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Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
SEZIONE A – Settore civile e ambientale
4/S – Architettura e ingegneria edile
LM-23, 28/S – Ingegneria civile
Tema 1 – Progetto di una passerella strallata
Si consideri una passerella pedonale lunga 2L e dotata di due
stralli, fissati ad una altezza H rispetto al piano
di impalcato. In prima approssimazione, si consideri un problema
piano simmetrico, caricato
simmetricamente dal carico uniforme costante q, e si adotti lo
schema statico che segue.
Per semplicità e con ottima approssimazione, si consideri il
punto A' coincidente con il punto A'' e
l'impalcato A''DB inestensibile.
Il Candidato discuta il ruolo dei parametri progettuali,
svolgendo i punti di seguito indicati, con esplicito
riferimento ad essi.
In prima istanza, si consideri il punto C di collegamento dello
strallo con il pilone come fisso e lo strallo CD
inestensibile.
1. Si determini il momento flettente iperstatico applicato in B
al variare della posizione del punto D di sospensione
dell'impalcato, posto a distanza ξL da A'', essendo 0 < ξ <
1;
2. Si tracci l'andamento qualitativo delle caratteristiche della
sollecitazione N, T, M per due valori di ξ caratteristici;
3. Si determini il valore di ξ in modo da ottenere una
condizione di minima sollecitazione flettente
q
A' A''
L
ξL
B
C
H
D
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Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
nell'impalcato e lo si denoti con χ;
4. Si verifichi l'impalcato rispetto al carico critico Euleriano
nella condizione ξ=χ; 5. Sempre in tale condizione, si determinino
le frequenze proprie dell'impalcato (si accetta di
considerare solo il tratto A''D con l'approssimazione di trave
appoggiata)
In seconda istanza, si consideri la deformabilità del pilone A'C
e dello strallo CD, il primo di modulo
elastico Ep e di momento di inerzia Ip, il secondo di sezione As
e modulo elastico Es.
6. Si sostituisca il punto D con un vincolo cedevole
elasticamente e per esso si indichi quanto vale la rigidezza k in
funzione dei parametri di rigidezza di pilone e strallo;
7. Si ridetermini il momento flettente iperstatico scambiato in
B al variare della posizione del punto D di sospensione
dell'impalcato, punto D ora cedevole elasticamente e posto a
distanza ξL da A'', 0 < ξ
< 1;
8. Si tracci l'andamento qualitativo delle caratteristiche della
sollecitazione N, T, M e lo si discuta al variare di ξ;
9. Si determini il valore di ξ in modo da ottenere una
condizione di minima sollecitazione flettente nell'impalcato e lo
si denoti con χ;
10. Si verifichi l'impalcato rispetto al carico critico
Euleriano nella condizione ξ=χ.
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Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
Tema 2 – Intervento su edificio esistente
Si deve eseguire un’apertura in una parete di una struttura in
muratura portante. L’edificio in oggetto è
rappresentato nelle piante, prospetti e nelle sezioni delle
figure delle pagine seguenti. L’apertura è da
realizzarsi a piano terra, tra gli ambienti adibiti a “garage” e
“cantina”, così da potere mettere in
comunicazione l'autorimessa con l’abitazione. L’apertura dovrà
essere di 100 cm netti. Il candidato:
1) definisca il tipo di intervento strutturale associato
all’opera in oggetto, considerando le tipologie presenti nel
Capitolo 8 delle Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14-01-2008);
valuti la necessità di introdurre una cerchiatura (ad esempio
metallica) e la dimensioni coerentemente con il tipo di intervento
individuato. In tal contesto si richiede di effettuare il
dimensionamento degli elementi strutturali formanti la cerchiatura,
le verifiche nei confronti dell’azione sismica, il
progetto/verifica delle connessioni tra gli elementi e con la
fondazione. Esegua infine disegni di quanto progettato e si
soffermi sui dettagli costruttivi che ritiene più
significativi.
2) Effettui una valutazione della sicurezza nei confronti
dell’azione sismica della struttura nel suo insieme, mediante
metodi semplificati. A titolo di esempio, si può fare riferimento
alla definizione di “edificio semplice” secondo la normativa
vigente, ad una valutazione tipo “LV1” presente nelle “Linee guida
per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del
patrimonio culturale con riferimento alle Norme tecniche per le
costruzioni” o ad altri metodi o criteri, purché se ne definisca il
percorso logico.
L’edificio è stato realizzato negli anni ’90, presenta struttura
in muratura eseguita con blocchi in laterizio e
malta di buona qualità di spessore pari a 30 cm. Esternamente è
presente un cappotto, ottenendo così una
parete di spessore totale pari a 40 cm. Sono presenti solai di
piano e di copertura in laterocemento 20+5 con
soletta collaborante e sono presenti cordoli sulle murature. Uno
schema dei solai per l’analisi dei carichi è
riportato nei fogli successivi. Per quanto riguarda le azioni
sismiche, si consideri che la struttura abbia vita
nominale di 50 anni e sia edificata su suolo di tipo “C”. I
parametri del sisma per i vari stati limite sono
riportati nella seguente tabella.
