FACOLTA` DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA in Ingegneria

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FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA in Ingegneria Industriale
Classe L/9
Insegnamento di Elettrotecnica
S.S.D. ING/IND 31 – 9 C.F.U. – A.A. 2014-2015
Docente: Prof. Michele De Santis
E-mail: [email protected]
(solo per comunicazioni interne e amministrative)
Nickname: desantis.michele
Presentazione del corso
Il corso è di secondo anno, il programma si divide in tredici parti principali. In piattaforma il
materiale è organizzato secondo cinquantacinque lezioni; ogni lezione è costituita da dispense che
possono essere utilizzate come materiale didattico per lo studio della materia più lo stesso materiale
spiegato e commentato dal docente. In piattaforma sono presenti anche esercizi svolti dal docente e
gli appelli dati in precedenza con relative soluzioni. Le lezioni svolte in aula vengono registrate e
poste in piattaforma come ulteriore ausilio didattico. La scansione temporale della preparazione del
corso da parte dello studente è organizzata in dodici settimane, per l’apprendimento dei moduli e lo
svolgimento di esercizi.
Propedeuticità
Gli esami propedeutici alla preparazione del corso di Elettrotecnica sono Analisi e Fisica.
Ricevimento studenti
Consultare il calendario alla pagina seguente del sito verificando gli orari di Videoconferenza:
http://www.unicusano.it/calendario-lezioni-in-presenza/calendario-area-ingegneristica
Orario delle lezioni
Consultare il calendario alla pagina seguente del sito verificando gli orari di Lezione:
http://www.unicusano.it/calendario-lezioni-in-presenza/calendario-area-ingegneristica
Date degli appelli
Consultare il calendario alla pagina http://www.unicusano.it/date-appelli/appelli-ingegneria per gli
appelli nella sede di Roma, e alla pagina http://www.unicusano.it/date-appelli/appelli-sedi-esterne
per gli appelli nelle sedi esterne.
Programma del corso
Il corso introduce alla conoscenza dei principi dell'elettrotecnica e fornisce i metodi per lo studio
dei circuiti elettrici nel dominio del tempo ed in regime sinusoidale, i metodi di analisi sistematica
ed i teoremi fondamentali dell’analisi delle reti. L'impiego usuale dei modelli e dei metodi
dell'analisi dei circuiti elettrici, per applicazioni di potenza, è messo in evidenza mediante
l'illustrazione dei metodi di rifasamento e del funzionamento dei sistemi trifase. Infine si affronterà
lo studio delle principali applicazioni industriali dell'elettrotecnica, in particolare delle macchine
elettriche.
In particolare il programma del corso si articola nel seguente modo:
Modulo I (metà prima settimana, lezioni 1-2): Definizioni delle grandezze fisiche elettriche.
Richiami su alcune grandezze fondamentali e definizioni nel SI delle relative unità di
misura: intensità di corrente, campo elettrico e potenziale, differenza di potenziale, tensione,
forza elettromotrice, equazioni di Poisson e di Laplace.
Modulo II (seconda metà prima settimana, lezioni 3-4): Convenzioni.
Modelli circuitali a parametri concentrati e a parametri distribuiti. Limiti di validità.
Definizione e classificazione dei bipoli e convenzioni di segno.
Modulo III (seconda settimana, lezioni 5-7):Principi di Kirchhoff.
Reti elettriche: I e II Principio di Kirchhoff, elementi di topologia delle reti (grafi, alberi, coalberi, maglie e relative proprietà elementari). Teorema di Tellegen. Potenze elettriche e
relative convenzioni.
Modulo IV(terza settimana, lezioni 8-16): Bipoli elementari e leggi costitutive di Ohm.
Relazioni costitutive dei bipoli elementari lineari e permanenti: resistore, condensatore,
induttore, generatore ideale di tensione e di corrente. Reti elettriche resistive.
Rappresentazione di un generatore reale. Leggi costitutive dei bipoli e legge di Ohm
generalizzata. Modello di Thevenin e di Norton.
Modulo V(quarta settimana, lezioni 17-18): Analisi delle reti estesa agli induttori accoppiati
lineari.
Modello circuitale dell’induttore accoppiato, segno della mutua induttanza, analisi delle reti
estesa agli induttori accoppiati lineari.
Modulo VI(quinta settimana, lezioni 19-25): Analisi delle reti elettriche resistive.
Metodo della sovrapposizione degli effetti, trasformazione delle reti, resistori in serie e
parallelo, trasformazioni stella/triangolo.
Modulo VII(sesta settimana, lezioni 26-30): Metodi di analisi delle reti elettriche.
