ESAMI DI STATO PER L’ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE I SESSIONE ANNO 2015

IV prova scritta - Sezione A

ALLEGATO A1 - temi per il settore Civile e Ambientale

Traccia 1

Il candidato effettui il pre-dimensionamento di una struttura intelaiata in calcestruzzo armato di cinque piani con altezza interpiano pari a 3.2 m e planimetria riportata nella figura sottostante. La destinazione d’uso è civile abitazione.

6 m 6 m 6 m 6 m

7 m

7 m

Specificamente, il candidato determini, secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni, le seguenti azioni di progetto: i carichi permanenti sia strutturali sia non strutturali e l'azione sismica, definita in maniera semplificata come una forza statica equivalente applicata a ciascun telaio. Ai fini della valutazione dell’azione sismica, la struttura in oggetto ha vita nominale anni, seconda classe d’uso ed è sita nel comune di Cassino (FR) nel punto di longitudine pari a 13.824° e latitudine 41.485° su un sottosuolo di categoria A e categoria topografica T4 con coefficiente di amplificazione topografica

. Le probabilità di superamento nel periodo di riferimento , cui riferirsi per individuare l’azione sismica agente in ciascuno degli stati limite considerati, sono:

• 63% per lo stato limite di operatività (SLD), • 10% per lo stato limite di salvaguardia della vita (SLV).

Facendo riferimento alla tabella dei parametri spettrali seguente, il candidato

1. effettui il calcolo delle sollecitazioni degli elementi della struttura; 2. descriva sinteticamente le verifiche necessarie per il raggiungimento dei requisiti prestazionali

relativi allo Stato Limite ultimo SLV ed allo Stato Limite di Esercizio SLD; 3. progetti le armature della travata e della pilastrata maggiormente sollecitate (con disegni

esecutivi in scala opportuna); 4. descriva i criteri di progetto delle fondazioni.

Ai fini delle verifiche si utilizzino le combinazioni delle azioni secondo le NTC 2008. Le caratteristiche dei materiali sono a scelta del candidato. Ulteriori dati non specificati nella traccia possono essere assunti dal candidato nell’ambito dei valori comprovati nella pratica tecnica.

Traccia 2 Da un banco di argille omogenee fino a grandi profondità e interessate dalla falda fino a piano campagna è stato prelevato un campione indisturbato alla profondità di 5.5 m dal p.c. Su tale campione sono state eseguite diverse prove per la determinazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche.

γsat=19.2 kN/m3 wL=49% wP=21% wnat=23% Campione I (Profondità 5.50-6.00 m dal p.c.)

3Prova triassiale CD

σ’h = 50 kPa σ’h = 100 kPa σ’h = 200 kPa q (kPa) εa (%) εp (%) q (kPa) εa (%) εp (%) q (kPa) εa (%) εp (%)

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 82,0 1,0 0,8 98,0 1,0 1,5 120,0 1,0 2,0 121,8 2,0 1,2 145,4 2,0 2,2 183,0 2,0 3,0 120,5 3,0 0,8 158,6 3,0 2,5 236,5 3,0 3,4 105,2 4,0 -0,1 166,5 4,0 2,0 252,1 4,0 3,5 81,0 5,0 -1,0 159,3 5,0 1,0 254,2 5,0 3,4 72,3 6,0 -1,5 142,7 6,0 0,5 258,0 6,0 2,8 65,7 8,0 -1,8 133,3 8,0 -0,2 256,0 8,0 1,5 62,1 10,0 -1,9 129,2 10,0 -0,5 244,5 10,0 0,8 61,0 12,0 -2,0 121,0 12,0 -0,7 242,8 12,0 0,7 59,9 14,0 -2,1 119,8 14,0 -0,8 239,6 14,0 0,7

Prova triassiale UU

σh = 50 kPa σh = 100 kPa σh = 200 kPa q (kPa) εa (%) q (kPa) εa (%) q (kPa) εa (%)