SLATO
LIMITE
TR ag Fo TC*
[anni] [g] [-] [s]
SLD 50 0.050 2.48 0.27
SLV 475 0.163 2.50 0,27
Ogni altro dato mancante può essere ipotizzato dal candidato
considerando valori tipici per l’epoca della
costruzione o per la zona di costruzione dell’edificio o, in
alternativa, assunto dal candidato previa
giustificazione.
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Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
A
A
40
Cantina
115
40
40
Garage
Cucina
WC
40 470 30 715 40
170
10
340
120
440
120
275
520
30
520
40
310 280 120 200 120 150
40
380
80
60
30
520
Soggiorno
Pranzo
1150
195
40
120
440
120
275
520
30
520
40
40 90 40 90
1295
40 470 30 715 40
90 151 90 350 90 150115
115 90 110 90 310 40
520
520
30
220 10 48530
PIANTA PIANO TERRA
310
270
1295
1150
195
40
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
285
40
30520 520 4040
340170
45
100
17
18
4024
61
40
285 140
45
+0.00
+3.25
-0.05
265
SEZIONE A-A285
613
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
40 470 30 40
170
10
340
120
440
120
275
520
30
520
40
120 375 120 200 120 150
1150
195
40
120
440
120
275
520
30
520
40
220 495 40
520
520
30
220 10 48530
40
40
210
1295
40 470 30 715 40
280 90 350 90 150245 90
10 210 10 385
Camera 2
Camera 3
WC
Camera 4
Camera 1
Armadi
100
380
80
100
80
430
A
A
PIANTA PIANO PRIMO
220
1295
1150
195
40
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
PROSPETTO SUD
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
A
A
ORDITURA SOLAIO
1295
1150
195
40
40 470 30 40
120
440
120
275
520
30
520
40
120 375 120 200 120 150
1150
195
40
120
440
120
275
520
30
520
40
210
1295
40 470 30 715 40
280 90 350 90 150245 90
100 10 210 10 385
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
SEZIONE A – Settore civile e ambientale
LM-35, 38/S – Ingegneria per l’ambiente e il territorio
Tema 1 – Isolamento laterale delle acque sotterranee Nelle acque
sotterranee di un acquifero superficiale è stata riscontrata una
concentrazione C0 di un certo contaminante ritenuta non
accettabile. Per mitigare la migrazione di questo contaminante si è
deciso di costruire una barriera laterale. Usando i dati di
progetto di seguito riportati:
a) determinare lo spessore della barriera in modo che a valle di
essa sia assicurata una concentrazione Ce tale che Ce/C0 =
0.05;
b) stimare l’immorsamento della barriera nello strato
impermeabile sottostante.
Conducibilità idraulica della barriera kd = 2∙10-8 cm/s
Conducibilità idraulica dello strato impermeabile kv = 4∙10-7
cm/s
Porosità efficace della barriera e = 0.37 Coefficiente di
diffusione molecolare della sostanza De = 5∙10-7 cm2/s
Per queste valutazioni il Candidato faccia le assunzioni che
ritiene opportune motivandole e, qualora il metodo scelto lo
richieda, si avvalga del diagramma sotto riportato.
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
Tema 2 – Intervento su edificio esistente
Si deve eseguire un’apertura in una parete di una struttura in
muratura portante. L’edificio in oggetto è
rappresentato nelle piante, prospetti e nelle sezioni delle
figure delle pagine seguenti. L’apertura è da
realizzarsi a piano terra, tra gli ambienti adibiti a “garage” e
“cantina”, così da potere mettere in
comunicazione l'autorimessa con l’abitazione. L’apertura dovrà
essere di 100 cm netti. Il candidato:
3) definisca il tipo di intervento strutturale associato
all’opera in oggetto, considerando le tipologie presenti nel
Capitolo 8 delle Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14-01-2008);
valuti la necessità di introdurre una cerchiatura (ad esempio
metallica) e la dimensioni coerentemente con il tipo di intervento
individuato. In tal contesto si richiede di effettuare il
dimensionamento degli elementi strutturali formanti la cerchiatura,
le verifiche nei confronti dell’azione sismica, il
progetto/verifica delle connessioni tra gli elementi e con la
fondazione. Esegua infine disegni di quanto progettato e si
soffermi sui dettagli costruttivi che ritiene più
significativi.
4) Effettui una valutazione della sicurezza nei confronti
dell’azione sismica della struttura nel suo insieme, mediante
metodi semplificati. A titolo di esempio, si può fare riferimento
alla definizione di “edificio semplice” secondo la normativa
vigente, ad una valutazione tipo “LV1” presente nelle “Linee guida
per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del
patrimonio culturale con riferimento alle Norme tecniche per le
costruzioni” o ad altri metodi o criteri, purché se ne definisca il
percorso logico.
L’edificio è stato realizzato negli anni ’90, presenta struttura
in muratura eseguita con blocchi in laterizio e
malta di buona qualità di spessore pari a 30 cm. Esternamente è
presente un cappotto, ottenendo così una
parete di spessore totale pari a 40 cm. Sono presenti solai di
piano e di copertura in laterocemento 20+5 con
soletta collaborante e sono presenti cordoli sulle murature. Uno
schema dei solai per l’analisi dei carichi è
riportato nei fogli successivi. Per quanto riguarda le azioni
sismiche, si consideri che la struttura abbia vita
nominale di 50 anni e sia edificata su suolo di tipo “C”. I
parametri del sisma per i vari stati limite sono
riportati nella seguente tabella.
