C B - UnimoreEsami di stato per l'abilitazione all'esercizio della professione di Ingegnere II sessione anno 2014 Prova pratica – 16.12.2014 SEZIONE B – Settore civile e ambientale

Esami di stato per l'abilitazione all'esercizio della professione di Ingegnere

II sessione anno 2014

Prova pratica – 16.12.2014

SEZIONE B – Settore civile e ambientale

Ingegneria civile

Tema 1 – Progetto di un solaio

Si consideri un solaio e lo si schematizzi come una trave continua su più appoggi, come in Figura.

In prima approssimazione, si consideri un problema piano caricato uniformemente dal carico costante q e

dalla forza concentrata F, che rappresenta il peso di una antenna per la trasmissione del segnale GSM posta

in copertura (si assume che il contatto avvenga per tramite di una base sufficientemente larga da garantire la

sicurezza rispetto al punzonamento).

Il Candidato svolga i punti di seguito indicati, con esplicito riferimento ad essi, assumendo F=r qL dove r è

un numero reale positivo che indica l'incertezza nella valutazione del peso dell'antenna

1. Si determinino le reazioni vincolari VA, VB e VC in funzione di r; 2. Si determini per quale valore di r si ha VB=0; 3. Si tracci e discuta l'andamento qualitativo delle caratteristiche della sollecitazione T, M; 4. Si determini il valore massimo del momento flettente e la sua posizione x in termini di distanza da A; 5. Si determini il valore massimo del taglio e la sua posizione x in termini di distanza da A;

In seconda istanza, si considerino i seguenti valori dei parametri

L 4 m

q 1800 daN/m

F 5 kN

6. Si progettino la tipologia di solaio ed i materiali impiegati; 7. Si dimensionino le armature; 8. Si produca un disegno esecutivo recante i risultati della progettazione, avendo cura di definire i

particolari esecutivi di collegamento trave pilastro e le carpenterie.

q

A

LL

B C F

L




Tema 2 – Progetto del solaio di un’abitazione

Il candidato esegua il progetto dei solai dell’edificio presente nelle figure seguenti. I solai (di copertura e di

piano), sono in laterocemento e non possono avere altezza superiore a 25 cm. Il candidato definisca i

materiali che intende utilizzare e gli schemi statici relativi, effettui l’analisi dei carichi e le verifiche più

significative per entrambi i solai. Per le azioni variabili, si tenga conto che l’edificio è residenziale ed è da

costruirsi nel comune di Modena. Nella figura 3 è presente l’orditura del solaio di piano primo. L’orditura

della copertura è analoga a quella del piano primo.

Ogni altro dato mancante può essere assunto dal candidato previa giustificazione.

28

55

0

30520 520 4040

+6.05

340170

45

10

0

17

18

40

246

1

50

28

5 14

04

5

+6.05

+0.00

+3.35

-0.05

26

5

28

5

62

3

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Figura 1: sezione A-A




PROSPETTO SUD

Figura 2: Prospetto sud




A

A

ORDITURA SOLAIO

1295

1150

19

5

40

40 470 30 40

12

04

40

12

02

75

52

03

05

20

40

120 375 120 200 120 150

1150

19

5

40

12

04

40

12

02

75

52

03

05

20

40

210

1295

40 470 30 715 40

280 90 350 90 150245 90

100 10 210 10 385

Figura 3: pianta di piano primo con orditura dei solai




SEZIONE B – Settore civile e ambientale

Ingegneria ambientale e del territorio

Tema 1 – Dimensionamento di un letto percolatore

Per la progettazione di un impianto per il trattamento delle acque reflue provenienti da un’area urbana è

previsto l’inserimento di un letto percolatore. Le principali prescrizioni per questo dispositivo sono:

a) Rendimento medio depurativo di = 0.90; b) Forma circolare; c) Carico idraulico superficiale Cis < 0.8 m/h

Facendo uso dei dati di progetto sotto riportati, proporre un primo dimensionamento (altezza e raggio) della

vasca del letto di percolazione. Per le eventuali ipotesi o dati non riportati nelle prescrizioni o nei dati di

progetto il Candidato faccia le scelte che ritiene opportune motivandole.

Dati di progetto:

Numero di abitanti dell’area urbana: 6000 ab

Dotazione idrica per abitante: 250 L d-1 ab-1

Coefficiente di afflusso in fognatura: 0.8

BOD5 affluente al percolatore: 170 mg/L

Tema 2 – Progetto del solaio di un’abitazione

Il candidato esegua il progetto dei solai dell’edificio presente nelle figure seguenti. I solai (di copertura e di

piano), sono in laterocemento e non possono avere altezza superiore a 25 cm. Il candidato definisca i

materiali che intende utilizzare e gli schemi statici relativi, effettui l’analisi dei carichi e le verifiche più

significative per entrambi i solai. Per le azioni variabili, si tenga conto che l’edificio è residenziale ed è da

costruirsi nel comune di Modena. Nella figura 3 è presente l’orditura del solaio di piano primo. L’orditura

della copertura è analoga a quella del piano primo.

