento, cal‘colare la massima caduta di tensione percentuale;

calcolare le perdite elettriche Joule complessive c quellc diclcttrichc (tan 6=0.001, c=0.25 ,uF/km);

supponendo che le protezioni della conduttura in cavo intervengano în {=2 s e che la corrente di corto circuitomassima termicamente equivalente pcr tutto il tempo ! sia 13 kA, verificare 5c la sezione scelta è adeguata

( SESGYCÌWÌ°=90°C: Sn‘lassim=250o C);

Esschdo la cabina MT/BT di proprietà del cliente (c non del distributore locale) che sistema di distribuzione inBT adotterà Io stesso considerando che l’impianto non è molto esteso? .

4) Si supponga che tutta la linea M 1-1 di figura sia costituita da conduttori in rame con induttanza chilometrica £=l,2

[mH/kmj e resistenza chilometrica r = 0,1797 [!)./km] e che 1a linea 1-2 sia costituita da due cavi identici in parallelo

ciascuno avente r=0,l68 [Q/km] e x=0,1 [(l/km]. Inoltre, la linea in cavo 2p-25 sia costituita da due cavi identici in

parallelo ciascuno avente rd = 80 [mfykm] c reattanza chilometrica. xd = 80 [mQ/km] e si abbia go=3,5 14.

A Ml UN=20 kV;f= 50 Hz, MT A NEUTRO ISOLATO

' - . lIIIIII l) km 8 km

[ccm : 18 RA Motore. asincrono

cosq)cc = 0 trifase 'c= l Potenza attiva ' 200 kW 2p

Tensione ‘nominale 400 V

Rendimentonominale 0'92 100 m

cosqn 0,82

Corrente diavviamento 5-4 '" ' Zs

Il trasformatore derivato nel punto 2 è di gruppo Dyn/ll e ha le seguenti caratteristiche:

Potenza U1 U2 “cc % cosgvcc

2500[kVA] 20m] 400w] . 6,0 , 0,22

Si Supponga inoltre che 1a sbarra MT'Ml sia alimentata da un trasformatore 132 kV/ZO kV (gruppo YNyn6;

I’ = 63 MVA; un:: 15 %; €05ch = 0,04. Si calcolino:

21)

b)e)

[a corrente di guasto nel caso di cortocircuito trifasc in 25 scnza considerare la prescnza dc] motore.

la corrente di guasto nel caso di cortocircuito monofase ìn 2s senza considerare la presenza del motore.

la corrente di guasto nel caso di cortocircuito trifase in 25 considerando la presenza del motore le cuicaratteristiche sono indicate in figura.

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Per le corde aeree si usino le tabelle CEI-UNEL seguenti:

Tabella CEI-UNEL 01437 per corde di rame crudo

(Inmlvu " Innmuimm:mmwm171i v (7 Sodano …Mi… [)?-111101!" cslcmu .\l.zssr_1caric.l Carico di Rvsis‘h'nm ck:llrr't‘.l 10min.»

' ' n. 1“ """ mm" mm Lg/lun rolludeN . 3" "( «!!/L'"

1617 7 :( 1,70 15,69 5,1 144,1 664,0 1,140

25/7 7 x 2,14 ' 25,10 6,42 228,3 1033 0,719935/7 7 x252 34,91 » 7,56 316,6 1426 0,5192

, 40/7 \,, 7 :..: 2,70 «10,00, 11,1 363,4 1637 (1,4522

50/7 , 7 >< 3,00 49,48, 9 448,7, 2021 0,366365/19 19 x 2,10 65,81 10,5 602,6 2632 0,2731

70/19 19 >< 2,14 68,34 10,7 625,8 2733 0,2678

95/19 ' 19 ): 2,52 94,76 12,6 867,7 3790 0,1831120/19 19 >: 2,80 117,0 14 1071 4679 0,1564150/37 37 ): 2,30 153,7 16,1 1415 5949 0,1196

230/37 37 >< 2,80 227,11 19,6 2096 81517 0.011073

Tabella CEI-UNEL 01435 per corde di alluminio crudo

(.‘r mdun "’mi-1101"… nmm-r0 l7” " " Swimm Inni… Didlnvlmcslcnm .81un tourim Caricmli Rt‘ii‘lt'W-l (""—l"!"… ""'?11.1.!' " n. v mm mm" mm 1.14qu mHumdaN 3" L 1.91""

25/7 7 '< 2,14 25,18 6,42 68,00 431,0 1,137

_ 35/7 7 >< 2,50 34,36 7.5 94.10 575,0 11,833250/7 7 .»; 3,00 49,43 9 153,5 790.0 0,5784.70/19 19 2,1-1 615,34 111,7 180,0 1169 0,4210

95/19 19 x 2,50 93,27 12,5 256,6 1559 (),3085120/19 ' 19 >< 2,90 125,5 14,5 345,3 2003 0,2292240/37 37 :< 2,90 244,4 20,3 673,8 3900 0,1180

500/61 61 x' 3,20 490,6 23,8 1355 _ 7285 0,056901100/61 61 \: 4,00 766.5 36,0 2113 10970 (1,03770

Tabella CEl—UNEL 01436 per corde di lega di alluminio

G“…hw' l'urnI-uiwm:numcmfili — «I Selimuzgnrim UiJ/m'lmuslvnm M..…tunrim (:.uù-mli Resina…t'h'llriwu'mìc-m' ' "- """ mm‘ mm ' {;;/lun rullur.ul.|N .’" _( (.’/lm

34,91 7,50 ‘ us,… win 03-14;»49,411 L| 14111 (1,6651

611.34 111..- 19-119 0, 11411

WNW 04,75. 11,1. 37… ()…34—11

12011“ 125.5 14.5 345,2 0,261615 147.1 15,75 , 405,6 0,22511 1 114,5 1 7,64 505,15 0,179."

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41111561 ()1 2.91.1 401,9 26,1 11 1°: 11-11:“1 111111247

Tabella CEI-UNEL 01434 per corde di alluminio-acciaio

"""“lun'fi,"…"”…“h " 'I bunny (:.-ant.: R.]Mn'lrm [)h/wim Mam (un'… di mmm» Rc—is'h'lvu'k'nritn

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42/6 {— 1 . 6 “x. 3,00 l x 3,00 42,41 7,069 49,48 6.0 9 ‘ 171,5 1613 0,6766

68/12 -i 7 12 >. 2,68 7 :-: 2,613 67,69 39,49 107,2 1,7 13,4 496,3 6195 (1,42661211/2617 26 ): 2,50 7 x 1,95 127,6 20,90 148,5 6,1 15,115 516,2 4909 0,2261

191/26 + 7 26 >:.3,06 7 >-:_ 2,38 191.2 31.14 222,3 6,1 19.38 772,0 7122 0,1509

212/3114 7 30 :r… 3,00 7 x 3,00 212,0 49.48 261,5 4,3 21 973,7 9866 01362265/26 1 7 26 :<. 3,60 7 :»: 2,80 264,6 43,10 307,7 6,1 22,8 1068 9752 0,1090

349/30 i- 19 3O :-1 3,85 19 x 2,30 349,2 78,94 428,1 4,4 26,9 1586 15610 0,08274

382/54 ~i 7 5-1 >< 3,00 7 x 3,00 301.7 49,48 431,2 7,7 27 1443 12 710 0.07573416/301 19 30 >: 4,20 19 Ix 2,50 415,6 93,26 508,9 - 4,5 29,3 1881 18490 0,06952

434/54 + 7 54 >; 3,20 7 >: 3,20 434,22 56,29 490,5 7,7 28,8 1641 14061) "0,06656

4520/54 { 19 54 x 3,50 19 2-: 2,10 519,5 65,80 585.3 7,9 31,5 1953 161150 0,05564629/541- 19 54 »: 3,85 19 .V. 2,30 628,6 78,94 707,5 11,0 34,6 2368» 20 050 0,04598

748/54 + 19 54 >< 4,20 19 >: 2,50 748,1 93,26 841,4 8,0 37,7 2801 13 770 0,03864

1657/1501- 37 150 x 3.75 37 &. 2,68 1657 208,7 1866 7.9 56,26 6269 53 2110 0.01758 _

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Per le condutture in cavo si usino i seguenti dati:

PORTATE DI CORRENTE IN REGIME PERMANENTE

. . . . posa in terraseznone posa … ananom_inalc _ R. = 100 °C cm/W R. = 200 °C chW

mm2 Cu ... Al 1 Cu .'. Al Cu ... A| Cu .'. A1 Cu ... Al Cu .’. Al.- __.-. . -..-.. - - _ .-.-..__‘ , ‘ .