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 121,2 1,0 128,0 1,0 120,1 1,0 235,4 2,0 234,0 2,0 235,2 2,0 330,8 3,0 325,6 3,0 321,2 3,0 364,1 4,0 358,8 4,0 358,7 4,0 378,0 5,0 370,2 5,0 380,4 5,0 391,4 8,0 389,8 8,0 395,8 8,0

Prova edometrica

σ’v (kPa) 25 50 100 200 400 800 1600 3200 800 200 50 εv (%) 0.2 0,67 1,34 2,02 5,38 8,74 12,10 15,46 14,11 12,77 11,43

Si individuino le seguenti proprietà del terreno: - Indice di plasticità, di consistenza, indice di porosità e dei vuoti del campione - Coefficiante di compressibilità e rigonfiamento, carico e rapporto di preconsolidazione - Diagrammi εa-q e εa-εp delle prove Triassiali CD, diagrammi εa-q delle prove Triax UU - Parametri di resistenza del terreno in condizioni drenate e non drenate

Su tale terreno si vuole impostare una trave di fondazione che trasferisca un sistema di carichi riportato nella figura e nella tabella sottostante. Si scelga il tipo di fondazione più adatta, si determinino le dimensioni e si effettuino le verifiche SLU e SLE previste dalla normativa.

4.70 m 5.10 m 4.90 m

I II II I

I II III IV Carichi verticali permanenti strutturali (kN)

352,5 735 750 367,5

Carichi verticali permanenti non strutturali (kN)

117,5 245 250 122,5

Carichi verticali variabili (kN) 117,5 245 250 122,5

- Per semplicità si è considerata la presenza di soli carichi verticali

Traccia 3

Su un lotto, con pendenza del 15%, di forma rettangolare (35x45 metri), confinante su due lati

contrapposti con lotti costruiti e sui restanti con strade pubbliche a percorso misto, il candidato progetti

un edificio residenziale composto da quattro alloggi a schiera disposti su due livelli fuori terra e uno

interrato, con altezza totale massima di 9 metri dal piano di campagna.

Ogni alloggio deve includere al minimo: ingresso, soggiorno, pranzo, cucina, servizi igienici (uno al primo

livello e due al secondo), ripostiglio, tre camere da letto e uno studio, nonché garage, cantina e locali

accessori (nell’interrato).

Le abitazioni devono essere completate da spazi esterni strutturati in modo da garantire un’idonea

fruibilità.

Il candidato dovrà redigere:

1. una planimetria generale, in scala 1:200, con l’indicazione dell’organizzazione degli spazi esterni e

l’esatta ubicazione dell’edificio;

2. piante, prospetti e almeno una sezione dell’edificio in scala 1:100;

3. almeno una unità spaziale elementare in scala 1:50 nella quale:

• indicare le attività elementari e il gruppo di fruizione (numero di partecipanti all’attività);

• identificare, elencare e rappresentare Arredi, Attrezzature e Moduli di attività.

Nel progetto dell’unità spaziale, inoltre, dovranno essere sinteticamente indicati i seguenti tipi di

spazio: Ingombro, Uso e Relazione.

4. almeno un dettaglio costruttivo in scala 1:20 di un nodo significativo.

Su tutti gli elaborati dovranno essere indicate in modo chiaro le tecniche costruttive e i materiali

impiegati, le quote e tutte le eventuali informazioni necessarie ad una corretta realizzazione

dell’organismo edilizio progettato.

Traccia 4

Si consideri la sponda di un lago schematizzata in figura, avente le seguenti dimensioni: altezza 10.00

m, inclinazione 45°.

Si faccia variare il livello dell’acqua nel lago partendo dalla condizione di lago vuoto e incrementando

progressivamente il livello idrico, procedendo con passi di 2 m, fino a raggiungere l’orlo della sponda. Si

supponga che il livello della falda nel terreno coincida con il livello idrico nel serbatoio.