SLATO
LIMITE
TR ag Fo TC*
[anni] [g] [-] [s]
SLD 50 0.050 2.48 0.27
SLV 475 0.163 2.50 0,27
Ogni altro dato mancante può essere ipotizzato dal candidato
considerando valori tipici per l’epoca della
costruzione o per la zona di costruzione dell’edificio o, in
alternativa, assunto dal candidato previa
giustificazione.
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
A
A
40
Cantina
115
40
40
Garage
Cucina
WC
40 470 30 715 40
170
10
340
120
440
120
275
520
30
520
40
310 280 120 200 120 150
40
380
80
60
30
520
Soggiorno
Pranzo
1150
195
40
120
440
120
275
520
30
520
40
40 90 40 90
1295
40 470 30 715 40
90 151 90 350 90 150115
115 90 110 90 310 40
520
520
30
220 10 48530
PIANTA PIANO TERRA
310
270
1295
1150
195
40
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
285
40
30520 520 4040
340170
45
100
17
18
4024
61
40
285 140
45
+0.00
+3.25
-0.05
265
SEZIONE A-A285
613
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
40 470 30 40
170
10
340
120
440
120
275
520
30
520
40
120 375 120 200 120 150
1150
195
40
120
440
120
275
520
30
520
40
220 495 40
520
520
30
220 10 48530
40
40
210
1295
40 470 30 715 40
280 90 350 90 150245 90
10 210 10 385
Camera 2
Camera 3
WC
Camera 4
Camera 1
Armadi
100
380
80
100
80
430
A
A
PIANTA PIANO PRIMO
220
1295
1150
195
40
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Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
PROSPETTO SUD
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Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
A
A
ORDITURA SOLAIO
1295
1150
195
40
40 470 30 40
120
440
120
275
520
30
520
40
120 375 120 200 120 150
1150
195
40
120
440
120
275
520
30
520
40
210
1295
40 470 30 715 40
280 90 350 90 150245 90
100 10 210 10 385
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Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
SEZIONE A – Settore industriale
LM-31 – Ingegneria gestionale
Tema 1 – Ciclo di Lavorazione trascinatore
In relazione al trascinatore rappresentato in figura il
candidato analizzi il ciclo di fabbricazione:
MATERIALE: acciaio 39NiCrMo3. LOTTO: 200 pezzi.
Grezzo di partenza: indicare le dimensioni del grezzo di
partenza ed il processo per il suo ottenimento.
Cartellino di lavorazione: compilare il cartellino di
lavorazione: (tempi esclusi), con particolare attenzione
alla sequenza delle operazioni (tramite schizzi), alle macchine
utilizzate, agli utensili da impiegarsi ed alle
eventuali attrezzature di riferimento e bloccaggio da
utilizzare.
Scheda di analisi dell’operazione: compilare la scheda di
analisi dell’operazione per la realizzazione della
cava anulare larga 9.5 mm in H7.
MACCHINE DISPONIBILI
M0 Segatrice/Troncatrice
M1 Tornio parallelo manuale da barra
M2 Fresatrice orizzontale 3 assi
M3 Fresatrice verticale CNC 3 assi
M4 Brocciatrice
M5 Fresatrice verticale 3 assi
M6 Trapano a colonna sensitivo
M7 Tornio parallelo CNC con utensili motorizzati
M8 Stozzatrice
M9 Rettificatrice
-
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professione di Ingegnere
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Prova pratica – 16.12.2014
Tema 2 – Approvvigionamento di componenti
L'azienda Alfa deve valutare le politiche di approvvigionamento
dei componenti del prodotto riportato in
figura 1. Si evidenzia che figura 1 riporta i differenti
componenti del codice e le alternative proposte da
fornitori diversi. Ad esempio, i gruppi B e C, al variare del
fornitore, cambiano anche alcune loro
caratteristiche.
20 mm
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Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
Figura 1: Prodotto di riferimento per il progetto
Tralasciando le differenze proposte da fornitori differenti, ma
considerando una sola tipologia per ogni
gruppo di codici in alternativa, si richiede al candidato
di:
-
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professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
Valutare i lotti economici di acquisto dei componenti, sapendo
che i prodotti finiti assorbibili dal
mercato sono pari a 12.000 unità/anno, che i costi di emissione
degli ordini son pari a 5 euro/ordine,
che il prezzo del prodotto finito è 424 euro e che i costi di
stoccaggio sono pari a 7 [euro
/(pezzo*anno)]. Si riferiscano tali dati al prodotto finito. Per
la valutazione della cardinalità dei
componenti nel prodotto finito si faccia riferimento a figura 1.
Per la stima dei costi di stoccaggio,
pur consapevoli dell’errore che così si genera, si faccia
riferimento a una parametrizzazione in
funzione della scala di figura 1 e della dimensione del
componente che da essa si desume
- Valutare l’effetto sulle politiche di approvvigionamento di
ciascun codice dello sconto riportato nel seguito: 2% ogni 100
pezzi acquistati
- Valutare la convenienza a produrre internamente i singoli
componenti, sapendo che il costo di setup del prodotto finito è
pari a 27 euro/pezzo e che il costo di produzione sarebbe di 375
euro/pezzo.
