Tempo di residenza

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Il tempo di residenza è una grandezza fisica, dimensionalmente omogenea all'unità di tempo (misurata dunque in unità SI con il secondo), che trova impiego in diverse discipline tra cui scienze della Terra, scienze ambientali e ingegneria chimica.

Nelle scienze ambientali e della Terra[modifica | modifica sorgente]

Viene utilizzato per descrivere il livello di dinamicità di un dato sistema che si trova in condizione di equilibrio dinamico. Data una certa riserva o comparto in cui è presente un elemento o sostanza chimica oggetto di studio, il tempo di residenza esprime il tempo medio in cui la specie chimica permane nel dato comparto.

Matematicamente il tempo di residenza t viene espresso dal rapporto

t =\frac {Q_i} {F_{entrante} (o F_{uscente})}

dove Q_i è la quantità di specie chimica nell'i-esimo comparto (quantità costante nel tempo, essendo in condizioni di equilibrio) e con F si indica il flusso entrante o uscente della medesima specie in relazione alla riserva in riferimento.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

In oceanografia chimica il tempo di residenza di un elemento viene utilizzato per esprimere il tempo necessario affinché un dato elemento raggiunga nell'oceano una concentrazione eguale a quella di equilibrio. Q_i si ottiene moltiplicando la concentrazione media nell'oceano per il volume dell'oceano stesso (1,37 × 1021 l), mentre, considerato che per molti elementi il maggiore flusso entrante è dovuto ai fiumi, è possibile calcolare il flusso entrante conoscendo la concentrazione media nei fiumi e il tasso di immissione continentale (3,6 × 1016 l/anno).

Altro esempio riguarda lo studio dei cicli biogeochimici. Consideriamo il ciclo dell'azoto atmosferico: le quantità di questo elemento sono praticamente costanti ed equivalgono a 3,87 × 1021 g[1], mentre il flusso uscente (azotofissazione, industria, combustione) è stimato in 2,8 × 1014 g/anno[2]. Effettuando il calcolo si ricava un tempo di residenza approssimato di quasi 14 milioni di anni.

Lo studio dei tempi di residenza assume anche fondamentale importanza nel calcolo relativo a specie inquinanti, come ad esempio i gas serra o i contaminanti delle acque.

Nell'ingegneria chimica[modifica | modifica sorgente]

Trova impiego specialmente nell'impiantistica industriale, e viene definito come:

\frac{V}{\tilde{V}} = \tau

con V volume (in m3) e \tilde{V} portata (in m3 s-1). Altro nome con cui viene identificato è tempo di permanenza. Generalmente serve a dare una descrizione quantitativa del tempo trascorso da un certo fluido con flusso costante all'interno di un reattore (CSTR o PFR).

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ J. Walker, Evolution of the Atmosphere, Macmillan, New York (1977)
  2. ^ R.U. Ayres, W. Schlesinger, R.Socolow, Industrial Ecology and Global Change, Cambridge University Press (1994)