Si calcoli il coefficiente di sicurezza, al variare del livello idrico, adottando il metodo Ordinario delle

Strisce (detto anche Metodo di Fellenius, ovvero Metodo Svedese) per la superficie di scivolamento

circolare avente raggio di 10 m e centro O ubicato all’intersezione tra il piano superiore della sponda e il

piano verticale passante per il piede (vedi figura).

Si supponga che il terreno sia omogeneo e dotato delle seguenti caratteristiche:

• peso dell’unità di volume γ = 20.00 kN/m3

• coesione c = 30 kN/m2

• angolo d’attrito φ = 35°

Si precisa che il calcolo deve essere eseguito mediante calcolatrice tascabile (senza ausilio di software

dedicato), dividendo il terreno in 10 strisce verticali dello spessore di 1 m ciascuna.

I dati numerici relativi a ciascuna striscia devono essere riportati in un’opportuna tabella, per ciascuna

verifica.

Si diagrammi infine il coefficiente di sicurezza ottenuto, in funzione del livello idrico nel lago.

Traccia 5

Il candidato effettui il dimensionamento di un impianto di potabilizzazione di acqua di lago di categoria

A2 al servizio di un centro abitato di 170.000 abitanti, ipotizzando una dotazione idrica pari a

300 l/ab*giorno.

Si tracci, inoltre, lo schema di funzionamento dell’impianto.

H = 10,00 m

45°

O

livello variabile

Traccia 6

Progettare una struttura di un edificio seminterrato adibito a parcheggio per automobili tenendo presente

le seguenti indicazioni:

- posti auto almeno 6

- pianta coperta dell’edificio 16,50x5,60 m

- intercapedine contro terra larghezza utile 1,00 m

- altezza utile interna 3,20 m

si richiede:

- la relazione di progetto dalla quale si possano desumere le normative specifiche di riferimento, i

criteri di progettazione con particolare riferimento alla sicurezza ed a qualche particolare

costruttivo, elaborati grafici costituiti da schemi o disegni di insieme atti a individuare l'opera ed

in particolare le scelte operate circa:

- materiali

- schemi statici semplificati adottati

- l’analisi dei carichi

- il calcolo in maniera semplificata delle sollecitazioni ed le verifiche semplificate di almeno

elemento strutturale (solaio, trave, pilastro)

- Il pre-dimensionamento con disegno in scala del sistema fondazionale dell’edificio (pianta e

sezione);

- Disegno carpenterie e dimensionamento dell’impalcato;

- Disegno carpenteria e dimensionamento muro di sostegno;

- In riferimento alle norme vigenti indichi:

- organizzazione del parcamento, la corsia di passaggio vetture e spazi manovra, rampe di

accesso;

- le problematiche impiantistiche antincendio con l’ausilio di eventuali schemi grafici;

- particolare costruttivo circa il sistema di copertura proposta.

Ipotesi di calcolo:

- Si trascurino tutte le azioni sisma e vento

- Si assuma sovraccarico neve pari a 0,6 kN/mq

- Per quanto riguarda il suolo di fondazione, si considerino i seguenti parametri geotecnici:

- Terreno Ghiaioso-sabbioso in assenza di falda:

- Peso specifico g= 19 kN/mc

- Coesione c= 0

- Angolo attrito interno f = 35°

Si tratta di caratteristiche tali da garantire l’assenza di cedimenti significativi per pressioni massime in

condizioni di esercizio pari a 25 N/cmq

ESAMI DI STATO PER L’ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE I SESSIONE ANNO 2015

IV prova scritta - Sezione A ALLEGATO A2 - temi per il settore Industriale

Traccia 1

L’albero riportato in figura trasmette una coppia torcente tra una ruota dentata di diametro primitivo pari a

160 mm ed una puleggia di diametro pari a 310 mm collegata tramite una cinghia piatta.

La ruota dentata riceve una potenza di 10 kW. La velocità di rotazione dell’albero è pari a 780 giri al

minuto.

La distanza tra i due cuscinetti centrali è pari a 260 mm mentre i due sbalzi sono lunghi 170 mm. Gli

spessori di ruota e puleggia sono di 80 mm.