1x 25 176 —— f, !57 I — 158 — ‘52 -- I23 3 — ' 18 —. ‘ 1x 3,. 213 — : L90 Ì — 189 ——w !82 — 146 … — H11 —

' 1x 50 255 200 È 228 f 177 224 174 216 168 _ 172 . 134 166 1 129n 70 320 250 1 284 i 221 274 , 214 . 265 206 209 f * 163 202 5 158

. : : 1 . 1; : ‘ : - : ‘

1x 95 390 306 ? 346 : 269 328 256 316 ‘ 246 — 249 ! 195 : 241 È 1881x120 450 i 353 ‘ 399 Ì 311 373 292 360 1 281 282 ., 221 i 273 ; 2131x150 510 ! 400 1 d5? 353 416 326 402 314 313 246 ': 304 238

* 1x185 585 461 3 520 406 471 370 456 357 354 278 344 269; 1x240 690 545 61. 4 481 54A 429 528 415 407 32' 397 31‘

1 . .; 1x300 790 630 705 552 61 1 483 595“ 458 A56 361 446 35‘-] 1x400 910 730 , 816 645 688 550 673 5311 512 :; 10 503 400‘ ‘-x500 1050 850 {JM 753 776 627 76‘ 61‘ 575 465 568 455 i

111630 . 1190 965 1087 877' 873 71.3 856 696 6115 528 637' 518

1

1_- _ .-, __ _. - . J

RESISTENZA APPARENTE DEL CONDUTTORE A 90°C (Ohm/km)

Esci.:t-snza di camper :; n'esmiscfcne defl‘energf; 150475 50 H: -_= a 901':

Gavi iaofari in metsn'eu’- elastomen'co

(“;; 1/,51

@ @ @ (Fx!) @@

(;.-w; U-wpmu 4;;- CAV! umP-J-LAFrr ““'",. “”-.: .— .....,.- ___ . TFIIFDL-‘irî.’..auc'uxare :nrame :- S'I'Jm'n-‘C uonu...a.- .n r.m_ r— , _ . .

:- an’uminic. --or.au..on.- mTuna;- ..“ t-‘lnsion: rame e e.?umim'a.

' ' ' Tutte fe tensioni

.. … . ,. . - -. 121120 .:.—v- 15/23Sezian—s 1.3-3 N:- :.:/5 51.91.10- :..-.- !5 .W 25/415M‘

" "V .19.:30 w"WT (!.)! km: {13/ka !!!/km! (.‘?! km) i'!!! km} !.‘Jfìq'mJ

Cu A! :.,u A! Cu A_I‘ Cu .:.: "u .4! A!| 2.333 3:91 2.33 2.2". - - - - 2.33 3.97 3.91

1: 1.479 2.4? 1.47 2.4? - - — - 1.4-? 2.47 . . 2.4725 0:322 1.513 12.92: 1.50 1 :‘5 - - (2.322 1.55 .9 '.55

35 E. "9 1.12 [.?-71 1.13 1.13 - - [2.3.70 1.13 .5 1.12:":- L495 13.332 .495 0.032 3.533 — - (:.-125 (2.832 .'.4‘94. 5.53273 $.5th 0.5-5? 0.3-1: 05:13 0.583 0.344 0.550 0.344 0.551: 0.243 3573

ES 0.2-3 C.-!—'.E [.249 'Z'-116 C 1'3 0.245 0.415 (3.249 C.J.~'.r'.' 0.347 0.415:23 0.229 0.333 .198 0.333 . 3 0.125 0.333 0.198 0.353 0 126 0.229

153 0.161 0.270 0.151 0.270 14.0 0.151 0.270 0.161 0.2.70 0.150 21.25318.5 0.130 0.218 0.130 0.238 0.218 0.130 0.218 0.130 0.218 0.129 0.217

240 0.0984 0.105 0.0983 0.165 0.105 0.0931 0.105 D. 100 0.108 0.100 0.168300 0.0?39 0.132 0.0783 0.132 0.132 0.0786 0.137 0.081 0.130 0.080 0.134400 0.0625 0.105- 0062-1 0.105 0.105 0.0322 0.105 0.065- 0510? 0.005 0.109

5120 0.0496 0.0533 0.0494 0.0830 0.0493 0.08213 0.0491 0.0325 0.053 0.0390 0.0536 0.0900520 0.0395 ().-9555 0.032—4 0.0562 0.0393 0.0662 0.0391 0.005: 0.04:. 0.0730 - -

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REATTANZA D1 FASE A 50 Hz (Ohm/km)

::.-35:an5 JT ca via-z-r 1'5 trasmissione dEJI‘en-zfaie in MT iva!:n (::-Edi E 50 H:

—:-. .::-america

-avi i:o.’a.‘i fn maten'sf'e

51

CAW UA‘JIFCJLAF-T.’

"’ "‘ Candutforé 2'11 rame e aflummm ‘ " "‘

S-z—zisne 7.5/3 kV 3.6/6 kV 6/10 kV 8.71151-2'.’ 12320 kV ‘15“29 kV 'le/'ES kL’ 25/45 kV

mm" {!?/km) {[E/km} (:?!ka i!?/ km,? (.Q/kn‘i‘? {Q} km) (!.7/ km] (fl/‘kml

10 Ù.1-'r '115‘ 0.1'5’ — ' - - ' -- -

15 0.13 0.14 '3.15 0.15 - - ° -

'25 0.12 0.13 Ù.14 Cl.15 0.15 - - -

35 5.11 0.12 0.13 0.14 0.14 0.15 0.16 -

50 ’U.“ 0.12 l3.12 0.13 0.13 13.14 5.15 —

70 5.10 0.11 0.12 “3,12 C'.13 9.13 0.14 0.15

‘85- U.C?E C'.“ 0.11 6.12 0.12 A 9.13 9.13 0.14.

120 '.".112‘? 5.19 G.TÎ 13.11 0.12 9.12 5.13 13.14

151': 0.1192 C' 9- 5.11"! l3.11 0.11 5.12 3.12 0.13

155 0.1339 0.595 5.10 0.11 0.11 13.11 5.12 5.12

245‘ 0.1335! 5.1293 0.095 0.19 0.10 . 0.11 9.11 C‘.12

3GB 0.1.‘34 5.592 13.524 G.CQÉ 0.19 5.11 5.11 0.12

4‘30 5.032 D.CQ'Î’ G.CQZ . 5.095 5.139? “3.10 0.11 13.1'.

