FILTRAÇÃO DE AR ÁREA LIMPA. Área limpa ou Sala limpa. Área limpa ou Sala limpa-2 APLICAÇÕES DA FILTRAÇÃO DO AR NA INDÚSTRIA FARMACÊUTICA:

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1 OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA FARMACÊUTICA ALM 602 FILTRAÇÃO DE AR ACCÁCIA JÚLIA GUIMARÃES PEREIRA MESSANO 2010 APLICAÇÕES DA FILTRAÇÃO DO AR NA INDÚSTRIA FARMACÊUTICA: Ar de salas de processamento e envase Alimentação do ar em fermentadores: produção de antibióticos, vitaminas, enzimas por processos biotecnológicos (fermentações aeróbias com microrganismos em suspensão) Filtração do ar na saída de fermentadores Respiradores (vent) em tanques para injeção de ar Filtros de quebra de vácuo durante a liofilização Ar utilizado Eto Desidrata; ao Tamanho de partículas Aerotransportadas Menor que 0,1 mícron: comportamento similar as moléculas de gás, deslocam-se com movimento browniano e com uma velocidade de deposição não mensurável. 0,1 até 1 mícron: Possuem velocidades de deposição que podem ser calculadas, porém são pequenas e normalmente são desprezíveis. Pois a corrente de ar bem mais rápida tende a neutralizar qualquer tendência á deposição. 1 a 10 mícron: Caem com velocidade apreciável e constante, as corrente de ar normais tendem a mantê-las em suspensão por um considerável período de tempo. partículas de 0,5 a 10 mícron, faixa que é provável de ser retida nos pulmões. ÁREA LIMPA Área com controle ambiental definido em termos de contaminação por partículas viáveis ou não. A área é projetada, construída e utilizada de forma a reduzir a introdução, a geração e a retenção de contaminantes microbianos em seu interior. Área limpa ou Sala limpa ÁREA (SALA) LIMPA. Uma sala na qual a concentração de partículas aéreas é controlada dentro de limites específicos, contendo uma ou mais áreas limpas. ÁREA (SALA) LIMPA "as built". Sala Limpa instalada, completa e pronta para operação, com todos os serviços conectados e funcionais; mas sem equipamento ou pessoal operacional no interior da instalação. ÁREA (SALA) LIMPA "at rest". Sala Limpa completa, com equipamento instalado e operacional, porém sem pessoal operando no interior da instalação. ÁREA (SALA) LIMPA OPERACIONAL. Sala Limpa em operação normal, com todos os serviços funcionando, com equipamento e pessoal operando em condições normais, no interior da instalação. Área limpa ou Sala limpa-2 ÁREA CONTROLADA. Qualquer local que possua um determinado grau de controle dos contaminantes do ar e fluidos em suspensão podendo incluir temperatura, umidade e pressão; e não é qualificada como sala limpa. PARTÍCULA. É uma substância, no estado sólido ou líquido, geralmente de tamanho entre 0,001 e 1000 mícron, sendo sua concentração, o número de partículas individuais por unidade de volume. TAMANHO DE PARTÍCULA. Dimensão linear máxima aparente de uma partícula no plano de observação, dimensionada mediante um microscópio óptico. O diâmetro equivalente é o de uma esfera de referência de propriedades conhecidas; e, apresentando o mesmo nível de sensibilidade ao instrumento de medida. 1

2 Grau Sistema de classificação do ar para a produção de produtos estéreis a Resolução - RDC nº 210, de 04 de agosto de 2003 Em descanso Em operação Classificação de áreas segundo a Resolução 134/01 Número máximo permitido de partículas/m3 Número máximo permitido de partículas/m3 0,5-5,0 µm Acima de 5,0 µm 0,5-5,0 µm Acima de 5,0 µm A B C D Não definido Não definido a Fonte: WHO Technical Report Series, No. 902, 2002 O controle de contaminação é alcançado pela Tratamento do ar visando: a proteção de processos e/ou produtos contra efeitos detrimentais causados por contaminações carregadas pelo ar; a proteção do pessoal de trabalho contra riscos de processos prejudiciais à saúde, oriundo de contaminações carregadas pelo ar. a purificação e distribuição de fluidos de processo (gases como nitrogênio e argônio, água purificada ou para injeção); as exigências para tornar a tecnologia de produção e os equipamentos de processamento compatíveis com as exigências do controle de contaminação; O controle de contaminação é alcançado: o comportamento adequado do pessoal e as medidas de treinamento e motivação correspondentes; materiais de consumo compatíveis com as exigências quanto à pureza (p.ex. panos e outros materiais de limpeza, luvas, máscaras de proteção); vestimentas especiais para o trabalho em áreas com nível elevado de pureza do ar; bem como as medidas complementares exigidas pelas necessidades da proteção ambiental. 2