L’angolo di avvolgimento della cinghia attorno alla puleggia è pari a 190°.

Dimensionare l’albero per una durata superiore a 200000 cicli dopo aver effettuato le opportune scelte

progettuali.

Calcolare le velocità critiche dell’albero.

Scegliere opportunamente i cuscinetti

Calcolare il risparmio in peso se l’albero dovesse essere realizzato in titanio invece che in acciaio.

Traccia 2

Al fine di realizzare un impianto combinato per la produzione di energia elettrica, si vogliono accoppiare

termicamente un ciclo Joule ed un ciclo Rankine con surriscaldamento. I principali parametri di progetto

dei due cicli sono riportati di seguito:

Ciclo Joule

Il ciclo opera tra la pressione atmosferica e la pressione massima di 8 bar. La temperatura di ingresso al

compressore è pari a 25 °C, mentre la temperatura massima del ciclo è pari a 1150 °C. I rendimenti

isoentropici di compressione e di espansione sono pari, rispettivamente, a 0,78 e 0,81. La potenza

meccanica netta erogata dal ciclo è pari a 700 kW.

Ciclo Rankine

Il ciclo Rankine evolve tra le pressioni di 0,05 bar e 75 bar. La temperatura di immissione in turbina è

pari a 400°C. I rendimenti isoentropici della pompa e della turbina siano assunti pari, rispettivamente, a

0,80 e 0,75.

Al fine di realizzare l’impianto in esame, si richiede al candidato di dimensionare uno scambiatore di

calore da utilizzare per l’accoppiamento termico dei due cicli. Ai fini del dimensionamento, si assuma per

lo scambiatore di calore una efficienza ε=0,75.

In particolare, il candidato:

individui la tipologia di scambiatore di calore ritenuta più adatta all’applicazione in esame

(tipologia costruttiva e geometria dei flussi), illustrando le motivazioni tecniche che ne hanno

determinato la scelta;

determini le temperature di lavoro del componente (ingresso ed uscita lati freddo e caldo) e

tracci, l’andamento qualitativo delle temperature dei due fluidi all’interno dello scambiatore,

giustificandolo analiticamente (nel caso di flussi paralleli);

calcoli l’area di scambio necessaria, potendo stimare la conduttanza globale del componente è

pari a 90 W/(m2K);

determini il volume complessivo del componente sulla base di un valore di densità di area di

scambio ritenuto adatto all’applicazione in esame;

calcoli la quantità di fluido di lavoro circolante nel ciclo a vapore e determini la potenza netta

complessiva ed il rendimento energetico globale del ciclo combinato.

Traccia 3

Il candidato progetti un sistema automatico di misura per il monitoraggio in linea del funzionamento di

alimentatori AC/DC monofase per applicazioni industriali, le cui principali grandezze caratteristiche sono:

- Tensione di ingresso nominale = 230 V ± 10 %

- Frequenza di ingresso = 50 Hz

- Tensione di uscita = 72 V ± 1 %

- Corrente massima in uscita = 10 A

In particolare, il sistema dovrà essere in grado di monitorare:

1) i valori efficaci delle d.d.p. e delle correnti sul lato AC e sul lato DC;

2) il THD di corrente lato AC fino ad una frequenza di 9 kHz;

3) l’efficienza dell’alimentatore (intesa come rapporto tra la potenza in uscita e la potenza

apparente in ingresso) con un’incertezza inferiore al 5 %.

Nello sviluppo del progetto si dimensionino le caratteristiche metrologiche delle sonde di tensione e

corrente e del sistema di acquisizione dati da impiegare e si evidenzino i seguenti aspetti:

- l’architettura proposta;

- l’eventuale elaborazione delle informazioni acquisite;

- le prestazioni in termini di risoluzione e accuratezza ottenibili;

- le cause di incertezza presenti;

- i vantaggi della soluzione proposta rispetto ad altre possibili.