5013 CLUB? 0.535 0.039 0.092 9.1395 3.093 0.11} 5.11

5'30 5.079 CECB- D.CBÎ' 9.025 3.1393 0.055 5.023 [1.10

VALORI DELLA CAPACITÀ A SOHZ().1F/km)

Caw'fsalaìi in malaria.? elastomerico H

A' kv / k ' î v '

«:=/xm) firm) (uF/km) uFfiqu.. , _ _

1

".’—“mm

G1 -.1

0.19

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,Tema Elettrica n. 2

Progettare un motore asincrono trifase a 4 poli con rotore a gabbia singola, per servizio

continuativo, di potenza nominale P=150kW, alimentato ad una tensione nominale Vn = 400 V, e

frequenza 100 I-Iz. 'E’ richiesta una coppia massima almeno Tmax Z 2 Tnom ed una coppia Tspunm 2 0.5 Tnom di

avviamento, oltre ad un un fattore di potenza nominale cosq: > 0.85. ' 'Presentare il progetto completo di calcoli, disegni ed avvolgimento,"compilando la seguente tabella

riassuntiva:

' Scelte progettuali ' ' ' Statore

Flusso magnetico per polo ' ' Dian'letro interno

Induzione al traferro Lunghezza assiale

Carico elettrico (A/m) - Altezza cava/dente

Densità di corrente statore Larghezza dente

Densità di corrente rotore Altezza corona

' Diametro esterno

Rotore Avvolgimenti di statore e di rotore

Spessore traferro Numero di Cave Numero di Cave

Altezza cava/dente N.oonduttori / fase Area cava

Larghezza dente Parallelo fili Dimensioni anello

Tipo conduttore Percorsi parallelo

e dimensioni Tipo conduttore

Diametro albero ' e dimensioni

Circuito magnetico (Vn) Pesi e perdite VERIFICHE

FMM (traferro) Ràme Statofe Perdite totali

FMM (denti) ' Conduttore rotore Rendimento

FMM (corona) Ferro stators ' scorrimento nom.

FMM (rotore) Ferro rotore cos (9 nominale

Corr.Magnctizz. Perditc Joule stat. Tmzm / Tnom

Reattmagnetizz. Perdite Joule rot. Tspunto / Tnom

Reatt. dispersione Perdite ferro

Perdite meccanic.

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UNIVERSITÀ

DEGLI STUDIm PADOVA

. ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALIA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRIALE

S‘Îeconda sessione 2019Prova pratica del 21 novembre 2019

TE… GESTIONALE

Prima Qarte

Bianchi SpA e Neri SpA sono due imprese concorrenti. Di seguito si riportano, in ordine sparso, le vociincluse nei loro bilanci riclassificati del 2018, con i relativi valori. Sulla base di tali dati, si chiede di:

à) redigere, per ogni azienda, lo stato patrimoniale (SP) riclassificato finanziariamente e funzionalmente;b) redigere, per ogni azienda, il cohto economico (CE) riclassificato in forma scalare a ricavi e costo del

venduto e la sua versione percemualizzata;c): calcolare, per ogni azienda, esplicitando la modalità di calco1o e motivando eventuali approssimazioni.

lc scgucnti voci: capitale di temi a interesse implicito, capitale di terzi a interesse esplicito, capitaleinvestito nella gestione extra—caratteristica, reddito della gestione extra-caratterìstica;

d) calcolare, per ogni azienda, esplicitando la modalità di calcolo, motivando eventuali aggressimazioni earrotbndando alla seconda'cifra decimale i seguenti indici: ROE, ROA, ROI, ROI’, ROS, rigiro del

capitale investito netto nella gestione caratteristica, prima e seconda leva finanziaria, effetto della primae seconda leva finanziaria, quoziente dì indebitamento, quoziente di indebitamento finanziario, grado di

elasticità degli impieghi e'delle fonti, indice di disponibilità, indice di ìiquidità, indice di copenura delleimmobilizzazioni, durata media dei crediti vs clienti e dei debiti vs fornitori, spread, durata media delle

. scorte di materie prime e delle scone di prodotti finiti;e) confrontare 1a siguazione economico-finanziaria delle due imprese, toccando i seguenti punti: redditività

(globale, operativa, caratteristica, extra—caratteristica); effetto delle leve finanziarie;. struttura e solidità

patrimoniale; equilibrio tra fabbisogni e mezzi di ccpertura; ciclo finanziario.

Voci dcllo SP riclassificato finanziariamente

Bianchi SpA Neri SpA

Fondi ammortamento 27.761.697 185.172.886

Fondo svalutazione crediti 1.577.209 I2.457.2l7

Fondfipnse future 8.490.962 30.330.831Capitale proprio 21.131.392 32.652.229

Disponibilità, di cui: 26.238.920 58.104.733

materie prime, sussidiarie e di consumo 8. 867. 705 16. 768. 024

prodotti in corso di lavorazione :: semilavorati 7.091.191 4. 832. 085

prodottifiniti e merci I0.213. 672 36. 497. 674

acconti 66.352 6.950Ratei e risconti passivi a lungo 168.839 0Immobilizzazioni tecniche 37.25 1.3 83 213.133.703

Esigibilîtà 29.180.175 316.888.748

Crediti operativi a lungo termine 0 176.301

Liquidità differite 40.265.561 289.487.335Ratei e risconti passivi a breve 17.924 591.357

Immobilizzazioni finanziarie (esclusi crediti operativi a lungo) 2.194.853 134.168.406Debiti finanziari a breve ' 12.408.317 13.531.029Liquidità immediate 335.025 11.606.261

Debiti a medio-lungo temine 7.145.083 221.373 .290

Ratei e risconti attivi a lungo 0 0

Immobilizzazioni immateriali 1.500.473 105.535.659Ratei e risconti attivi a breve 95.383 785.189

Emmi di Stato per I 'abilitaziane allaprofessione di Ingegnere e di Ingegnere Industriale —}’rovapratica del 21 novembre 2019

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Voci dello SP riclassificato funzionalmente Bianchi SpA Neri SpA

Ratei e risconti attivi operativi 95.383 554.81 1

Debiti finanziari (esclusi ratei e risconti) 19.553.400 234.904.319Liquidità differite operative ncttc (csclusi ratei c risconti) 38.688.352 277.206.382

Fondo TFR e fondi per rischi e oneri 8.490.962 31.802.054

Ratei e risconti attivi finanziari 0 230.378Ratci c risoonti passivi operativi 7.860 20.758Disponibilità' 26.238.920 58.104.733Ratei e risconti passivi finanziari 178.903 570.599

Immobilizzazioni tecniche nette 10.628.080 62.367.649Immobilizzazioni finanziarie (esclusi ratei e risconti) 2.194.853 134.168.443Cassa . 9.652 . 35.458

Debiti operativi (esclusi ratei e risconti) 29.180.175 315.417.525

Capitale proprio ‘ 21.131.392 32.652.229

Liquidità immediate esclusa cassa 325.373 11.570.803

Immobilizzazioni immateriali nette 3 62.079 71.128.827

Voci del CE riclassificato in forma scalare a ricavi e costo del venduto Bianchi SpA Neri SpA

Costi di struttura 14.665.037 123.348.001Variazione rimanenze di prodotti finiti (RF—RI) * 2.313.472 3.552.967Imposte sul reddito 222.675 7.477.140

Costi per capitalizzazioni internc ' 0 7.995.577

Soprawcnicnzc e insussistenza passive 0 312.318

Variazione rimanenze di materie prime e componenti (RF-RI) 87.602 1.629.772

Oneri finanziari 1.263.666 22.084.322

Variazionc rimanenze di semilavorati e prodotfi in corso di lavorazione (RF-RI) 2.532.063 345.557

Proventi gestione cxtra-caratteristica 310.036 31.721.005

Soprawenienze e insussistenza attive 0 ‘ 323.158

Costo del personale diretto 10.290.725 40.965.686

Costi di politica 2.135.259 16.860.259

Costi e oneri gestione extra-caratteristica 15.654 14.648.442

Altri costi industriali di trasformazione 9.375.724 92.754.583Acquisti di materie prime e componenti 44.766.530 177.304.346Ammortamenti industriali 2.294.100 10.905.393