3 PRESSÃO POSITIVA OU DIFERENCIAL DE PRESSÃO O motivo de uma maior pressão no ambiente limpo é o de forçar a eventual saída do ar limpa através de fendas ou rachaduras para o exterior, não permitindo desta forma a entrada de ar contaminado para o interior. Esta pressão no interior dos ambientes pode ser mantida mediante descarga do excesso de ar através de um registro acionado por um sensor de pressão. Pressão: 1,5 a 2,0mmCA Salas que formam complexos diferencial de pressão: 1,2mmCA. FONTES DE PARTÍCULAS SUSPENSAS NO AR EM AMBIENTES DE TRABALHO: o ar os materiais de construção as pessoas os acessos e os produtos os fluídos os equipamentos o processo Principais contaminantes de um processo Resíduos de pele/ poeira/secreções humanas 46% Partículas de silicone e quartzo 22% Resíduos de resina 12% Fibras de roupa 4% Poeiras de polimento 4% Diversos 8% Partículas liberadas pelo corpo humano em função do tipo de movimento TIPO DE MOVIMENTO PARTÍCULAS POR MINUTO ( 0,3µm) Sentado ou em pé (sem movimento) Sentado (ligeiro movimento de cabeça, braços e mãos) Sentado (ligeiro movimento de corpo e pernas) Levantando-se a partir da posição sentada Caminhando (aproximadamente 1m/s) Caminhando (aproximadamente 1,5 m/s) Caminhando depressa Subindo escadas Exercício de ginástica a TIPO TAMANHO ORIGEM PÓ partículas sólidas maiores que 100 mícron FUMAÇA pequenas partículas sólidas (de 0,01 a 0,3 mícron) ORVALHO E NÉVOAS MICROORG ANISMOS TABELA: CLASSIFICAÇÃO PRIMÁRIA DOS CONTAMINANTES DO AR Partículas líquidas aerotransportadas. vírus (de 0,005 a 0,1 mícron), bactérias (de 0,4 a 12 micros), esporos (de 10 a 30 mícron), grãos de pólen (de 10 a 100 mícron) Erosão, materiais, areia, madeira, pólen, lã e pêlos. Combustão incompleta de substâncias orgânicas Material líquido atomizado sob pressão e temperatura (orvalho) e condensação de vapores (névoas). Atividades humanas, animais e vegetais. Meio ambiente 3