Traccia 4

Sia data la linea aerea trifase di figura 1, realizzata con conduttori in rame (rif. tabella. UNEL 01437 con

ρ20=0.018 Ωmm2/m, αCu= 0,0039 °C-1) e avente una distanza tra i conduttori di 1200 mm. Assumendo i

dati riportati nelle tabelle I-III e le ipotesi che il candidato ritiene necessarie:

1) si determinino le sezioni dei conduttori nei vari tratti di linea, assumendo i carichi equilibrati ed una

caduta di tensione massima del 5% a partire dal punto A; si assuma per i carichi un fattore di

contemporaneità pari a 1 ed una temperatura di esercizio di 70 °C.

2) trascurando il contributo dei carichi, si determini la massima corrente di guasto per un corto-circuito

netto trifase nel punto F e la minima corrente di guasto per un corto-circuito fase 2-fase 3 in C,

assumendo una temperatura di fine cortocircuito pari a 120 °C; si dimensioni inoltre l’interruttore in A.

3) si valutino le potenze reattive rifasanti necessarie a portare i carichi C2 e C5 ad un fattore di potenza

di 0.9.

4) si descrivano le tipologie di rifasamento negli impianti elettrici, valutandone i criteri di impiego.

4 km 3 km

C2

3 km

5 km

6 km

C4

C3

C5

P = ∞

AT1

5 km

C1

B C D

EF

G

Tabella I – Dati dei carichi

C1 C2 C3 C4 C5 Sn 370 kVA 700 kVA 750 kVA 350 kVA 345 kVA cosϕ 0.8 0.7 0.85 0.87 0.77

Tabella II – Dati del trasformatore T1

Sn V1 V2 Vcc% cosϕcc gruppo 10 MVA 60 kV 20 kV 10 0.3 Dd0

Tabella III – Conduttori a corda di rame crudo per linee elettriche aeree

Sezione nominale [mm2]

Sezione teorica [mm2]

Diametro [mm]

Resistenza elettrica teorica a 20°C [Ω/km]

Portata[A]

16 15.69 5.1 1.140 115 25 25.18 6.42 0.7199 151 35 34.91 7.56 0.5192 174 50 49.48 9 0.3663 231 70 68.34 10.7 0.2678 282 95 94.76 12.6 0.1831 357

120 117.0 14 0.1564 411 150 153.7 16.1 0.1196 477 230 227.8 19.6 0.08073 621

Figura 1 - Schema della rete

Traccia 5

La società Green Ride ha sviluppato lo scooter elettrico pieghevole INU. Il veicolo sarà disponibile in

Europa e Stati Uniti a partire dall’anno prossimo, in tre diversi modelli che si differenziano in base

all’autonomia: da 20, 30 o 40 chilometri con una ricarica, rispettivamente a 2.999, 3.999 e 4.999 dollari.

Questo piccolo scooter ha un telaio in alluminio 6005-T5 con sistema pieghevole veloce e automatico in

soli 4 secondi, è dotato di motore brushless al mozzo con potenza di 500W / 750W, ha una velocità

massima di 25 km/h, la batteria al litio ha un’autonomia di 40 km con tempi di ricarica completa di circa 3

ore (ricarica parziale al 50% in un’ora). Pesa 25 chili e ne può trasportare fino a un massimo di 120.

Piegato entra agevolmente nel bagagliaio di un’automobile compatta, e assume le sembianze di un

trolley che può essere portato praticamente ovunque. Il cruscotto collegato ospita una miriade di

tecnologie avanzate, durante la guida, INU permetterà di registrare video, scattare foto o selfies e perfino

mandare sms, compatibile con smartphone iOS e Android, include anche l’app “Find my INU” per trovare

il ciclomotore in caso di furto grazie a un brevetto che sfrutta la tecnologia GPS. INU è dotato di ruote da

14,5″, freni a disco idraulici e ammortizzatore all’anteriore e posteriore, è incluso clacson, allarme e

fanalini fronte/retro.