Analogamente alle considerazioni effettuate precedentemente, si
stimino i costi dei singoli
componenti parametrizzandoli in funzione della dimensione
- Rappresentare graficamente l’andamento delle scorte nel tempo,
conseguente alle politiche di approvvigionamento adottate
- Supponendo un ingombro del prodotto finito pari a: 224x260x300
(h), proporre un contenitore utilizzabile per la movimentazione
interna e esterna e una disposizione dei prodotti all’interno
del
contenitore. Lo stesso procedimento sia seguito per ogni codice
per cui è stata studiata una politica di
approvvigionamento
- Facendo riferimento alle unità di movimentazione studiate,
proporre il progetto di un’area di magazzino in grado di accogliere
i diversi codici.
Nota. Per ogni dato mancante fare riferimento alle regole del
buon progetto.
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Prova pratica – 16.12.2014
SEZIONE A – Settore industriale
LM-33, 36/S – Ingegneria meccanica
Tema 1 – Dimensionamento di un compressore volumetrico
alternativo monostadio.
Il candidato consideri il dimensionamento di massima di un
compressore volumetrico alternativo
monostadio, normalmente utilizzato per comprimere aria aspirata
in condizioni ambiente.
Sono assegnati i seguenti dati:
regime di rotazione, n = 1450 giri/min;
portata volumetrica, Q = 4 m3/min;
pressione di aspirazione, pa = 1 bar;
temperatura di aspirazione, Ta = 20 °C;
pressione di mandata, pm = 6 bar;
differenza di pressione necessaria per l’apertura della valvola
di aspirazione, p’ = 0.1 bar;
differenza di pressione necessaria per l’apertura della valvola
di mandata, p” = 0.1 bar;
coefficiente di spazio nocivo, m = 0.06;
esponente relativo alle trasformazioni reali politropiche di
compressione e di espansione (pvn =
cost.), n = 1.3.
Si calcolino, nell’ordine richiesto, le seguenti grandezze e i
seguenti parametri operativi e prestazionali del
compressore.
1) Rapporto di compressione.
2) Valori di pressione del fluido operatore (aria), in
corrispondenza dei punti di riferimento del ciclo reale
di funzionamento.
3) Cilindrata utile.
4) Rendimento volumetrico.
5) Cilindrata geometrica e volume nocivo.
6) Valori di volume all’interno del cilindro del compressore, in
corrispondenza dei punti di riferimento del
ciclo ideale di funzionamento.
7) Il lavoro necessario per azionare il compressore (riferito ad
un singolo ciclo operativo), valutato,
rispettivamente, in condizioni ideali e reali di
funzionamento.
8) La potenza necessaria per l’azionamento del compressore in
condizioni reali di funzionamento.
In conclusione, si chiede al candidato di:
-
Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della
professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
9) Proporre un dimensionamento plausibile per i principali
parametri geometrici (corsa e alesaggio) del
manovellismo di spinta relativo al suddetto compressore
volumetrico alternativo.
10) Calcolare il valore della velocità media del pistone del
compressore, a partire dal dimensionamento del
manovellismo ottenuto al punto precedente.
11) Tracciare, in opportuna scala, sul diagramma di indicatore
p-V, il ciclo ideale e il ciclo reale di
funzionamento del compressore.
12) Eseguire, infine, un disegno di massima del compressore
volumetrico alternativo evidenziando, in
particolare, le caratteristiche costruttive dei principali
componenti e gli ingombri complessivi della
macchina.
Nota: i quesiti del tema d’esame devono essere svolti
nell’ordine proposto in questo testo.
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professione di Ingegnere
II sessione anno 2014
Prova pratica – 16.12.2014
Tema 2 – Ciclo di Lavorazione trascinatore
In relazione al trascinatore rappresentato in figura il
candidato analizzi il ciclo di fabbricazione:
MATERIALE: acciaio 39NiCrMo3. LOTTO: 200 pezzi.
Grezzo di partenza: indicare le dimensioni del grezzo di
partenza ed il processo per il suo ottenimento.
Cartellino di lavorazione: compilare il cartellino di
lavorazione: (tempi esclusi), con particolare attenzione
alla sequenza delle operazioni (tramite schizzi), alle macchine
utilizzate, agli utensili da impiegarsi ed alle
eventuali attrezzature di riferimento e bloccaggio da
utilizzare.
Scheda di analisi dell’operazione: compilare la scheda di
analisi dell’operazione per la realizzazione della
cava anulare larga 9.5 mm in H7.
MACCHINE DISPONIBILI
M0 Segatrice/Troncatrice
M1 Tornio parallelo manuale da barra
M2 Fresatrice orizzontale 3 assi
M3 Fresatrice verticale CNC 3 assi
M4 Brocciatrice
M5 Fresatrice verticale 3 assi
M6 Trapano a colonna sensitivo
M7 Tornio parallelo CNC con utensili motorizzati
M8 Stozzatrice
M9 Rettificatrice
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SEZIONE A – Settore industriale
LM-53, 61/S – Scienza e ingegneria dei materiali
Tema 1 – Progetto di una passerella strallata
Si consideri una passerella pedonale lunga 2L e dotata di due
stralli, fissati ad una altezza H rispetto al piano
di impalcato. In prima approssimazione, si consideri un problema
piano simmetrico, caricato
simmetricamente dal carico uniforme costante q, e si adotti lo
schema statico che segue.