4 Poluentes provenientes do ar exterior são introduzidos no sistema com o ar de ventilação: poeiras e fuligem em suspensão, fumaças, pólen de plantas, esporos de fungos e bactérias, vapores e gases. Poluentes originados no recinto DECORRENTES DA PRESENÇA DAS PESSOAS: dióxido de carbono da respiração, bioefluentes, escamas da pele e fios de cabelo, odores e perfumes, poeira e poluentes diversos trazidos com a roupa, microorganismos liberados por espirros e/ou a respiração Poeira, fibras naturais ou sintéticas, mofo, fungos, pó de traças, fezes de ácaros, depositados e acumulados em móveis, carpetes, cortinas, papeis velhos, e posteriormente dispersos no ambiente. - COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS como formaldeídos, benzeno, tricloroetileno,tetracloreto de carbono, desprendidos de resinas, pinturas, vernizes, produtosde limpeza, desinfetantes, toners de copiadoras, irritantes e alergênicos. - Ozônio produzido por copiadoras e impressoras a laser, irritante e tóxico em altas concentrações. Poluentes originados no sistema de condicionamento de ar -Fibras de lã de vidro desprendidas de isolamento acústico e poluentes, provenientes do ar exterior ou trazidos do recinto pelo ar recirculado, e não retidos nos filtros, podem se acumular: - Nas bandejas de água de condensação, onde formam limo e lodo com a água mal drenada, e se constituem num caldo de cultura ideal para a proliferação de fungos e bactérias. - Nas paredes do condicionador e nos dutos, onde o amalgama de poeira, fuligem e matéria orgânica se constitui também, no ambiente escuro e úmido, num meio propício à proliferação de fungos e bactérias. Resolução RDC nº 17, de 16 de abril de PARTE II PRODUTOS ESTÉREIS A produção de preparação de estéreis deve ser feita em áreas limpas, cuja entrada de pessoal e de materiais deve ser feita através de câmaras de passagem. As áreas devem ser mantidas dentro de padrões de limpeza apropriados e, devem conter sistema de ventilação que utilizem filtros de eficiência comprovada. As diversas operações envolvidas, no preparo de materiais(tais como: recipientes e tampas), no preparo do produto, no enchimento e na esterilização devem ser realizadas em áreas separadas dentro da área limpa DIRETRIZES Velocidade do ar: 0,30m/s(fluxo Laminar) e 0,45m/s (fluxo horizontal). Número de Trocas: superior a 20 trocas por hora. N de pontos: amostragem confiável Produção de Produtos Estéreis (três categorias) Primeira: quando o produto é envasado e fechado em seu recipiente primário e em seguida esterilizado. Segunda: quando o produto é esterilizado através de filtração e envasado em recipientes previamente esterilizados. Terceira: quando o produto não pode ser esterilizado por filtração nem por esterilização final e consequentemente tenha que ser produzido a partir de matéria-primas estéreis e envasado de forma asséptica em recipientes previamente esterilizados. Produtos com esterilização final. Em geral, as soluções devem ser preparadas em áreas que apresentem grau C, para que haja baixa contagem inicial de microrganismos e de partículas, criando assim condições adequadas para filtração e esterilização imediata As soluções podem ser preparadas em grau D, desde que tomadas as medidas adicionais no sentido de minimizar a contaminação, tal como a utilização de recipientes fechados. 4

5 _No caso de Soluções parenterais, o envase deve ser feito sob um fluxo laminar de ar (grau A), instalado em uma área de grau C. O preparo de outros estéreis: pomada podem ser conduzidos em ambiente de grau C, antes da esterilização final. PRODUTOS ESTÉREIS PREPARADOS A PARTIR DE MATÉRIAS-PRIMAS ESTÉREIS, EM CONDIÇÕES ASSEPTICAS. O manuseio de matérias-primas e todo processamento adicional devem ser feitos em áreas com grau A ou B, circundado por Grau B ou C, respectivamente PRODUTOS ESTERILIZADOS POR FILTRAÇÃO: Manuseio das matérias primas e o preparo de soluções devem ser feitos em áreas com grau C. Podem ser realizadas em ambientes grau D desde que tomadas medidas adicionais para minimizar a contaminação. Após a filtração estéril, o produto deve ser manuseado em área grau A ou B, circundada por B ou C, respectivamente CONCEITO DE ÁREA LIMPA Indústria farmacêutica ÁREA LIMPA Indústria farmacêutica CONSTRUÇÃO DE SALAS LIMPAS MATERIAIS RECOMENDADOS Piso : epoxi (monolítico) ou vinílico ( mantas soldadas) Paredes : tinta epoxi (filme impermeável) Divisórias, forros e portas : laminado melamínico ou chapa de aço ( pintado ou inox) sobre substrato de espuma de poliuretano (ou outro material rígido) Vedações : silicone ou látex CONSTRUÇÃO DE SALAS LIMPAS INSTALAÇÃO Cantos : arredondamento (aplicação de perfil) Visores : duplos e selados (faceando as paredes) Luminárias : embutidas e seladas ( de preferência com manutenção por cima do forro) Estruturas : não aparentes Dutos técnicos : embutidos nas divisórias (retorno de ar, utilidades ) 5