Figura 2 INU

Un venture capitalist sta valutando la possibilità di investire nel progetto e promuoverne la distribuzione

in Italia, ma è piuttosto scettico e vorrebbe che lei ne conducesse un’analisi accurata. Nella fattispecie:

• Si analizzi la concorrenza attuale e potenziale (tenendo conto di tutte le varie modalità di mobilità

urbana alternative, ivi compresa la bicicletta elettrica – vd. Figura 2 ed il segway), identificando

univocamente il mercato di riferimento e conducendo una SWOT analysis.

• Si discutano gli aspetti rilevanti di protezione della proprietà intellettuale relativi alle numerose

invenzioni sviluppate per la realizzazione del prototipo

• Si formulino ipotesi concrete sulle vendite che è lecito attendersi nei prossimi 5 anni,

considerando che in un anno vengono vendute circa 50.000 bici elettriche in Italia, un mercato in

crescita del 12% ogni anno, mentre scooter e quadricicli elettrici sono venduti in circa 2000

pezzi, con un prezzo medio che si aggira sugli 8.000€. Si discutano i ragionamenti alla base

delle ipotesi

• Si ipotizzi un costo unitario di produzione pari al 60% del prezzo di vendita, escluse le spese

relative agli investimenti già effettuati e alle spese di marketing

Figura 3. Le biciclette elettriche forniscono pedalata assistita elettricamente, costano dai 700 ai 1700€, in funzione del peso e delle caratteristiche. In figura, una bici elettrica che costa 1200€, pesa 22kg, velocità massima con pedalata assistita 25km/h, 5 ore di ricarica per il 100 %, potenza massima 250W, autonomia fino a 50km

• Si stimi un budget da destinare al marketing in Italia, discutendo il metodo scelto

• Si individuino le strategie di advertising più idonee in funzione del cliente target e si allochi il

budget tra esse

Traccia 6

La Fiore S.p.a. deve realizzare un nuovo impianto per la produzione di tre tipologie di prodotti, P1, P2 e

P3, di cui sono noti i volumi produttivi annui, il prezzo unitario di vendita ed il costo unitario della materia

prima. Il processo produttivo è differente a seconda della tipologia di prodotti, ed è indicato nello schema

sottostante. Le operazioni sono realizzati da macchinari di tipo A, B, C disposti secondo un layout per

reparti. A valle dell'esecuzione di ciascuna operazione viene eseguito un controllo qualità, per cui i

prodotti difettosi sono immediatamente individuati e scartati. Non è possibile eseguire rilavorazioni. I

tempi di setup siano trascurabili.

Per la conduzione dei macchinari è necessario, per turno, 1 operatore per ogni macchinario, più - per

tutto l'impianto - 1 manutentore, 1 addetto alla movimentazione ed 1 responsabile di turno. Per 3 turni

sono necessarie 4 squadre. I turni sono di 8 ore. Sono noti, e riportati nelle tabelle in basso, tutti i costi

significativi per il sistema produttivo. L'ammortamento dei macchinari viene effettuato a quote costanti.

In tale contesto, si determini il numero ottimale di turni di lavoro giornalieri su cui far marciare l'impianto.

Si calcolino inoltre le principali voci di costo d'esercizio di impianto, come ad esempio:

• costo annuo della manodopera;

• costo annuo dell'ammortamento macchinari;

• costi annuo generali;

• costo annuo dell'energia di processo;

• costo annuo della materia prima.

Infine si calcoli il valore del margine di contribuzione totale e si determino il numero di macchine di tipo

A, B e C installate ed il relativo grado di utilizzazione.