Per semplicità e con ottima approssimazione, si consideri il
punto A' coincidente con il punto A'' e
l'impalcato A''DB inestensibile.
Il Candidato discuta il ruolo dei parametri progettuali,
svolgendo i punti di seguito indicati, con esplicito
riferimento ad essi.
In prima istanza, si consideri il punto C di collegamento dello
strallo con il pilone come fisso e lo strallo CD
inestensibile.
1. Si determini il momento flettente iperstatico applicato in B
al variare della posizione del punto D di sospensione
dell'impalcato, posto a distanza ξL da A'', essendo 0 < ξ <
1;
2. Si tracci l'andamento qualitativo delle caratteristiche della
sollecitazione N, T, M per due valori di ξ caratteristici;
3. Si determini il valore di ξ in modo da ottenere una
condizione di minima sollecitazione flettente nell'impalcato e lo
si denoti con χ;
4. Si verifichi l'impalcato rispetto al carico critico Euleriano
nella condizione ξ=χ;
q
A' A''
L
ξL
B
C
H
D
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5. Sempre in tale condizione, si determinino le frequenze
proprie dell'impalcato (si accetta di considerare solo il tratto
A''D con l'approssimazione di trave appoggiata)
In seconda istanza, si consideri la deformabilità del pilone A'C
e dello strallo CD, il primo di modulo
elastico Ep e di momento di inerzia Ip, il secondo di sezione As
e modulo elastico Es.
6. Si sostituisca il punto D con un vincolo cedevole
elasticamente e per esso si indichi quanto vale la rigidezza k in
funzione dei parametri di rigidezza di pilone e strallo;
7. Si ridetermini il momento flettente iperstatico scambiato in
B al variare della posizione del punto D di sospensione
dell'impalcato, punto D ora cedevole elasticamente e posto a
distanza ξL da A'', 0 < ξ
< 1;
8. Si tracci l'andamento qualitativo delle caratteristiche della
sollecitazione N, T, M e lo si discuta al variare di ξ;
9. Si determini il valore di ξ in modo da ottenere una
condizione di minima sollecitazione flettente nell'impalcato e lo
si denoti con χ;
10. Si verifichi l'impalcato rispetto al carico critico
Euleriano nella condizione ξ=χ.
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Tema 2 – Cromatura galvanica
In un impianto di cromatura galvanica tradizionale (bagno di
anidride cromica catalizzato con acido
solforico) vengono rivestito 10 alberi a geometria cilindrica
(diametro 30mm, lunghezza 100mm, materiale
acciaio C40). Considerando che il bagno di deposizione è a base
Cr6+ (CrO3) e che il cromo depositato avrà
densità 7.14 g cm-3 (PACr = 51.996 g mol-1), rispondere ai
seguenti quesiti:
a) per quanto tempo occorre trattare gli alberi per ottenere un
deposito di 200 μm lavorando in controllo
galvanostatico con una corrente di 240.0 A, considerando che il
rendimento faradico del processo è pari al
18%?
b) considerando per questo particolare componente 60 A dm-2 come
soglia di densità di corrente oltre la
quale la cromatura può mostrare difetti quali
bruciature/crescita irregolare sugli spigoli, la deposizione
condotta al punto a) è da ritenersi eseguita correttamente da
questo punto di vista? In caso contrario è
possibile proporre un nuovo valore di corrente da utilizzare per
ottimizzare il processo?
c) quali reazioni parassite determinano la diminuzione di
rendimento faradico ipotizzata al punto a)?
Considerando che tali reazioni parassite avvengono in maniera
preponderante rispetto al processo di
riduzione del cromo (rendimento faradico 18%), i prodotti
generati da queste reazioni influenzano in
qualche modo il trattamento o le proprietà del prodotto
finito?
d) che caratteristiche avrà, in termini di resistenza a
corrosione e resistenza ad usura, il rivestimento
ottenibile con il trattamento eseguito?
e) che considerazioni di tipo ambientale/ecologiche possono
essere fatte riguardo al trattamento di cromatura
a base cromo esavalente? Dal punto di vista della sicurezza,
come deve essere gestito un impianto di
cromatura galvanica a base cromo esavalente? E’ possibile
proporre un trattamento in grado di conferire
proprietà di resistenza a corrosione e ad usura analoghe a
quelle ipotizzate per la cromatura del punto a), ma
di più facile gestione a livello si sicurezza degli impianti e
di minore impatto ambientale? Rispondere a
questa ultima domanda eseguendo anche opportune considerazioni
economiche.
f) in che modo si consiglia di analizzare un componente quale
l’albero rivestito secondo la procedura a) per
verificare la qualità del trattamento eseguito? Dettagliare la
risposta indicando tipologie di prove proposte,
eventuale preparativa di provini e risultati attesi.