6 FILTROS DE AR Os filtros de ar para sistemas de controle de contaminação são filtros de fibras. Filtros de membrana, são pouco utilizados O meio filtrante dos filtros de fibra é um tecido ou um papel composto de fibras, predominantemente sintéticas ou de vidro Servem tanto para a separação de partículas sólidas e líquidas, como de partículas viáveis e nãoviáveis. O diâmetro destas fibras varia, em função da eficácia desejada, de menos de 1µm até décimos de milímetro. Existe grande espaçamento entre as fibras: assim, as partículas conseguem penetrar profundamente na camada de fibras, antes de ficar retida, visando assim uma maximização da capacidade de retenção de poeira e ao mesmo tempo uma perda moderada de pressão. A filtração ou separação de partículas em correntes de fluido envolve os seguintes princípios: Separação eletrostática Separação inercial Sedimentação Adsorção Difusão e movimento browniano Interceptação Escala logarítmica Principio de separação em função do tamanho de partícula a ser separada: Tamanho da particula em µm Principio de separação O mecanismo de separação depende do tamanho da partícula a ser separada 6

7 MECANISMOS DE FILTRAÇÃO DE AR Efeito Peneira Intercepção Direta Efeito peneira ou Interceptação direta Efeito Inercial Difusão Browniana Mecanismos de Filtração de ar em um filtro HEPA Mecanismo filtração- gases Mecanismo de filtração Inercial SEPARAÇÃO INERCIAL Para passar pelas fibras do filtro, o ar que flui através dele deve mudar de direção constantemente. Por inércia, as partículas mais pesadas, continuam seus percursos, colidindo e aderindo-se às fibras. Esse mecanismo é favorecido pelo aumento da velocidade do fluxo de ar As partículas mais pesadas (densas) são arrastadas pela corrente de fluido À medida que entram no emaranhado de fibras, tentam atravessálas sem colisões Eventualmente uma partícula mais pesada colide com uma fibra sendo então removida Este é o mecanismo de separação mais comum para partículas de diâmetro entre 4-25 µm para todos os meios filtração de profundidade (depth-loading filter media.) 7

8 SEPARAÇÃO POR ADSORÇÃO ADSORÇÃO: A separação de uma fase de uma mistura pela sua adesão a uma superfície Exemplos: Carvão ativado para remoção de compostos orgânicos de líquidos e gases Ação hidrofóbica do polipropileno para remoção de óleo de suspensões aquosas PARÂMETROS DA ADSORÇÃO: Extensão da área superficial quanto maior a área mais eficiente a adsorção Tempo de permanência (tempo de residência) do fluido em contato com o meio adsorvente Mecanismo de filtração Difusão Partículas menores que 1µm, quando suspensas em um fluido, possuem movimento browniano e se propagam de forma similar à difusão dos gases. Assim, quanto menor for a velocidade do fluxo através do filtro, maior será a deposição e captura de partículas, o que decorre da maior oportunidade de impactos e colisões propiciado pelo processo de difusão Separação eletrostática Separação eletrostática As partículas podem adquirir uma carga elétrica devido à sua movimentação ou devido ao processo (atrito, etc.) As superfícies filtrantes podem ter uma carga devido às propriedades dos materiais ou devido ao atrito com as partículas Cargas de sinais opostos se atraem Cargas de mesmo sinal se repelem Retenção ou rejeição de partículas MEIOS FILTRANTES COM CARGA ELÉTRICA SEPARAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO As fibras podem se carregar eletrostaticamente devido à passagem do fluxo de ar e atrair partículas que também estejam eletrostaticamente carregadas; As partículas pequenas adquirem uma elevada velocidade e não se sedimentam As partículas maiores precipitam-se (sedimentam-se) porque são mais pesadas Este principio permite separar as maiores partículas das menores em uma corrente fluida 8