Metodo dei nodi, determinazione sistema di equazioni, metodo dei nodi in forma matriciale,
teorema di Millman, applicazione del teorema di Millman, metodo delle maglie.
Modulo VIII(settima settimana, lezioni 31-39): Analisi delle reti elettriche in regime
permanente continuo e sinusoidale.
Analisi del regime transitorio e del regime permanente. Analisi del regime permanente
sinusoidale, rappresentazione vettoriale, metodo simbolico, grandezze periodiche e
sinusoidali. Bipoli in regime permanente sinusoidale. Impedenza ed ammettenza di un
bipolo. Il metodo simbolico e la rappresentazione vettoriale. Trasformazioni di equazioni
integro-differenziali, circuito risonante.
Modulo IX(ottava settimana, lezioni 40-42): Potenza elettrica nel regime permanente
sinusoidale.
Potenza istantanea, potenza attiva e reattiva. Conservazione delle potenze attive e reattive
(teorema di Boucherot), massimo trasferimento di potenza.
Modulo X(nona settimana, lezioni 43-47): Analisi delle reti in regime variabile.
Definizione di trasformata di Laplace. Tabella delle trasformate di Laplace di maggiore
utilizzo, proprietà e regole delle trasformate di Laplace. Ricerca dell’anti-trasformata.
Modulo XI(decima settimana, lezioni 48-52): Doppi bipoli.
Reti due porti resistive, doppi bipoli lineari passivi: analisi e sintesi. Rappresentazione delle
reti due porte secondo le matrici Z,Y,H,H’,T e T’. Teorema di reciprocità, generatori
controllati, trasformatore ideale, rete due porte a L, a T e pi-greco.
Modulo XII(undicesima settimana, lezioni 53-54): Elementi di distribuzione dell’energia
elettrica: reti elettriche trifase.
Risoluzione delle reti elettriche trifase. Soluzione delle reti elettriche trifase per
collegamento stella/stella con e senza neutro, triangolo/triangolo, triangolo/stella,
stella/triangolo. Potenza nei sistemi simmetrici ed equilibrati.
Modulo XIII(dodicesima settimana, lezione 55): Macchine sincrone ed asincrone.
Teoria del campo magnetico rotante. Principio di funzionamento delle macchine asincrone e
sincrone. Modelli circuitali equivalenti.
Riferimenti bibliografici
1. Dispense del docente.
2. F. Iliceto , “Lezioni di elettrotecnica”, La Goliardica/Pàtron, Roma, 1978/1988 – Vol. I e II,
ISBN: 9788855520621- 9788855520638.
3. S. Bobbio, “Esercizi di Elettrotecnica”, CUEN, Napoli, 1995, ISBN: 9788871462684.
Obiettivi formativi:
Il corso ha l’obiettivo di fornire allo studente le conoscenze di base dell’elettrotecnica e quelle di
livello superiore per affrontare le tematiche più complesse quali le reti trifase ed i motori elettrici.
Risultati di apprendimento attesi:
Padronanza delle grandezze fisiche elettriche e delle strutture elettriche.
Programma ridotto:
Gli studenti che, a seguito dell’avvenuto riconoscimento di un esame affine, sostenuto in una
precedente carriera accademica, devono sostenere l’esame di Elettrotecnica in forma ridotta (e non
da 9 c.f.u.) saranno esaminati su argomenti relativi alla sola parte di analisi circuitale nel dominio
della pulsazione (Moduli 30-55 del corso).
Gli studenti di altri corsi di laurea che intendono sostenere l’esame di Geometria, come materia a
scelta da 6 c.f.u., saranno esaminati su argomenti relativi alla sola parte di analisi circuitale nel
dominio della pulsazione (Moduli 30-55 del corso).
Modalità d’esame e di valutazione
L’esame consiste in una prova scritta della durata di 90 minuti, sia quando svolto nella sede di
Roma, sia quando svolto in un polo esterno. Non è prevista una prova orale obbligatoria.
Tuttavia, gli studenti che hanno sostenuto la prova scritta presso la sede di Roma, conseguendo un
voto almeno pari a 18/30, possono chiedere in modo del tutto facoltativo di sostenere una prova
orale. Tale prova consisterà in una interrogazione sulle definizioni, proprietà, dimostrazioni di
teoremi dati durante il corso, nonché in applicazioni dei concetti acquisiti tramite lo svolgimento di
piccoli esercizi. L’esito di tale prova orale facoltativa può, ovviamente, contribuire ad accrescere il
voto finale ottenuto dallo studente, ma anche farlo decrescere in caso di una prova scarsa.