Ricavi netti di vendita 79.886.132 476.906.193

*RF-Rl: rimanenze finali —- rimanenze iniziali

Seconda garze

L’azienda Alfa S.p.A. realizza quattro semilavorati (A, B, C e D) che vengono prodotti da 6 reparti. Sottosono riportati gli indici per il dimensionamento dei 6 reparti (p scam), K2 coeff. di disponibilità, K3 coeff. direndimento degli operatori e K4 coeff. di utili710), i tempi d1 lavorazione di ogni reparto per ognisemilavorato (min/pz) e le quantità giornaliere richieste. Ogni repano è disponibile 8 ore al giomo per lalavorazione di ogni semilavorato (N.; = 8h/gg). Inoltre sono riportati i cicli di lavorazione di ognisemilavorato, owero gli stadi di lavorazione che incontra (si ricorda che ireparti sono stadi disaccoppiati).A valle dei reparti sarà installato un magazzino automatico, che alimenterà poi una linea di assemblaggio.L’azienda è interessata a valutare due alternative per il magazzino automatico: la prima consiste in unmagazzino automatico più “standar ", con due trasloelevatori (e quindi due corsie), scaffalatura a doppiaprofondità con udc collocate di punta (3 udc‘sul fronte della campata, 6 udc in totale, come in figura); laseconda alternativa, invece, consiste in un DRNE—IN meccanicizzato, con 1 trasloelevatore e due satellitiche prelevano le UDC, collocate di lato con profondità 5 udc (1 udc sul fronte della campata, 5 udc'm totale,

come in figura). È richiesto di:l. Dimensionare'1 reparti di produzione, ovvero determinare la potenzialità produttiva richiesta di ogni

stadio ed 11 numero di macchinari richiesti per ogni reparto2. Calcolare i] coefficiente di utilizzo teorico e reale dei reparti. Commentare i risultati ottenuti.3. Confrontare le due ipotesi di magazzino proposte supra, tenendo conto che 1a giacenza di progetto è

. 3500 UDC (pezzi) e la potenzialità di movimentazione è pari a 20 UDC/h (IN + OUT). Commentare1a scelta (ipotizzare un ciclo semplice).

4. Rappresentare un layout dell’intero impianto, evidenziando le risorse presenti. Quali sono i principalistrumenti per lo studio del layout?

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LAGGIO

Ema

Q

REPARTI LINEA ASSEMB

' DATIREPARTI

p KZ K3 K41 1.00% 98.00% 88.00% 45.00%2 200% 98.00% 88.00% 45.00% ' °3 1.00% 97.00% 88.00% 45.00% | a |4 2.50% 99.00% 88.00% 45.00% °5 3.00% 97.00% 88.00% 45.00%5 1.50% 98.00% 88.00% 45.00% °

mo o o

MAGAZZINO AUTOMATICO (per PALLET 800x1200x1400)

Alternativa 1

( 2 traslo con scaffalatura a doppiaprofondità, palleL di puma)

& anmata L 2.9 m

UDCx'camna'a 3

n campa‘e 2G

ri udc 1.4 m

HJìì-ano mN°pìani S

YIN 4 m

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'a}. 8.6 m/s"2

xtr 20 s "EE GIE F_|| WTI

L_Jl__l _JILJ

Alternativa 2

( l traslo con 2 satelliti pcr traslo, profohdità

drive in $ UDC, pallet dì lam)

Cem :‘î': -‘_

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UNIVERSITÀDEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L ’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNEREINDUSTRIALE

Seconda sessione 2019

Provapratica del.21 novembre 2019

TEMA MECCANICA

Motore

||1I111114

1

Il carrello con barra oscillante scorre su dei binari inclinati di 30° verso il basso.

- Il carrello da solo ha massa M, le 4 ruote rotolano senza strisciare ed hanno raggio r, massa mr cmomento d’inerzia Jr. La barra è collegata tramite un perno al centro di massa del carrello ed hamassa mb e momento d’inerzia baricentrico Jb, h è la distanza del centro di massa dal perno.

La fune ha rigidezza k. Nella configurazione disegnata il centro di massa del carrello è all’altezzaHo.Il tamburo avente raggio R è azionato da un motore attraverso un riduttore, i numeri di denti delleruote del riduttore sono Za, Zb Zc e Zd.

M= 200 kg, mr= 2 kg, mb= 100 kg, Jr=0.012 kgmz, Jb=0.ll !(ngr= 0.07 m, h=0.4 m, k=100000 N/m, Ho=4 mR=0.2-m

Za=' 20, Zb=40, Zc=20, Zd=40

Che coppia motrice deve erogare il motore per garantire l’equilibrio del sistema nella

configurazione disegnata?Nella configurazione disegnata e con motore bloccato calcolare le frequenze naturali ed i modi di

vibrare. Valutare infine la pericolosità di una sollecitazione esterna agente lungo q ed avente una

frcqucnza pari a 20 Hz.

Eswni di stato per !‘abilitaziane allaprofessione di bagegnere e di Ingegnere Indtutriale - Pravapratxca del 21 novembre 2019

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UNIVERSITÀ

DEGLI STUDI… PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNEREINDUSTRIALE

Seconda sessione 2019Prova pratica del 21 novembre 2019

TEMA MATERIALI

Si ricerchi, tra i seguenti materiali, quello più adatto alla costruzione di una molla a balestra leggeraper il pedale a sgancio di una bicicletta da corsa (in figura).

Figura 1. molla a balestra.

Densiîà Modulo elastico, E sneîîîìîflo o

(kg/m ) (GPa) sforzo limite (MPa)

Lega di titanio 4600 105 750

CFRP* 1550 110 800

GFRP* 1860 22 150

Acciaio armonico 7850 206 780

Nylon 1130 2.9 75

EVA 950 0.03 ' 15

[CFRPz composito con fibre di carbonio, GFRP: composito con fibre di vetro; si trascurino effetti dianisotropia e non omogeneità del materiale]

a) Sulla base dei diagrammi l e 2 allegati, è possibile effettuare una selezione del materiale miglioreper via grafica? Sulla base di quali indici (Ix e 12 rispettivamente)? Si illustrino le modalità di

lettura dei diagrammi. Si discuta l’incidenza della densità del materiale sulla scelta.b) Si calcoli l’energia elastica assorbita per unità di volume e_ per unità di massa a1 variare dcl

materialc per uno sforzo applicato di 10 MPa (almeno per i tre materiaii giudicati migliori).c) Si consideri una molla a baiestra costituita da una barra di lunghezza L= 50 mm, larghezza w——

10 mm c spessore h= 5 mm. Si calculi la rigidezza flessionale S della molla (almeno per i tremateriali giudicati migliori).

(1) A parità di materiale, come varia la rigidezza flessionale S della molla se alla barra non formatasi sostituisce un laminato formato da 10 strati di spessore t = 0.5 mm? (si trascuri l’attrito tra idiversi strati). Come ne è influenzata l’energia elastica assorbita dalla molla?

e) Un altro modo efficace per diminuire la rigidezza flessionale della molla è quello di sostituirealla sezione piena una cava. Si ricavi il fattore di forma per l’energia elastica assorbita e siricalcoli l’indice I: nel c'aso di una barra cava con le stesse dimensioni (L, w e h) c spcssore t =1 mm.

Emmi di statoper l ’abilitazione alla profusione di Ingegnere e di Ingegnere Industriale — Provapratica del' 21 novembre 2019

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1000

Technical N oceramics\2:_

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Modulus - StrengthMetals and polymefszyìeld strengthCeramics and glassesmonElastommncnsnc tear mena…Com 'le-menfi: {mime 100

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I MW”WL'foams '

Strength, of (MPa)

Diagramma 1

Specific strength. 0pr (MPaI(kg/m3-))

Diagramma 2

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Seconda sessione 2019

Provapratica del 21 novembre 2019

TE… AEROSPAZIÀLE

Si consideri una missione verso la Luna comprendente un satellite di 500 kg che deve esserelanciato dal Kennedy Space Center (LONG -80.65°. LAT 28.57").All'istante to la Luna si trovi nella fase di Luna nuova (owero la Luna non sia visibile da Terra) e alsito di lancio sia mezzogiorno. Per semplicità si considerino le orbite di Terra e Luna circolari eappartenenti allo stesso piano.