9 FILTRAÇÃO DE AR - partícula crítica Classificação dos filtros de ar (NBR6401) Filtro de ar Filtro para poeira Filtro Absoluto Filtro Grosso Filtro Fino Filtro HEPA Filtro ULPA G0 - G3 F1 - F3 A1 A3 Tabela 1: Eficiências inicial, média e final para os diferentes filtros de ar, em relação as partículas em suspensão no ar Descrição do filtro de ar Média Eficiência Média Eficiência Alta Eficiência Alta Eficiência Alta Eficiência ASHRAE Colorimét rico 2 ASHRAE Gravimétr ico2 Efic. Inicial % Efic. Final % Efic. Média % % 92 % % 96% % 97% % 98% % 99% HEPA 95% ,5 99,1 HEPA 99,97% ,97 99,97 99,97 FILTRAÇÃO DO AR Ar Filtros grossos Filtros finos Filtros absolutos Ar puro FILTRAÇÃO DO AR ESTÁGIOS DE FILTROS 1º ESTÁGIO PRE-FILTRO GROSSO (G3) EF. 85% GRAVIMÉTRICO 2º ESTÁGIO FILTRO FINO (F3) EF. 95% COLORIMÉTRICO 3º ESTÁGIO FILTRO ABSOLUTO (A3) EF. > 99,97% P/ PART.DE 0,3µ 9

10 MEIOS FILTRANTES PARA AR MEIOS FILTRANTES PARA AR Cartuchos para filtração de ar baixa pressão Meios filtrantes para ar Meios filtrantes do ar, limpos e com partículas retidas Filtros grossos 10

11 Sistema de filtração de ar- estágio inicial. PAREDE DE ELEMENTOS FILTRANTES (vistos do lado do ar limpo) Sistema de filtração de ar PAREDE DE ELEMENTOS FILTRANTES (vistos do lado do ar limpo) TROCA DE ELEMENTOS FILTRANTES 11

12 Filtros grossos Meio filtrante de fibras sintéticas prensadas, plissado e sustentado por uma malha metálica galvanizada. Moldura de cartão estampado em uma só peça. FILTROS GROSSOS elementos permanentes FILTROS GROSSOS elementos descartáveis Filtro de alumínio corrugado Filtro de telas sobrepostas FILTROS FINOS FILTROS FINOS elementos descartáveis Filtros finos em fibra sintética 12

13 FILTROS FINOS elementos descartáveis FILTROS ABSOLUTOS tipos de construção Filtro fino em micro fibra de vidro Filtro fino microplissado Conceito Americano Conceito Europeu FILTROS ABSOLUTOS FILTROS ABSOLUTOS FILTROS ABSOLUTOS tipos de construção FILTROS ABSOLUTOS elementos descartáveis Filtro absoluto plano Filtro absoluto em cunha 13

14 FILTROS HEPA HEPA= High Efficiency Particulate Air filters São filtros absolutos Apresentam eficiência mínima de 99,997 % na retenção de partículas de 0,3 µm de diâmetro Mecanismos de Filtração de ar em um filtro HEPA Elemento filtrante filtro HEPA Filtro hepa permanente FILTRO HEPA 14

15 FILTRO HEPA FILTROS ULPA ULPA = Ultra-Low Penetration Air filters São filtros absolutos com uma eficiência de separação de %, partículas menores que 0,02 m. Filtros ULPA (Ultra Low Penetration Air) - O que se tem de mais avançado em filtros; - O custo pode chegar a 150% o do filtro HEPA; - Não passam partículas 0,1 µm; - 99,999% eficiência. FILTRO ULPA 15

16 DISTRIBUIÇÃO POR REGIME DE FLUXO NÃO-UNIDIRECIONAL DISTRIBUIÇÃO POR REGIME DE FLUXO UNIDIRECIONAL DISTRIBUIÇÃO POR REGIME DE FLUXO UNIDIRECIONAL 16

17 REGIME DE FLUXO MISTO REGIME DE FLUXO DE AR ZONA DE ENVASE A ENVASE SALA DE ENVASE C CLASSE A 100 (ISO 5) OU MENOR : FLUXO UNIDIRECIONAL CLASSE B 1000 (ISO 6) OU MAIOR : FLUXO NÃO-UNIDIRECIONAL TROCAS DE AR Número de vezes que o ar da sala é renovado pelo sistema de circulação do ar durante uma hora : troca de ar = vazão de insuflamento (m³/h) volume da sala (m³) O número de trocas/hora precisa ser calculado em cada projeto TROCAS DE AR VALORES MÍNIMOS CLASSE TROCA/HORA (GMP) (B) (A) 0,3<Velocidade<0,5m/s 17