Rappresentazione del processo produttivo OP1 OP2 OP3 OP4 OP5

Dati necessari per la risoluzione

Caratteristiche dei prodotti P1 P2 P3

volume di produzione annuo 27.000 22.000 19.000

prezzo unitario di vendita € 93,00 € 97,00 € 95,00

costo unitario materia prima € 27,90 € 29,10 € 28,50

Caratteristiche delle macchine A B C

Disponibilità 92% 90% 85%

tasso di scarto 9% 7% 8%

costo di acquisto K€ 240 K€ 420 K€ 620

anni ammortamento 10 10 10

Tempi ciclo teorici (minuti/unità)

OP 1 OP 2 OP 3 OP 4 OP 5

P1 4 3 3 3 6 P2 3 2 4 3 5 P3 4 1 2 3 4

settimane di apertura impianto = 43 Settimane giorni di lavoro a settimana = 5 Giorni

efficienza delle prestazioni dei reparti = 75%

costo annuale di un operatore (un operatore lavora al massimo 1 turno al giorno) 45 K€

costi fissi generali 170 €/h di apertura impianto

costo dell'energia di processo 0,4 €/unità lavorata

A B C A C

A C B C B

A B C B C

P1

P2

P3

ESAMI DI STATO PER L’ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE I SESSIONE ANNO 2015

IV prova scritta - Sezione A

ALLEGATO A3 - temi per il settore Informazione

Traccia 1

Una guida d’onda WR-90 avente dimensioni trasverse a=22.86 mm e b=10.16 mm è terminata mediante una lamina

di rame (σ = 5.8e7 S/m). Nel tratto terminale della guida è inserito un blocco dielettrico con permittività εr = 4, di

dimensioni trasverse a x b, e lunghezza d. Sapendo che la frequenza di lavoro è pari alla media tra la frequenza di

cut-off del modo fondamentale e quella del primo modo superiore, e che l’ampiezza massima del campo elettrico

incidente nel tratto vuoto è 10 V/m, calcolare, applicando se necessario il metodo perturbativo:

1) la minima lunghezza d del blocco dielettrico non nulla per la quale il flusso di potenza reattiva

all’interfaccia dielettrico aria è nulla;

2) l’energia elettromagnetica immagazzinata nel dielettrico;

3) la potenza dissipata supponendo che il dielettrico presenti una conducibilità σ = 0.01 S/m;

4) la potenza dissipata sulla terminazione di rame della guida.

Volendo prelevare il segnale mediante una spira elementare di raggio R = 0.1 cm collocata nel tratto in aria ad una

distanza L dall'interfaccia aria-dielettrico, calcolare inoltre:

5) la minima distanza L maggiore di 1 cm e la posizione nel piano trasverso tali da massimizzare il modulo

della tensione a vuoto ai morsetti della spira elementare;

6) il valore di tale tensione.

Traccia 2

Una sorgente discreta, senza memoria e con alfabeto A=x1,…, x8 emette simboli ogni Ts=1.47 x 10-7 s; sia pi la

probabilità del simbolo xi; si assuma p1=1/2, p2=1/4, p3=1/8, p4=1/16, p5=1/32, p6=1/64, p7=p8=1/128. I simboli

emessi dalla sorgente vengono compressi e convertiti in un flusso binario mediante l’algoritmo di Huffman

(codifica di sorgente).

1. Calcolare il tasso entropico della sorgente, il codice di Huffman ed il numero medio di bit al secondo (Rb)

prodotti.

Si modelli il flusso di bit prodotto come un processo di Bernoulli con potenza 1/2. Il flusso di bit è codificato

mediante un codice ciclico binario (7,4) con polinomio generatore .

2. Costruire (motivando e commentando ciascun passaggio) la matrice generatrice del codice in forma

sistematica e la corrispondente matrice di controllo della parità . Calcolare la distanza minima del

codice e verificare che il codice è perfetto.

3. Progettare un registro a scorrimento retro-azionato per la generazione delle parole codice in forma

sistematica. Illustrare il funzionamento di tale circuito con un esempio.

I bit codificati sono inviati ad un modulatore binario on-off; il segnale modulato è trasmesso attraverso un cavo

lungo 30 Km e con attenuazione di 1 dB/Km.