Fase di trasferimento :

Il candidato ha facoltà di scegiiere l'orbita finale lunare in cui verranno condotte le operazioniscientifiche ma giustifichi la scelta in funzione delle analisi che…si intendono svolgere da remoto(ricerca di acqua, analisi del campo gravitazionale, aliunaggio in zone di interesse) e fornisca unadescrizione della tipologia degli strumenti scientifici di bordo.In funzione dell'orbita scelta il mndidato consideri un'opportuna orbita di trasferimento da Terraalla sfera di influenza lunare considerando le implicazioni del tempo di volo con Io sfasamentoangolare della Luna (Wait Time).Ne! caso di immissione diretta dal lancio nell’orbita di trasferimento o nel caso di utilizzo diu_n'orbita di parcheggio per il phasing si calcoli l’azimut effettivo di iancio l3 (Nel calcolo di [3 siconsideri anche l’effetto della rotazione della Terra) verificandone Ia compatibilité‘ con gli angolipossibili dalla base (35° < B < 120°).Si quantitichino i AV necessari per il trasferimento e l'immissione in orbita Lunare e sicalcoli lavariazione di massa AM con manovre impulsive mediante lsp= 270 s

Fase operativa :Durante le fasi operative in orbita lunare il satellite sia stabilizzato a tre assi e la verifica deipuntamento sia eseguita da un sottosistema di bordo per Ia determinazione di assetto che usibersagli esterni. Si descriva a parole .il sottosistema e Ia tipoiogia di sensori necessarievidenziandone Ia complementarietà,Supponendo 'di avere pannelli solari con celle a elevata efficienza si determini la superficenecessariaper garantire una potenza al bus di 500W. Si evidenzi se esistono fasi di eclisse infunzione deil'orbita scelta e si dimensioni il sistema di batterie di bordo

Fase di trasmissione:Si descriva il sottosistema di comunicazione necessario per trasmettere a terra i datiimmagazzinati. identificando la banda utilizzata. Ia potenza richiesta. la data rate e i requisiti di

assetto per il puntamento dell'antenna considerando che una stazione di Terra sia sempre visibileall'Equatore Terrestre.

Il candidato assuma eventuali dati mancanti indicando i motivi delle scelte.

Esami di stato per l'abilitazione alla professione di Ingegnere .: di Ingegnere Indzùlriale - Provapratica del 21 novembre 2019

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UNIVERSITÀ

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Seconda sessione 2019Provapratica del 21 novembre 2019

TEMA INNOVAZIONEDEL PRODOTTO

Un sistema di sollevamento (Figura 1) è formato da una trave (B) saldata ad una piastra (A), a suavolta bullonata alla parete verticale, due piastre (D) saldate ad una piastra (C), bullonata alla trave —

stessa. Sul pe'rno (E) è alloggiata una carrucola (F) su cui scorre una fune (I) che, tramite un motoreelettrico, viene avvolta ad un tamburo (G), sollevando una massa (H) di 8 tonnellate. Sono giàdimensionate le piastre C e D e la saldatura a cordone d’angolo che le connette (Figura 2). Tutti icomponenti vanno realizzati in acciaio S355, ad eccezione 'del perno (E), da realizzare in acciaio

42CrMo4. 'Si chiede di:

l) Dimensionare la trave con sezione di tipo IPE, sceglicndola dal catalogo allegato, in modo

che risulti verificata con coefficiente di sicurezza statico pari a 3 rispetto allo snervamento.

2) Progettare e verificare staticamente l’unione saldata tra trave (B) e piastra (A) e riportarne

uno schizzo quotato; ‘ .3) Progettare e verificare staticamente l’unione bullonata tra piastra (A) e parete vexticale,

riportando uno schizzo quotato della piastra;4) Progettare e vcrificarc staticamente l’unione bullonata tra piastra (C) e trave, riportando uno

schizzo quotato della piastra;5) Dimensionarc il perno (E) in 42CrMo4 con un coefficiente statico allo snervamento pari a 3;6) Verificare a resistenm statica Ie piastre D (incluso rifollamento) e le saldature a cordone

d’angolo con la piastra (C); "'7) Calcolare il numero massimo di sollevamenti che può sopportare la saldatura tra piastra (D)

e (C) con probabilità di sopravvivenza del 97.7%, secondo la procedura da Eurocodice 3;

8) CalcoIare il numero massimo di sollevamenti che può sopportare la saldatura tra piastra (D)e (C) con probabilità di sopravvivenza del 97.7%, secondo il metodo SED (ipotizzando

rottura al piede); commentare il risultato e il confronto con il calcolo del punto 7),evidenziando i vantaggi del metodo SED.

9) Nell’ipotesi che, tramite un controllo non distruttivo, si riscontri la presenza di una cricca di3 mm sulla saldatura come in Figura 7, si calcoli la massima massa sollevabile per non averepropagazione a fatica della cricca. '

10) Si ipotizzi ora che K]; e AK]… non siano noti per il materiale utilizzato; si proponga unacampagna di test sperimentali per ottenere tali valori.

Si chiede a1 candidato di fornire una relazione di calcolo ordinata in cui siano. chiare le scelte fatte ele opportune verifiche, con schizzi quotati quando richiesto.

Esami di statoper !'abililaziane alla profissr‘ane di Ingegnere e di Ingegnere Industriale - Prova pratica del 21 novembre 2019

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1000

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Figura 1: Sistema di sollevamento da studiare

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…;

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150

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= larghezza base trave IPE

10$

2—970

75

L9,

Figura 2: Particolare piastra C e D con saldatura a cordone d’angolo

Materiale Tensione Tensione di Modulo Coeff. di ch AKI…di rottura snervamento ' elastico Poisson

S355 510 MPa 355 MPa 206 GPa 0.3 180 MPa-mo‘j 5 MPa-mo'j42CrMo4 900 MPa 650 MPa 206 GPa 0.3 - -

Tabella 1: Proprietà dei materiali

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Campo

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Culegnrîa dî deflaglio

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10‘: 51052 51052 5:072 510'

Figura 3: Curve di resistenza a fatica (Euròcodìce 3 - Progettazione delle strutture di acciaio)

Numana dI cicli N

. los: a pcrN ._- 10° Camp'o di variazione Campo di variazioneCmegsm _ _ __ dellc tensioni a] limite delle tensioni al limite

del _ NS 10‘ JV 2 10 di fatica ad ampiezza per i calcoli:; fatica“ME“ comm; (;‘v'= 105)

c:= m ';

(nonumîeì i'm = 3‘ U;: = i') }“5' \ ."“1 -' (}:uuu‘) (:\.mm')

so: n.551 H.535 53 3145. 11.401 14.335 29 1836 11.101 13.835 23 15

Tabella 2: Valori numerici per le curve di resistenza a fatica (Eurocodice 3 — Progettazione delle

strutture di acciaio)

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Figura 4: Categorie di dettaglio (Eurocodice 3 - Progettazione delle strutture di acciaio)

Categurìa

dalminim!

Particolarino

stru

nivì

'Damizionu

Requisiti

71

SG"

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A piede Cordpne: lcl =1.247 + 6.492 e°-5‘3 ‘

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0 :r 0.5000 05000 05000 1.000 1.000 0.13449 0.34139 0.413807716 1111/1 2 0.5014 0.598?! 05455 1.071 0.921 0.14485 0.27297 0.37929NIS SKIS 0.5122 0.7309 0.5000 1.166 0.814 0.15038 0.21530 0.3448477/2 327/4 0.5445 03085 06657 1.312 0.658 0.14621 0.16793 0.310342:113 2rr[3 0.61 57 1.1489 0.7500 1.341 0.219 0.12964 0.12922 0.2758735144 5318 0.6736 1.3021 0.8000 4.153 43.509 0.11721 0.11250 0.25863

K,=k1\-c-t""1 _ l _

Aw=—-e1 -AKÎ 41:01 ” +——e2 AK; «5“ “E E

Fìgura 5 : parametri per il calcolo di AW

Ro=0.28 mm

900 fatigue test data

Averaged

stra

inenergydensityAW

[Nmrn/mm3]

0 2D, failure from the weld toe, R=

AA-

|nverse slope k=1.5

31 Various steels

0

0-1 i A 2D, failure from the weld root, R=OE A Buttweldedjoints-1<R<0.2 P.S.97.7% »…' o 3D,-1<R<0.67 ' 0.058

l Hollow section joints. R= 0

104 I I . I l .105 CycltlastoLfailluré. N I H I I . i105

Figura 6: Curva di fatica per giunti saldati in AW

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KI='1.12-F,-o-‘/u_a

E1;