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SEZIONE A – Settore dell’informazione
LM-18, 23/S – Informatica
Tema 1 – Gestione esiti esami in linguaggio C
Siano date le seguenti strutture dati, che rappresentano
rispettivamente uno studente iscritto ad un corso di
laurea e l’esito di un suo esame: typedef struct {
char *nome;
char *cognome;
char * cod_fiscale;
int matricola; } tstudente;
typedef struct {
char *nome_esame;
int matricolastudente;
int voto;
char *dataesame;
char* note; } tesito;
Il software, nel suo insieme, dovrà consentire i controlli
necessari alla segreteria studenti per l’ammissione
dei candidati alla discussione della tesi; tra gli altri, dovrà
consentire il calcolo della media, il controllo delle
propedeuticità, il raggiungimento del numero di crediti,
eccetera.
1. Il candidato descriva e modelli una più ampia base di dati
inerente al problema in esame.
2. Si definiscano le strutture dati apposite per il salvataggio
in memoria di un elenco di studenti e
dell’elenco degli esiti.
3. Si scriva una funzione per l’ordinamento dell’elenco degli
esiti in base alla data d’esame. Prima di
procedere all’implementazione, il candidato definisca, in base
alle proprie competenze, il prototipo
della funzione, la semantica di funzionamento e l’algoritmo di
ordinamento più indicato.
4. Con riferimento alle strutture dati di cui sopra, il
candidato scriva le funzioni di lettura e scrittura da
file di testo dell’elenco degli esiti. A tal fine, si definisca
inizialmente il formato dei file e si tengano
in opportuna considerazione i possibili errori. I prototipi
delle funzioni dovranno essere i seguenti:
tesito * loadFromFile (char* filename);
bool saveToFile (char* filename, tesito *esiti, int N);
5. Con particolare riferimento ai punti 2 e 3, il candidato
discuta l’efficienza e la scalabilità delle
soluzioni adottate
Nota: il candidato può svolgere la prova anche usando come
linguaggio di programmazione Java o c++. In
tal caso si richiede al candidato la coerente ridefinizione
delle strutture dati e dei prototipi sopra riportati.
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Tema 2 – Progettazione di un sistema di raccolta analisi e
fruizione di servizi in un contesto IoT distribuito.
.
L'avvento di sensori con capacità di networking apre la strada a
nuovi scenari per la realizzazione di servizi
innovativi. Si consideri una azienda che produce sensori di
temperatura. L'azienda produce sensori in grado
di misurare grandezze quali temperatura, umidità, concentrazione
di inquinanti, sia in ambienti interni che
all'esterno. Tali sensori possono essere dotati di capacità di
networking (più o meno avanzate). La strategia
aziendale e' duplice:
1. Si offre agli utenti la possibilità di acquistare sensori o
altri appliance per mettere sotto controllo il clima
in casa o nelle immediate vicinanze. Una volta installati e
configurati (il processo di configurazione dovrà
essere il più semplice possibile), i sensori trasferiranno le
loro rilevazioni a un data center remoto. Questo
data center offrirà agli utenti la possibilità di controllare da
qualsiasi postazione i dati salienti del clima in
casa e nelle immediate vicinanze (accedendo ai dati dei propri
sensori)
2. Si offre un servizio aggiuntivo con cui si accede a
informazioni sul clima di tipo previsionale e aggregato
per area geografica usando come input i dati presi dalla rete di
sensori accedendo al data center.
Sulla base delle proprie competenze si chiede al candidato
di:
1. Definire il processo di raccolta dati dai sensori verso il
data center, evidenziando tecnologie, protocolli,
topologie (ed eventualmente indicando la presenza di nodi
intermedi che agiscono come gateway)
2. Definire la struttura dati usata per immagazzinare e mettere
a disposizione i dati per l'erogazione dei
servizi
3. Definire il progetto del software per la raccolta dati e
l'erogazione dei servizi
4. Definire e dimensionare l'infrastruttura di calcolo a
supporto dei servizi
Dopo aver delineato una soluzione per i quattro punti sopra
descritti, si chiede al candidato di sceglierne uno
e approfondirlo, definendo e confrontando le possibili scelte
tecnologiche (possibilmente fornendo un'analisi
costi benefici) e procedendo a un progetto dettagliato di
elementi software e strutture dati.
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SEZIONE A – Settore dell’informazione
LM-29, 32/S – Ingegneria elettronica
Tema 1 – (Convertitore Switching)
+
-
DL
C RLT VOUTVIN
Considerare per il circuito in figura i seguenti parametri:
componenti ideali, VIN = 12V, frequenza di
commutazione del segnale di controllo dello switch T pari a fs =
100KHz e duty cycle del 50%, resistenza di
carico RL = 10Ω, C = 100µF e L = 50µH.
Sotto queste condizioni si chiede di:
1) Identificare la tipologia di circuito e descriverne
sinteticamente il funzionamento.
2) Calcolare la tensione di uscita VOUT e riportare in un
grafico l’andamento delle correnti in L, C ed RL indicandone i
valori nei punti principali.
3) Utilizzando un sensore di guadagno H(s)=1/4 e un generatore
PWM con VM=2V per retroazionare il circuito, progettare un
compensatore ad un polo ed uno zero in grado di garantire una
frequenza di
taglio ft = 5KHz e margine di fase φ = 50 deg. Determinare
inoltre, il massimo margine di fase
ottenibile.
4) Considerando una resistenza parassita dell’induttore RIND =
220mΩ, calcolare la tensione d’uscita VOUT e l’efficienza del
circuito η = POUT/PIN, dove POUT è la potenza in uscita e PIN è la
potenza in
ingresso al circuito.