Durante la prova scritta NON è consentito utilizzare dispense, appunti, testi o formulari in formato
cartaceo né digitale. L’uso della calcolatrice è consentito solo nel caso di calcolatrici non
scientifiche né programmabili.
CURRICULUM VITAE ET STUDIORUM.
Michele De Santis è nato a Venezia il 26 Gennaio 1981 e si è laureato col voto di 107/110 in
Ingegneria Elettronica presso l’università Roma Tre di Roma il 31 Maggio del 2005, discutendo una
tesi dal titolo “Implementazione di un sistema di watermarking con cifratura dell’immagine
marchio”, relatore il Prof. Giuseppe Schirripa Spagnolo e ha conseguito il titolo di dottore di ricerca
in Ingegneria Elettronica, in data 23/04/2009, presso l’università Roma Tre di Roma, discutendo
una tesi dal titolo “Fragile Watermarking Techniques for Image Authentication”, relatore Prof.
Giuseppe Schirripa Spagnolo.
Nel settembre del 2005 è risultato vincitore del concorso per l’ammissione al corso di Dottorato di
Ricerca (XXI Ciclo) in Ingegneria Elettronica, presso l’università Roma Tre di Roma. Ha svolto la
sua attività di ricerca di dottorato presso il laboratorio Escher del Dipartimento di Ingegneria
Elettronica della stessa università. Nell’ambito delle attività del dottorato nell’a.a. 2005/2006 ha
collaborato con il proprio docente guida Prof. Giuseppe Schirripa Spagnolo, svolgendo le
esercitazioni del corso di Elettronica III (C.S. Ing.Elettronica), nel quale ha approfondito lo studio
di tematiche riguardanti l’elettronica analogica e digitale, e le attività di laboratorio del corso di
Sstemi Elettronici per i Beni Culturali (C.S. Ing.Elettronica), entrambe le mansioni sono state svolte
anche nei successivi a.a. 2006/2007 e 2007/2008. Durante queste attività, in particolare quella di
Sistemi Elettronici per i Beni Culturali, ha seguito e collaborato nella realizzazione di un sistema di
interfaccia, tra un sensore di umidità ed un computer, realizzato in ambiente LabView. Nell’a.a.
2006/2007, ha svolto 150 ore di tutoraggio per il corso di Comunicazioni Multimediali (C.S.
Ing.Elettronica) tenuto dall’ing. Marco Carli. Da settembre del 2007 ad Aprile del 2008, si è recato
negli Stati Uniti presso il dipartimento di Computer Science dell’università Polytechnic di Brooklyn
(New York), per un periodo di studio all’estero. In questi mesi, ha collaborato ad attività di ricerca,
inerenti al proprio percorso di dottorato, con il Prof. Nasir Memon. Dal mese di Novembre 2008,
subito dopo la fine del periodo di Dottorato, è detentore di un assegno di ricerca presso l’Università
della Basilicata, ma con mansioni da svolgere presso il laboratorio di acusto-elettronica
dell’università di Roma Tre. Concluso a fine ottobre 2009 l’assegno di ricerca presso l’Università
della Basilicata, il dott. Michele De Santis risulta vincitore di un successivo assegno di ricerca
presso l’Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario(IFSI) di Roma, dove prende servizio in data
primo dicembre 2009. Finita l’esperienza presso IFSI risulta vincitore di un successivo assegno di
ricerca presso il dipartimento di fisica dell’università Roma Tre dove prende servizio nel mese di
giugno del 2011. Tale contratto si è concluso a fine 2011. Dal 2012 dott. Michele De Santis lavora
presso il consorzio di ricerca S.C.I.R.E., da Settembre 2013 risulta anche professore a contratto
presso l’Università degli Studi Niccolò Cusano-Telematica Roma.
L’attività di ricerca dell’ing. Michele De Santis è stata dedicata principalmente ad argomenti che si
inquadrano nella disciplina dell’Image Processing e di attività ausiliaria su tematiche che riguardano
la sicurezza in generale. Si è occupato anche dello studio e modellazione di trasduttori ultrasonici
per applicazioni ecografiche. All’IFSI ha lavorato su tematiche riguardanti la fisica del plasma, per
studi su satelliti orbitanti nella ionosfera e per apparecchiature per il controllo del vento solare.
Durante l’ultimo contratto presso il dipartimento di fisica dell’università Roma Tre, Michele De
Santis ha lavorato su tematiche riguardanti misurazioni tramite strumento TDR di proprietà
elettromagnetiche di materiali quali ghiacci salati per lo studio della loro possibile presenza sui
satelliti di Giove.