)°’”-(%J”î”Figura 7: Giunto con cricca

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F, =o.ss[

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135

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Tabella’4: (:mabgo~ ma IPEW1

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UNIVERSITÀDEGLI STUDIDI PADOVA

ESA…DISTATOPER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRMLE

Seconda sessione 2019Prova pratica del 21 novembre 2019

TEMA ENERGETICAUn edificio ad uso uffici si sviluppa su tre piani e presenta pianta rettangolare con le seguenti

dimensioni:' 30 m esposti a Sud

I 25 m esposti a Ovest

Si consideri l’ultimo piano di altezza pari a 3 m. Le superfici esposte a Sud e a Nord sonocompletamente vetrate con trasmittanza termica pari a 1.3 W/(m2 K). La superficie esposta a Ovest ,è composta da una parete opaca e da una superficie trasparente centrale di 15 In2 con trasmittanzatermica 'pari a 1.4 W/(m2 K) 6 un coefficiente di ombreggiamento pari a 0.2; la restante parete opacaè in calcestruzzo con uno strato di is‘olante termico estemo e con trasmittanza termica pari a 0.2

W/(m2 K). La superficie esposta ad Est è completamente opaca in calcestruzzo e isolante termicoesterno e con trasmittanza termica pari a 0.2 W/(m2 K). Il tetto piano è realizzato con una strutturain latero-ccmento e uno strato di isolante termico con una trasmittanza termica di 0.15 W/(m2 K).Nel piano considerato saranno presenti 25 persone con 25 computer e il carico di illuminazione saràpari a 5 W/mz, in modo continuativo dalle ore 9:00 alle ore 18:00.

Le condizioni interne di progetto sono:I Estate: temperatura dell’aria interna di 26°C e l’umidità relativa compresa tra 40 e 60%.I Invemo: temperatura dell’aria interna di 20°C e l’umidità relativa compresa tra 40 e 60%.

Le condizioni esterne di progetto sono: .I Estate: temperatura massima dell’aria di 34°C, umidità specifica 15.4 gv/kgas, escursione

termica di 11°C.I Invemo: temperatura dell’aria di -5°C, umidità relativa del 90%.

Quesiti:I Determinare la potenza di progetto invernale.

I Determinare Ia curva di carico del giorno di progetto estivo.

L’edificio sarà climatizzato tramite un impianto a tutta aria. Dimensionare la centrale trattamentodell’aria, sia per il funzionamento invernale che estivò. Riportare le trasformazioni nel diagrammadell’aria umida allegato. In estate il sistema di produzione è un refrigeratore del tipovaria—acqua la

cui efficienza in funzione della temperatura dell'aria esterna (con temperatura di mandatadell’acqua refrigerata all’edificio pari a 7°C e'ritorno a 12°C) è data dall’equazione:

EER = -0.14*t… + 7.91 (t… in °C), EER in [W/W]

Si valuti 1a potenza elettrica che dcvc essere rcsa disponibilc e, allo stesso tempo, le possibili

soluzioni impiantistiche per la riduzione della potenza impegnata.I parametri non csplicitati possono essere assunti dal candidato.

Esami di stato per ! 'abilitazione allaprofessione di Ingegnere e di Ingegnere Industriale - Pravnpratica del 2I novembre 2019

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135 '

T‘alfbella 3.16 RadiaziOne so1are massima attraverso il vetro sempliée (1)

Ottobraa Febbraio 21 110 420 404 198 404 420 110 823 AmmoADtlloNovornbreeGonnmìo 24 100 381 436 281 213 887 100 560 Luglio ammo.

kcul/hm‘.

Lnbi- Esposizione (Lntitudjuu Nord) - Lati-tudine M e s e M e s e tudi…Nord _ - - - ' - SudN (') NE E SE E SO 0 NO 01:11:. .

Gimme 160 423 398 118 38 113 398 403 012 DicembreLuglio e mano 130 414 412 141 SB 141 412 414 631 Novembmu Germain.Agosto o Aprile 61 882 “9 9M 38 214 448 382 664 Ottobre 0 Febbraio;0" Settembre e Mano 21 320 452 420 38 320 462 320 018 Setbembre 0 Marzo 0°Ottobre e Febbraio 27 214 442 382 98 382 442 214 684 Agosto 0 AprileNovembre a Germain 21 141 41.2 414 181 414 412 141 631 Luglio :! MuggioDicembre 21 113 398 423 222 423 398 113 612 Giugno

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011

Page 59: ESAMIDISTAT0PERL’ABILITAZIONEALLAPROFESSIONEDI ......L’azienda utilizza, questi dati per sviluppare iI piano principale di produzione (Master ProductionSchedule—MPS)e definireanchegli

140

Tabeun

3.19

Fatt

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d1accumulo

per

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16

ore

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costante.

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141

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0.53

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0.73

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0.27

0.24

0.2.2.

0.21

0.17

0,10

0.17

0.10

0,10

0.15

0.12

0,10

0.13

0.11

0.08

0,07

0.02

0,07

0,00

0.02

1200'

730o

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490

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0.40

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0,03

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0.04

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0.07

0.00

0.79

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0.38

0.42

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0.20

0.20

0.16

0,17

0.16

0,1

1.

0,15

0,14

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0.08

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0,02

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780

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150

0.14

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0.35

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0,21

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0,14

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0.31

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0,44

0.85

0.08

0,00

0.80

0.74

0,70

0,82

0,04

0.09

0.50

0.42

0,45

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0.24

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0.17

0,16-

0.06

0.15

0,13

0,04

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730

ealtre

430

150

0,22

0.20

0.08

0,21

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0,08

0.20

0,20

0.10

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0,00

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0,03

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Ovest

730

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490

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0.21

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0,19

0.10

0,10

0.19

0,10

0.10

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0.30

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0,19

0.17

O.17

O.13

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730

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160

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17

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Page 60: ESAMIDISTAT0PERL’ABILITAZIONEALLAPROFESSIONEDI ......L’azienda utilizza, questi dati per sviluppare iI piano principale di produzione (Master ProductionSchedule—MPS)e definireanchegli

142

Tabella

3.20-Fattori

diaccumulo

per

radiazione

solare

a

non

achermntn

ocon

schermi

esterni.

16ore

difunzionamento.Temperatura

ambiente

costante.

(I)

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vetro

143

Enposizione

latitudine

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0.20

0.19

0,14

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0.17

0.12

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0.23

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0.12

0,20

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0.09

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0.20

0.14

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0.21

0.18

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0,16

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Bud-Ovem.

730

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146

147

Tabelln

3.22

Fattori

diaccumùlo

per

Illuminazione

artificiale.

Illuminazione

artificialeInfunzione10areconimpianta

d1condizionamento

1011110100ch

12.

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UNIVERSITÀ

DEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNEREINDUSTRMLE

Seconda sessione 2019

Provapratica del,21 novembre 2019

TEMÎA MECCATKONICA

Si consideri una sorgente di tensione do can valori di tensione di uscita nell'intervallo 12 V i 20% cimpedenza di uscita nulla. Si chiede di progettare un circuito di conversione che consenta di adattareil livello di tensione della sorgente ad un carico che richiede una tensione continua media costante di5 V e assorbe una corrente nel range [1 A, 10 A].

È noto inoltre che il dispositivo di commutazione da utilizzare è un power MOSFET con le seguenticaratteristiche: frequenza di lavoro 50 kHz; Rasoi, = 10 m9; tempi di commutazione t…,ff = 60 ns e

tom… = 20 ns. Il diodo presenta una tensione V.… = 0.2 V, mentre il tempo di commutazione può essereassunto trascurabile.

Si chiede di:

1) Riportare lo schema circuitale completo del sistema da realizzare e individuare il range diduty-cycle entro cui lavorerà il dispositivo di commutazione (supposto sempre infunzionamento continuo, CCM), tenendo conto delle possibili tensioni in ingresso.