5) Nel caso di tensione di accensione del diodo D pari a VD =
500mV, determinare il valore del duty cycle necessario per avere
una tensione di uscita VOUT = 30V considerando il circuito in
continuous
mode.
6) Ripetere il punto 2) nell’ipotesi di resistenza di carico RL
= 220Ω mantenendo invariate tutte le altre specifiche di progetto.
Descrivere sinteticamente come cambia il funzionamento del circuito
con
questo nuovo valore della resistenza di carico.
Giustificare le risposte e i passaggi principali.
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Tema 2 – Antenne La schema riportato in figura rappresenta un
sistema di radiodiffusione televisiva mediante satellite in
orbita
geostazionaria distante dalla superficie terrestre 36.000Km. Il
segnale di banda B=40MHz viene trasmesso
nella tratta di uplink alla frequenza in quella di downlink alla
frequenza . Sul
satellite, è presente un transponder che effettua una
conversione di frequenza da a e un amplificatore
con guadagno in potenza e figura di rumore . La potenza
irradiata dal satellite è pari a
. L’antenna parabolica collocata sul satellite, utilizzata sia
per ricevere che per trasmettere, ha
un raggio , un’efficienza d’apertura o di bocca , una
temperatura equivalente di rumore
ed una intensità di radiazione con . A terra i sistemi riceventi
sono
dotati di antenna paraboliche di raggio , efficienza d’apertura
e temperatura
equivalente di rumore . Per un corretto funzionamento, il
ricevitore richiede all’uscita
dell’antenna un rapporto segnale rumore . Il sistema
trasmittente TX di terra irradia in
segnale con una potenza ed un contributo di rumore trascurabile;
è dotato di un’antenna
parabolica di raggio ed efficienza d’apertura . Per tutte le
antenne si assuma un rendimento
.
Calcolare:
a) Il raggio dell’antenna del satellite per avere un EIRP
(Effective Isotropic Radiated Power) in
corrispondenza del ricevitore RX di 50dBW.
b) La densità di potenza in corrispondenza della stazioni
riceventi RX e RX1 poste rispettivamente a 100km
e 1000km rispetto alla direzione di massima irradiazione
dell’antenna satellitare.
c) La potenza del segnale ai morsetti d’uscita dell’antenna
della stazione ricevente RX.
d) Il guadagno in potenza dell’amplificatore collocato sul
satellite.
e) Il raggio dell’antenna della stazione trasmittente posta
100km dalla direzione di massima irradiazione
dell’antenna satellitare.
f) La potenza del segnale ed il rapporto segnale rumore
all’uscita dell’antenna della stazione ricevente
RX1 nell’ipotesi che essa sia
identica a quella di RX.
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SEZIONE A – Settore dell’informazione
LM-32, 35/S – Ingegneria informatica
Tema 1 – Modellistica e controllo di un braccio robotico a un
grado di libertà
Si consideri lo schema di controllo in retroazione illustrato in
Fig. 1. La funzione di trasferimento Si consideri lo schema di
controllo in retroazione illustrato in Fig. 1. La
funzione di t rasferimento
G1(s) =20
s + 20
rappresenta la dinamica dell’at tuatore, G2(s) rappresenta il
sistema da con-
trollare e R(s) rappresenta la funzione di t rasferimento del
regolatore. I seg-
nali d(t), n(t) e r (t) rappresentano rispett ivamenteun
disturbo sull’at tuazione,
il rumore di misura e il setpoint desiderato per l’uscita y(t).
I l sistema da
controllare è rappresentato in Fig. 2 ed è cost ituito da una
massa M = 1
Kg, una molla lineare con rigidezza H = 10 N/ m e uno smorzatore
con
coefficiente di smorzamento B = 2 Ns/ m. La massa è at tuata
con una forza
f (t) e la posizione è indicata con y(t).
R(s) G1(s) G2(s)
d(t)n(t)
r(t) y(t)+ +
+ +-
-f(t)a(t)u(t)
Figure 1: Schema di Controllo in Retroazione
M
H By(t)
y=0
f(t)
Figure 2: L’impianto.
1. Si calcoli la funzione di t rasferimento G2(s) considerando
come in-
gresso la forza f (t) e come uscita la posizione y(t).
Sia R(s) = K un controllore proporzionale con guadagno K > 0
e si consid-
erino n(t) = d(t) = 0.
1
rappresenta la dinamica dell’attuatore, G2(s) rappresenta il
sistema da controllare e R(s) rappresenta la
funzione di trasferimento del regolatore. I segnali d(t), n(t) e
r(t) rappresentano rispettivamente un disturbo
sull’attuazione, il rumore di misura e il setpoint desiderato
per l’uscita y(t). Il sistema da controllare è un
semplice robot a un grado di libertà, rappresentato in Fig. 2.
Il robot è costituito da un corpo rigido nel piano
xz vincolato a muoversi intorno all’origine da un giunto
rotoidale. Il momento di inerzia del robot è
J=1Ns2/rad mentre il giunto è caratterizzato da un attrito
viscoso di rotazione con coefficiente B=2Ns/rad e
da un richiamo elastico che può essere modellato con una molla
rotazionale con un coefficiente H=10 N/rad.
Il robot è attuato con una coppia τ(t) e l’uscita y(t) è la
posizione angolare del robot.