L’Image Processing è quella materia che studia i modi per processare un segnale in ingresso al
sistema che nel caso specifico risulta essere una immagine. In maniera più specifica, egli si è
occupato e continua ad occuparsi di “watermaking”, una tecnica che permette di porre
dell’informazione (l’immagine marchio), all’interno di altra informazione digitale (l’immagine
marchiata cioè quella che ospita il marchio). Argomento della sua tesi di laurea è stato lo studio e
l’implementazione di un sistema di watermarking con cifratura dell’immagine marchio[1], il tutto
realizzato nell’ambiente software di MATLAB. Il sistema di watermarking aveva come scopo finale
quello della autenticazione della immagine da marcare(con autenticazione si intende
l’identificazione della immagine con il legittimo proprietario). La relazione univoca tra proprietario
e immagine veniva realizzata tramite codifica RSA dell’immagine marchio. Tale codifica, essendo
costituita da due chiavi pubblica e privata, consentiva a chiunque lo volesse di verificare
l’autenticità dell’immagine, decodificando il marchio posto al suo interno. Questo poteva essere
fatto con la chiave pubblica, la cui conoscenza era resa nota. Tuttavia, nessuno era in grado di
codificare un marchio diverso nella stessa immagine o lo stesso marchio in uma immagine diversa,
poiché non era a conoscenza della chiave segreta. La tecnica di watermarking che veniva utilizzata
era di tipo olografico, cioè al posto dell’immagine marchio veniva posto nell’immagine ospite, il
suo ologramma. L’utilizzo della olografia nell’ambito dell’informazione digitale, presentava un
grosso vantaggio: la possibilità di ricavare l’immagine marchio, o meglio l’ologramma di essa, oltre
che da tutta l’immagine marcata, anche da piccole porzioni di quest’ultima. Questo rendeva la
tecnica del watermaking molto più versatile e meno sensibile ad eventuali perdite di informazione
che potevano avvenire nel web, a causa della possibile diffusione della immagine marcata. Tale
lavoro riscosse un buon successo tanto da risultare in un “invited paper”, presso “The conference on
Optical Security and Counterfeit Deterrence Techniques VI” a San Jose California nel gennaio del
2006. L’ing. Michele De Santis ha presentato, cioè è stato lo speaker di tale articolo in questa
conferenza. Sempre in ambito di watermarking olografico, un ulteriore articolo è stato presentato
alla conferenza EUSIPCO nel settembre del 2006 e la conferenza IASTED nel settembre del 2008,
anche in questo caso l’articolo è stato presentato dall’ing. Michele De Santis. La sua attività
comprende lo studio di molteplici aspetti dell’analisi di immagini, non solo nel campo dell’olografia
ma anche in campo puramente spaziale. In tal caso, viene fatta un’analisi diretta sui pixels
costituenti l’immagine senza passare, tramite possibili trasformazioni(come nel caso olografico) in
domini trasformati. Ciò, tuttavia, sempre con lo scopo finale di garantire la sicurezza della paternità
della immagine presa in esame. Di grande importanza è stato il lavoro svolto durante il periodo
passato negli Stati Uniti, a New York. La confidenza acquisita con la lingua inglese ed il confronto
con diverse realtà culturali, sono solo due dei vantaggi derivati da tale esperienza. In tali mesi,
infatti, egli ha continuato il suo cammino di specializzazione nella materia del watermarking,
curandone impieghi differenti. A venire marcata, in tal caso, è l’informazione digitale scambiata tra
due server durante una loro possibile comunicazione. Ciò, per poter rintracciare il mittente ed il
destinatario interessati allo scambio di informazione digitale. Nello specifico, si va a marcare la
temporizzazione tra i pacchetti inviati, in tal modo si riesce ad identificare la conversazione in
esame, dalle molte altre presenti nel web. Il marchio posto in tal maniera, risulta indelebile,
resistente anche alle reti anonimizzatrici presenti nella rete Internet. La rete anonimizzatrice presa in
considerazione in questo studio è stata quella di “Tor”. Tale ricerca è stata portata avanti in
collaborazione con il professor Nasir Memon dell’università Polytechnic di Brooklyn (NY). Lo
scopo fondamentale è stato quello di impedire la possibilità di avere conversazioni sulla rete
Internet non rintracciabili, fenomeno non accettabile per gli Stati Uniti in termini di sicurezza
interna del paese. Per quanto riguarda l’attività ausiliaria, essa si inquadra principalmente nella
sicurezza dell’autenticazione di tratti manoscritti di rilevante importanza giuridica. Al riguardo, è
stata fatta un’indagine sull’effetto apportato dal passare del tempo, sulle scritture a mano di atti
giuridici. In particolare, sono stati indagati i cambiamenti di pressione che tendevano a gonfiare e
sgonfiare i solchi lasciati dalle penne su carte legali. Tale studio è stato portato avanti in
collaborazione con il centro RIS dei carabinieri di Roma. Il lavoro è stato presentato presso il
congresso “Forensic Science International”, tenutosi a Helsinki nel giugno del 2006. Lo speaker
dell’articolo è stato l’ing. Michele De Santis.