2) Riportare il dimensionamento dell’induttore tale da garantire funzionamento in CCM in ognicondizione; dimensionare la capacità d’uscita affinché il ripple statico di corrente sul caricosia inferiore al 5%. Calcolare il ripple dinamico allo stacco del carico.

3) Progettare l'induttore considerando un nucleo ad E in ferrite avente densità di flusso massima

‘ di saturazione pari a B… = 0.47 T e geometrie come in Fig. 1.

4) Stimare l’efficienza del convertitore tenendo conto delle perdite nel power MOSFET (in

conduzione e commutazione), nel diodo e nell’induttore.

Nota: Il candidato assuma eventuali dati mancanti.

Esami di natoper ] 'abilitazione allaprofessione di Ingegnere e diIngegnere Industriale — Provapratica del 21 novembre 2019

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. 15 57.1 1.45 J 260 1.05 41 1.40 0.0050 1.00 - 0.0005103 .10 ' 50.5 LE 2500 1.51 48 1.24 01315 1.50 0.000771117 45.3 1.15 2050 1.04 45 1.11 0.020? 1.8 D.MGZA10 40: 1.02 1 san 002:1 00 0.110 00052 0.000 0.00040710 35.0 D.… I 290 , 0553 51 018 0.0220 0.774 D.GJOGBZ20 :120 0.010 1 020 11.519 52 0.70 0.0100 11.000 0.000.00021 29.5 0.724 012 0.412 K! 0.70 0.0178 0.490 0.111024022 25:1 0.5.13 :40 0:124 54 0.0: 011150 0.004 000010500 02.0 . 11574 511 0259 ss 050 0.0140 0.20: 0 00015324 20 1 (L511 404 0 205 56 0.45 0.0125 0.240 0.00012225 I7 9 0.455 320 0 10220 1s 0 0.404 200 0 12027 1‘1 2 0.351 201 D 10220 12.5 0.329 159 0.0604

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PV

(kW/m 3)

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1o1 1o 102 gm, 103

Fig. 2 Grafico core-loss vs pcak-flux-dcnsity

Esami di statoper I 'abilitaziane alla prqfessione di Ingegnere e di Ingegnere Indu0triale - Provapratica del 21 novembre 2019

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UNIVERSITADEGLI STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTATO PER L’ABILITAZIONEALLA PROFESSIONEDIINGEGNERE INDUSTRIALE '

Seconda sessione 2019. Provapratica del 21 novembre 2019

TEJWA BIOINGEGNERM

Il candidato elaborî il piano progettuale di una ricerca dedicata allo sviluppo di un dispositivo

biomedicale che ritenga di interesse per uno o più aspetti innovativi riSpetto allo stato dell’arte. In

particolare, il candidato} delinei con opportuno dettaglio i seguenti punti:

I definizione del nuovo dispositivo biomedicale;

I dcscrizionc dei limiti attuali di eventuali dispositivi similari già presenti nel mercato;

I vantaggi dcrivanti dal nuovo dispositivo biomedicale;

I descrizione delle attività da sviluppare per raggiungere l’obiettivo progettuale;

I organizzazionc del gruppo di lavoro da destinare al progetto, con indicazione dei ruoli dei

singoli partecipanti;

I costi del progetto c sostenibilità economica tramite eventuali finanziamenti.

In riferimento alla descrizione delle attività, si richiede al candidato di riporre particolàre attenzione

alle problematiche'inerenti la progettazione ingegneristica del dispositivo e dei processi tecnologici

necessari per la sua manifattura.

Esami di stare per I 'abilz'tazìane alla projèssr‘one di Ingegnere e di Ingegnere Industriale - Provapratica del 21 novembre 2019

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UNIVERSITÀDEGLl STUDIDI PADOVA

ESAMIDISTAT0 PER L’ABILITAZIONEALIA PROFESSIONEDI. INGEGNERE INDUSTRIALE

Seconda sessione 2019Prov:: pratica de121 novembre 2019

TEMA SICUREZZA

Il candidato applichi le metodologie richieste con lo scopo di eseguire un’analisi di sicurezza sulseguente sistema:

- esecuzione della procedura di Hazld (Hazard Identification) qualitativa'… forma di What—If

' esecuzione di un’analisi Hazop;I elencare 1 Top Event ritenuti plausibili;

' costruzione di Fault Tree (albero dei guasti) in relazione ad uno dei Tap Event individuati

I .stima della frequenza di accadimento (: del MTBF del Top Event con i valori forniti a

tabella.II candidato illustri le misure di protezione e mitigazione che si potrebbero adottare per migliorarela sicurezza di tale sistema.

Reattore per Farmaceutica e Chimica Fine

Nell’industria Farmaceutica e di Chimica Fine spesso sono necessari impianti che possanofacilmente essere utilizzati per effettuare più di una produzione o che possano facilmente essereadattati con poche modifiche per effettuare la produzione di un prodotto nuovo.Nella Figura 1 è rappresentata una tipica unità che soddisfa questi requisiti e che può facilmenteessere adattata per nuove esigenze di produziòne.Ad esempio la linea degli sfiati può essere collegata ad una pompa per vuoto per effettuare

operazioni che richiedono di andare sotto vuoto.L’unità descritta nella Figura 1 può essere utilizzata per effettuare, oltre chc rcazioni, operazioni didistillazionem discontinuo; in questo caso il reattore R-I diventa un serbatoio di carica del prodottoda distillare. Il montaggio dello scambiatore E— l in testa alla col-onna C- 1 consente di evitare lapresenzadell’accumulatore di riflusso.La quantità di riflusso viene controllata dagli strumenti FIC/l -TIC/l; la quantità di vapori sviluppatiall’interno di R-l è determinata attraverso il controllore di portata del vapore di riscaldamento

FIC/Z.In tabella 1 e 2 si riportano rispettivamente la descrizione delle apparecchiature e gli elementi dicontrollo. .

Esami di statoper ! 'abilìtazione uIIuprofessione di Ingegnere e di Ingegnere Industriale - Provapratica del 21 novembre 2019

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AZOTO

@ FLUIDO FRIGORIFERO

VAPORE

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ACQUA REFRIGERANÎE @

@PRODOTTO @

TESTA

ACQUA DEMI Q)(Sf ,-@ CARICA AUTOCLAVE &

®.

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C v CONDENSA

Y Y 531 © X DRENAGGIO @ ACQUA REFRIGERAÎNITE

Figura I PFD strumentata di un reattor'e

Tabella 1 Apparecchiature

Simbolo Denominazione NoteL’autoclave R-l è un reattore agitato dotato di coils estemi nei quali potereffettuare sia il riscaldamento che il raffreddamento del liquido in essocaricato. Sono previsti tutti icollegamenti per poter drenare l’acqua dai coils

R-l Reattore tipo Autoclave se dopo una Operazione di raffreddamento co‘n acqua si vuole passare ad_ unaoperazione di riscaldamento con vapore. L’autoclavc è provvista di unagitatore interno mosso da un motore M-l. All’interno dell’autoclave sono

presenti due sistemi di lavaggio a spruzzo S-l ed S-2

. La colonna C—l, direttamente installata sull'Autoclave R—l, può funzionare

C—l ' Colonna di Distillazione sia a riflusso totale per una migliore conduzione di reazioni (ad csempioesterìficazìoni) sia può consentire la separazione di prodotti“ lcggcri di testa

Lo scambiatore E-l condensa i vaporì in arrivo dall’autoclave R—l. LoE—l Condensaxore Vapori Tcsta scambiatorc è concepito in modo da consentire il riflusso direttamente alla

Colonna colonna C-l senza bisogno di accumulatore di riflusso e di pompe essendo. montato direttamente al di sopra della colonna C-l .