Si consideri lo schema di cont rollo in ret roazione illust rato
in Fig. 1. La
funzione di t rasferimento
G1(s) =20
s + 20
rappresenta la dinamica dell’at tuatore, G2(s) rappresenta il
sistema da con-
t rollare e R(s) rappresenta la funzione di t rasferimento del
regolatore. I seg-
nali d(t), n(t) e r (t) rappresentano rispet t ivamenteun
disturbo sull’at tuazione,
il rumore di misura e il setpoint desiderato per l’uscita y(t).
I l sistema da
cont rollare è rappresentato in Fig. 2 ed è cost ituito da una
massa M = 1
Kg, una molla lineare con rigidezza H = 10 N/ m e uno smorzatore
con
coefficiente di smorzamento B = 2 Ns/ m. La massa è at tuata
con una forza
f (t) e la posizione è indicata con y(t).
R(s) G1(s) G2(s)
d(t)n(t)
r(t) y(t)+ +
+ +-
-f(t)a(t)u(t)
Figure 1: Schema di Cont rollo in Retroazione
M
H By(t)
y=0
f(t)
Figure 2: L’impianto.
1. Si calcoli la funzione di t rasferimento G2(s) considerando
come in-
gresso la forza f (t) e come uscita la posizione y(t).
Sia R(s) = K un controllore proporzionale con guadagno K > 0
e si consid-
erino n(t) = d(t) = 0.
1
Figura 1: Schema di Controllo in Retroazione
Figura 2: Il robot a un grado di libertà
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1. Si calcoli la funzione di trasferimento G2(s) considerando
come ingresso la coppia τ (t) e come uscita
la posizione angolare y(t).
2. Si trovi una rappresentazione minima ingresso-stato-uscita
del robot a un grado di libertà e si analizzino la controllabilità
e l’osservabilità del sistema.
3. Si disegni uno stimatore asintotico dello stato per il robot
a un grado di libertà.
Si progetti un regolatore R(s) per soddisfare le seguenti
specifiche:
errore a regime nullo in presenza di ingresso di riferimento
r(t) e di disturbo d(t) a gradino
Massima sovraelongazione percentuale della risposa al gradino di
riferimento r(t) inferiore al 10%
Tempo di assestamento al 5% della risposta al gradino di
riferimento r(t) minore o uguale a 6 secondi.
con riferimento allo schema di controllo ottenuto
4. Si traccino i diagrammi di Bode e il diagramma di Nyquist del
guadagno d’anello. Si determinino inoltre il margine di fase e il
margine di ampiezza per il sistema chiuso in retroazione.
5. Si determini l’attenuazione (in modulo) di un disturbo
periodico d(t) sull’uscita dato da d(t) = 3 sin(0.3t)
6. Si determini l’attenuazione (in modulo) di un rumore di
misura n(t) dato da d(t) = 0.1 sin(300t)
7. Determinare l’uscita y(t) quando i segnali di riferimento,
rumore e
disturbo valgono
rispettivamente r(t) = 5, n(t) = 0.3 sin(100t) e d(t)=e-3t
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Tema 2 – Progettazione di un sistema di raccolta analisi e
fruizione di servizi in un contesto IoT distribuito.
.
L'avvento di sensori con capacità di networking apre la strada a
nuovi scenari per la realizzazione di servizi
innovativi. Si consideri una azienda che produce sensori di
temperatura. L'azienda produce sensori in grado
di misurare grandezze quali temperatura, umidità, concentrazione
di inquinanti, sia in ambienti interni che
all'esterno. Tali sensori possono essere dotati di capacità di
networking (più o meno avanzate). La strategia
aziendale e' duplice:
1. Si offre agli utenti la possibilità di acquistare sensori o
altri appliance per mettere sotto controllo il clima
in casa o nelle immediate vicinanze. Una volta installati e
configurati (il processo di configurazione dovrà
essere il più semplice possibile), i sensori trasferiranno le
loro rilevazioni a un data center remoto. Questo
data center offrirà agli utenti la possibilità di controllare da
qualsiasi postazione i dati salienti del clima in
casa e nelle immediate vicinanze (accedendo ai dati dei propri
sensori)
2. Si offre un servizio aggiuntivo con cui si accede a
informazioni sul clima di tipo previsionale e aggregato
per area geografica usando come input i dati presi dalla rete di
sensori accedendo al data center.
Sulla base delle proprie competenze si chiede al candidato
di:
1. Definire il processo di raccolta dati dai sensori verso il
data center, evidenziando tecnologie, protocolli,
topologie (ed eventualmente indicando la presenza di nodi
intermedi che agiscono come gateway)
2. Definire la struttura dati usata per immagazzinare e mettere
a disposizione i dati per l'erogazione dei
servizi
3. Definire il progetto del software per la raccolta dati e
l'erogazione dei servizi
4. Definire e dimensionare l'infrastruttura di calcolo a
supporto dei servizi
Dopo aver delineato una soluzione per i quattro punti sopra
descritti, si chiede al candidato di sceglierne uno
e approfondirlo, definendo e confrontando le possibili scelte
tecnologiche (possibilmente fornendo un'analisi
costi benefici) e procedendo a un progetto dettagliato di
elementi software e strutture dati.