Finito il periodo di tre anni di dottorato di ricerca, di cui ha ricevuto il titolo in dottore di ricerca in
ingegneria elettronica il 23/04/2009, ha cominciato a frequentare il laboratorio ACULAB
dell’università Roma Tre, in qualità di assegnista di ricerca iniziato nell’autunno del 2008 e con
scadenza in autunno del 2009, collaborando con i Prof. Massimo Pappalardo ed Antonio Iula, su
tematiche inerenti l’acustoelettronica ed in particolare lo studio di sonde ultrasoniche per
applicazioni ecografiche. In tale ambito, si è occupato della modellazione accurata di trasduttori
capacitivi micro-fabbricati su silicio(cMUT). I modelli finora sviluppati sono stati realizzati tramite
il software agli elementi finiti FEMLAB, applicativo del software commerciale MATLAB, di cui il
sottoscritto ha acquistato padronanza nel corso della sua attività di ricerca. Parallelamente
all’attività di modellazione di trasduttori acustoelettronici, Michele De Santis ha portato avanti un
progetto di ricerca per l’applicazione di tali trasduttori alla biometria, in particolare al
riconoscimento di impronte digitali tramite tecniche acustiche.
Conclusa l’esperienza nell’area della acustoelettronica, Michele De Santis è risultato vincitore di un
assegno di ricerca presso l’IFSI di Roma, dove ha preso servizio in data primo dicembre 2009. In
quest’ambito di ricerca si è occupato di tematiche concernenti la fisica del plasma. In particolare, ha
lavorato alla realizzazione di dispositivi che regolano il corretto funzionamento di una camera,
dove viene realizzato il plasma ionosferico.
Nel dicembre del 2010 è cominciata l’attività presso il dipartimento di fisica dell’università Roma
Tre. La tematica di ricerca è stata su misurazioni di proprietà dielettriche di materiali tramite TDR.
Lo studio è stato portato avanti all’interno del progetto Mars Express. E’ stata realizzata
un’interfaccia software in ambiente LabView per strumentazione quali HP 4284A e Network
Analyzer E5071C per lo studio di proprietà dielettriche di ghiacci salati.
Da Dicembre del 2011 lavora presso il consorzio S.C.I.R.E. su un progetto Industria 2015 di nome
HIQUAD. Nell’ambito di questo programma si occupa della parte elettrica/elettronica dello
sviluppo di un powertrain ibrido elettrico per un veicolo di tipo quadriciclo leggero. Le sue
mansioni specifiche sono il progetto di un software di simulazione della dinamica del veicolo in
ambiente Simulink MathWorks, la realizzazione, ricerca e successiva scelta dei componenti che
andranno a costituire la parte elettrica del powertrain del veicolo ed i test di laboratorio sul corretto
funzionamento dei singoli dispositivi del suddetto powertrain. Il software in ambiente Simulink è
stato realizzato nel primo anno di attività del progetto, diverse prove sono state eseguite su tale
software per validarne l’attendibilità. La fase successiva del lavoro si è concentrata nell’identificare
ed ordinare i diversi componenti del powertrain elettrico. I dispositivi sono stati provati
singolarmente e poi posti insieme all’interno di un veicolo utilizzato come pre-prototipo. Test
riguardanti l’entità della coppia erogata dai motori alle ruote e della potenza fornita dal pacco
batteria ai motori stessi sono al momento in atto per validare l’efficienza elettrica del powertrain.
Inoltre, prove di consumo di energia elettrica sono attualmente in corso per quantificare l’autonomia
del pacco batteria in diverse condizione di guida e percorso stradale.
Da Settembre 2013 l’ing. Michele De Santis ricopre l’incarico di professore a contratto annuale
presso l’Università degli Studi Niccolò Cusano-Telematica Roma per il corso di studi in Ingegneria
Industriale.
Il 3 Dicembre 2014 Michele De Santis sostiene il concorso da ricercatore a tempo determinato
presso l’Università degli Studi Niccolò Cusano risultandone successivamente vincitore; prenderà
servizio da Maggio 2015 presso la medesima università.
Ruolo coperto presso l’Unicusano: Ricercatore di tipo A, corso in affidamento Elettrotecnica.