E-2 Refrigerante Prodotto di Lo scambiatore E-2 raffredda i prodotti condensati in [:“-2 che vanno inviati' Testa allo stoccaggio

Lo scambiatore E—3 condensa i prodotti condensabili presenti negli sfiatiE-3 Condensatore Sfiati uscenti dal condensatore E-l in modo da recuperare il più'possibile i prodotti

condensabìli contenuti negli sfiati uscenti da E-lPC-l Pompa Invio Prodotto di La pompa PC-l invia allo stoccaggio i prodotti di fondo presenti

. Fondo nell’autoclaveMotore Agitatore interno

M-lAutoclave

VS-l Valvola di SicurezzaSpruzzatore er Lava gio

3—1 [8-2 Autoclave RE)] g

SC/l Scaricatore di Condensa

Emmi di stata per I ‘abililazione allaprafizssione di Ingegnere e di Ingegnere Industriale - Pravapratica de! 2] novembre 2019

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Tabella 2 Elementi di controllo

Simbolo Denominazione Note

Fl/l _ 5 Misure PortataAcqua Refrigerante

Controllo Portata

“C“ Prodotto di Testa .

Controllo Portata FIC/Z si imposta il quantitativo di vapore di riscaldamento ai coils dell’autoclavc R-FIC/Z Vapore di 1. E’ possibile limitare l’aumento della Portata di Vapore mediante una soglia

Riscaldamento ' …comandata dalla temperatura TIC/I. ’.

Misura pH interno ‘

pH/I Autoclave R-l

Misura Pressione

Pî/l interno Autoclave

' R—lMisura Pressione-';

PIN" Testa Colonna 01Misura Pressione

PI/3 Mandata Pompa

PC-ì .. . - . PIC/l Impedisce l’aumento di portata di vapore di riscaldamento (FIC/2) al

Mlsura Perdita d1 . . . . . . .PIC/l . ragg1ung1mcnto dclla perdita dl canco mass1ma ammessa nella colonna C,—l evmmdo

Carico Colonna C-l . . .. fenomem d1 floodmg.

Scaricatore diSC” Condensa

Misura TemperaturaTI/l Interna R—l

'l‘IC/l risetta FIC/ 1 in modo da mantenere un rapporto di riflusso adeguato con il

procedere della distillazione per avere un prodotto di testa alla purezza desiderata ìnControllo . . . .

. base allo scostamento tra 11 valore d1 press1one Pl/2 ed 11 valorc della curvaTIC/l Temperatura "[ esta . d‘ . d' d d d' H d'

Colonna C-l sperimentale 1 Ècnstone 1 vapore .e] pro otto 1 testa puro a a t-en-ìperatura 1 testa

colonna TIC/I (Inserito come algoritmo matematico nella mcmona mtcrna dello

strumento TIC/ 1).

Misura Perdita diPIC/I Carico Colonna C-l

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1 1.1

1.1.

11.

1.2

1.2

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2.450?

9.6E-08

1.4E-06

1.2E

~07

5.5E

-06

2312-07

8.250!

1.45

0?

22506

1.6E

-07

3.75

066.5506

9.6E-09

2.4E-08

3.3E

-09

2.11

507

1 .0E-08

8.bE-07

Medan

.

(11-1)

3.2507

1.8507

6350?

5.450?

l .5E

-06

8.5507

4.6507

2.9507

5.950?

3.9E-07

2.7E-06

5.250?

12505

1.5E-06

1.9507

6.250?

5.1E

-06

7.5E

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5.9E06

5.3507

5.2508

115-07

3.3E

-08

1.1506

1.3507

5.6E4J6

DataAn

alys

is

UB

EF

(11-11

1.6506

4.9

1.1506

6.1

80506

9.7

32506

5.9

99506

6.4

16506

1.9

-1.2506

2.4

1.1E

—06

3.7

1.4E-06

2.4

1.6E-06

4.0

5.4506

2.0

23506

4.3

2.55

415

2.3ma

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42E—

072.3

2.7E-06

4.3

12505

2.3

311506

4.6

95506

1.6

4.4E-06

8.3

2.850?

5.4

4.1507

4.1

14507

10.3

5.5E-06

5.1

15506

13.2

365-05

65

Sources

1.2.3.4

1.2.

3.4

1.7.3.4

1.2.3.4

1.2.3.4

1.2.3.4

1.23.4

1.23.4

2.3.4

2.3.4

2.3.4

2.3.4

3.4.5.7

1.23.5.6

41.

2.6

3.4

1,23

3.4

3.5

3.4.

53.4.5

1.5.7

45 1.4.5

4.5

4 4.1

4.1.

1

4.12

4.2

4.2.

1

4.2.2

'4.3

4.3.1

4.3.2

4.4

4.4.1

4.4.2

5 5.1

5.1.1

5.1.2

5.2

5.2.1

5.2.2

6 6.1

6.1.1

6.2

6.2.

1

6.3

6.3.

1

7 7.1

7.1.

17.

1.2

7.2

7.2.

172

.2

8 8.1

8.1.

18.1.2

8.2

8.2.

18.2.2

Componentand

1611

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Pumps

Pumps.oenldfugoLmotordriven

Fafls

rcston‘

F011:to

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Pumps.redprocaflng,

1110101driven

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fran

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Fafls

tonan

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run

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diesel

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Fallsto

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Los:

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Swit

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1m11

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Brea

kers

Brea

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Spur

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1kV

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(h-1)

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6.45

05

2.3506

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5.6504

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2.55

03

-1.4E-05

1.0504

1.8505

NO

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1.2506

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1.4505

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19507

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(11-11

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1.2E-05

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5.4505

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1.0504

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2.3507

1.5506

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2.850?

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8.5508

6.4508

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(11-1)

1 .7505

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1 .5505

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1.6503

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6.7507

3.2506

29508

19507

.

2.9506

9.250?

1.1E-06

6.9507

1.8507

1 .3507

UB

(11-1)

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06

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1.31am

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4.1506

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2.850?

EF 2.8

13.8

3.1

2.8

5.3

4.4

3.4

15.9

5.0

100

3.1

4.0

2.9

5.3

11.9

12.3

4.6

5.8

3.8

3.8

2.1

2.1

Sources

3.4.

6

1.23.4.6

1.3.

6

1.3.6

2.6

1.2.6

4,6

4.6

3.4

3.4

3.4

3.4

Esamidi

stat

oper

1’abililuzione

allapr

ofiss

ione

diIn

gegn

ereedi

IngegnereIn

dust

rial

e—Provapraticadel21

novembre2019

Page 70: ESAMIDISTAT0PERL’ABILITAZIONEALLAPROFESSIONEDI ......L’azienda utilizza, questi dati per sviluppare iI piano principale di produzione (Master ProductionSchedule—MPS)e definireanchegli

Componentand

Mean

{unummode

(h-1)

93051301

9.1

9.1.1

9.2

9.2.1

Busb

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rs

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11.1.1

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12.1

12.2

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7

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13.1.1

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1451

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14.1

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14.3

14.4

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1.1E

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Cafa

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16.3

16.4

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1.15

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(h-1)

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4.1E

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13.11.15

1.4.6

1.24

.5.6

Table14

-A-2

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Page 71: ESAMIDISTAT0PERL’ABILITAZIONEALLAPROFESSIONEDI ......L’azienda utilizza, questi dati per sviluppare iI piano principale di produzione (Master ProductionSchedule—MPS)e definireanchegli

TableA1140

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Commission,

1975)

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d.;.

32—10

TableA14.41

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ChemicalEngineers)

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TableA14.42

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TableA1145

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al.,

1.97

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Inst

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Instituteof

ChemicalEnginears)

I’m/

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)

.'ìlì

26.1 9.1

611

TableA14.44

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gene

rato

rsat

63nu

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1988—91

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..— ….

Table11-1

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Sele

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lrufl

ur0.

29Cn

n!ru

lvu

lvu

0.60

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(fluids)

1.14

How

nlcusurculcnl

(sul

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3.75

How

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12Gu

s-li

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(1.13

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fromFrank

P.Luca.

Lu.“

I’n'vblrizn

in(ImFromm

lmiuxm'u

(bmdun:Huucrwunhs.1986].p.343.

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