Ogni altro dato mancante può essere assunto dal candidato previa giustificazione.




28

55

0

30520 520 4040

+6.05

340170

45

10

0

17

18

40

246

1

50

28

5 14

04

5

+6.05

+0.00

+3.35

-0.05

26

5

28

5

62

3

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Figura 1: sezione A-A




PROSPETTO SUD

Figura 2: Prospetto sud




A

A

ORDITURA SOLAIO

1295

1150

19

5

40

40 470 30 40

12

04

40

12

02

75

52

03

05

20

40

120 375 120 200 120 150

1150

19

5

40

12

04

40

12

02

75

52

03

05

20

40

210

1295

40 470 30 715 40

280 90 350 90 150245 90

100 10 210 10 385

Figura 3: pianta di piano primo con orditura dei solai




SEZIONE B – Settore industriale

Ingegneria meccanica

Tema 1 – Dimensionamento di una molla.

Si progetti la molla, mostrata In Figura 1 per utilizzo nell’attrezzatura di bloccaggio manuale per lavorazioni

meccaniche mostrata in Figura 2 (componente 11). La molla deve essere in grado di esercitare una forza di

30N alla massima corsa richiesta pari a 20mm e deve poter essere guidata dal perno 2 che ha un diametro

esterno di 6 mm. Si dimensioni il componente elastico per avere un grado di sicurezza maggiore di 2. Si

motivino adeguatamente le scelte fatte anche in termini di produzione della molla.

Fig. 1

Fig. 2




Tema 2 – Approvvigionamento di componenti

L'azienda Alfa deve valutare le politiche di approvvigionamento dei componenti del prodotto riportato in

figura 1.

Figura 1: Prodotto di riferimento per il progetto

Si richiede al candidato di:

- 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 484 euro e che i costi di stoccaggio sono pari a 17 [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: 3% 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 37 euro/pezzo e che il costo di produzione sarebbe di 425 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: 724x800x600 (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

40 mm




- 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.




SEZIONE B – Settore industriale

Ingegneria elettrica

Tema 1 – (Convertitore Boost)

+

-

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 = 200KHz e duty cycle del 66.7%, resistenza

di carico RL = 20Ω, C = 100µF e L = 20µH.

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) Considerando una resistenza parassita dell’induttore RIND = 1Ω, 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.

4) Nel caso di tensione di accensione del diodo D pari a VD = 600mV, determinare il valore del duty cycle necessario per avere una tensione di uscita VOUT = 20V considerando il circuito in continuous

mode.

5) Ripetere il punto 2) nell’ipotesi di resistenza di carico RL = 270Ω 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.




Tema 2 – (Convertitore Buck)

+

-D

L

C RL VOUTVIN

T

Considerare per il circuito in figura i seguenti parametri: componenti ideali, VIN = 24V, 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 = 50µF e L = 100µH.

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) Considerando una resistenza parassita dell’induttore RIND = 3.4Ω, 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.

4) Considerando una tensione di accensione del diodo D pari a VD = 500mV e tutti gli altri componenti ideali, determinare il valore del duty cycle necessario per avere una tensione di uscita VOUT = 16V

considerando il circuito in continuous mode.

5) Ripetere il punto 2) nell’ipotesi di resistenza di carico RL = 500Ω 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.




SEZIONE B – Settore dell’informazione

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=2Ns2/rad mentre il giunto è caratterizzato da un attrito viscoso di rotazione con coefficiente B=1Ns/rad e

da un richiamo elastico che può essere modellato con una molla rotazionale con un coefficiente H=20 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




1. Si calcoli la funzione di trasferimento G2(s) considerando come ingresso la coppia τ (t) e come uscita

la posizione angolare y(t).

Sia R(s) = K un controllore proporzionale con guadagno K > 0 e si considerino n(t) = d(t) = 0.

2. Si disegni il luogo delle radici del sistema in retroazione al variare di   K

3. Si determini il massimo valore di K per il quale il sistema chiuso in retroazione risulta stabile

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 del guadagno d’anello

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




Tema 2 – Progetto di un sistema di raccolta e analisi di dati da sensori

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).

Sulla base delle proprie competenze si chiede al candidato di:

1. Definire la struttura di un sistema informatico che consenta agli utenti di raccogliere, visualizzare a

analizzare i dati raccolti dai sensori dislocati nella propria abitazione

2. Definire la struttura dati usata per immagazzinare i dati

3. Definire la struttura del software che consenta la

- raccolta dei dati dai sensori

- visualizzazione dei dati raccolti

- elaborazione dei dati (es. analisi previsionali, ricerca di trend, identificazione di valori massimi e

minimi, ...)

4. Progettare in modo dettagliato uno dei tre servizi di cui al punto 3

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