4. Valutare la minima banda richiesta per non avere interferenza inter-simbolica: si assuma nel seguito di

trovarsi in tale situazione. In ricezione il segnale è corrotto da rumore additivo Gaussiano bianco,

indipendente dal segnale trasmesso, con densità spettrale di potenza N0/2=10-15 [Watt/Hertz]. Disegnare e

commentare lo schema del ricevitore che minimizza la probabilità di errore sulla parola codice nel caso di

decodifica soft e di decodifica hard con correzione dell’errore. Si assuma nel seguito di utilizzare la

decodifica hard con correzione dell’errore.

5. Calcolare la probabilità di errore sulla parola codice P(e) in funzione del rapporto segnale rumore in

ricezione e calcolare la potenza da trasmettere per avere P(e)=10-6.

6. Per ridurre la potenza da trasmettere, il progettista ha tre possibilità:

a) Incrementare l’efficienza in potenza utilizzando una modulazione binaria antipodale;

b) Ridurre l’efficienza spettrale usando un codice ciclico di Golay (23,12) con distanza minima 7

(nota: il codice di Golay è un codice perfetto);

c) Introdurre un ripetitore rigenerativo a metà percorso.

Stabilire quali delle tre soluzioni è preferibile.

Il candidato è libero di scegliere eventuali parametri di progetto non specificati.

Traccia 3

Un istituto scolastico deve essere dotato di un sistema informatico utilizzabile via web, che consenta agli insegnanti

e agli studenti di gestire sia i loro dati che le attività didattiche. Il sistema deve consentire innanzitutto la

registrazione di un nuovo utente secondo due diverse tipologie, studente o insegnante, e deve poi permettere agli

utenti autenticati di compiere le seguenti operazioni:

Ruolo Studente:

1. Visualizzazione e modifica dei dati relativi alla propria utenza (ad es., dati anagrafici, iscrizione, ecc.)

2. Visualizzazione dei dati relativi alla didattica in classe (ad es., orario delle lezioni, programma e homework

delle varie materie, ecc.).

3. Visualizzazione e download del materiale didattico messo a disposizione dagli insegnanti.

4. Visualizzazione di un calendario contenente le date delle esercitazioni programmate con possibile ricerca per

materia delle prove da sostenere.

5. Visualizzazione dei voti per materia e delle assenze.

Ruolo Insegnante:

1. Visualizzazione e modifica dei dati concernenti la propria utenza (ad es. dati anagrafici, classi assegnate, ecc.).

2. Visualizzazione e modifica dei dati relativi alla didattica tenuta per ogni classe assegnata (ad es., homework,

argomenti della lezione, ecc.).

3. Inserimento delle esercitazioni programmate nel calendario delle classi assegnate.

4. Inserimento di materiale didattico per il download con possibilità di inviare una notifica via e-mail e/o SMS a

tutti gli interessati.

5. Inserimento dei voti e visualizzazione di statistiche su studenti e classi.

Il candidato, facendo ipotesi su eventuali dettagli mancanti, è invitato, compatibilmente alle proprie conoscenze, a

definire un progetto per lo sviluppo del sistema sopra descritto. In particolare si richiede di:

a) Produrre uno studio di fattibilità che contenga i requisiti principali del sistema.

b) Definire e descrivere l’architettura generale e le tecnologie che intende utilizzare per la realizzazione del

sistema.

c) Presentare il modello concettuale, logico e fisico (in un DBMS a scelta del candidato) della base di dati del

sistema che conservi i dati relativi agli utenti e alle loro attività.

d) Progettare l’applicazione software a supporto del sistema descrivendo, in particolare, la struttura

dell’applicazione con un class diagram di alto livello e mostrando (in un linguaggio object-oriented a scelta del

candidato) l’implementazione di almeno due metodi principali.

e) Descrivere i requisiti di sicurezza sia per l’accesso al sistema che per la prevenzione di eventuali abusi.

f) Discutere gli aspetti funzionali e di comunicazione del sistema relativi alla sua utilizzazione mediante strumento

mobile (come ad es. uno smartphone).

g) Descrivere le verifiche ed i collaudi ipotizzabili sul sistema una volta che questo sia stato implementato.