Entendendo e Solucionando Problemas de Contaminação

Tipos de Contaminação
Entendendo e
Solucionando
Problemas de
Contaminação
em Sistemas
de Água
Purificada
Contaminação
Inorgânica.
Contaminação
Orgânica.
Origem da Contaminação
Fontes
Externas
Fontes
Internas
2
PLANTA DE ÁGUA USP
Fontes Externas de Contaminação
FLUXOGRAMA
ALIMENTAÇÃO
RECLORAÇÃO DE
CLORADA
CONCENTRADOS
PRÉ
TRATAMENTO
TRATAMENTO
3
Considerando-se
que o sistema já está em
funcionamento temos:
– Entra somente no sistema:
ACUMULAÇÃO
Ar atmosférico
Água (vários tipos)
DISTRIBUÇÃO-RECIRCULAÇÃO
4
Possíveis contaminantes que podem
entrar e se desenvolver no sistema
graças ao ar atmosférico:
Entrada de Ar Atmosférico
Contaminantes
inorgânicos – pouco
provável na indústria farmacêutica (mas
possível)
Contaminantes orgânicos possibilidade
elevada
Tanque de alimentação e acúmulo
– Filtro Vent
– Boca de Visita
Abertura do sistema
Na geração
No acúmulo
Na distribuição
5
–
–
–
–
6
Principalmente bactérias
Nutrientes
Manipulação pelo homem (contato direto)
Gás carbônico
7
1
Possíveis contaminantes que podem
entrar e se desenvolver no sistema
graças a água:
Usos da Água na Indústria
Farmacêutica
Primeiramente
Industrial
vamos entender os usos da
(Utilidades)
água na indústria farmacêutica ...
Processo
(Matéria Prima Intermediário)
Limpeza
(Enxagües)
8
9
Exigências para os diferentes usos
Industrial: Abrandada ou Potável
Enxagues: Iniciais – Industrial
Final – PW ou WFI
Água Potável
Análise completa da Água POTÁVEL a purificar
- Físico
: Turbidez, Cor
- Químico: pH, alcalinidade, dureza, sulfatos,
nitratos, cloretos, sílica, ferro,
condutividade, TSD.
Processo: PW – Sólidos, Semi-Sólidos,
Líquidos (tópicos e orais)
WFI – Injetáveis
- Microbiológico: contagem total, coliformes
10
ÁGUA PURIFICADA (PW)
ÁGUA INJETÁVEL (WFI)
Obtida através de destilação ou osmose reversa
Obtida através de deionização ou osmose reversa
CONDUTIVIDADE < 1,3 µS/cm (25°C)
TOC
CONTAGEM
< 100 ufc / ml
PATOGÊNICOS
ausentes em 100 ml
11
< 500 ppb (0,5 ppm)
12
CONDUTIVIDADE < 1,3 µS/cm (25°C)
TOC
CONTAGEM
ENDOTOXINAS
PATOGÊNICOS
< 500 ppb (0,5 ppm)
< 10 ufc / 100 ml
< 0,25 ue / ml
ausentes em 100 ml
13
2
PLANTA DE ÁGUA USP
Substâncias estranhas e impurezas
na água de alimentação
Requisito fundamental :
MATERIAL PARTICULADO
O sistema de Geração de Água Purificada (PW) ou
Injetável (WFI), deve ser VALIDADO...
⇒
SÍLICA
⇒
COLÓIDES
⇒
MICROORGANISMOS / ALGAS
ou seja....
CONFIÁVEL!!!
14
Substâncias estranhas e impurezas
na água de alimentação
SAIS
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
15
Substâncias estranhas e impurezas
na água de alimentação
CLORETOS
SULFATOS
NITRATOS
BICARBONATOS
CARBONATOS
FOSFATOS
SILICATOS
MICROORGANISMOS
⇒
⇒
⇒
⇒
ALGAS
BACTÉRIAS – AUSÊNCIA DE
COLIFORMES
CISTOS
VÍRUS
CONTROLE: CLORO ?
CUIDADO
16
Substâncias estranhas e impurezas
na água de alimentação
GASES DISSOLVIDOS
REATIVOS CO2 / NH3 / Cl2
Substâncias estranhas e possíveis
contaminantes na água PW e WFI
Contaminantes inorgânicos
– Òxidos de ferro
– Rouge
– Ferro coloidal
CO2 + H2O == H2CO3 == H+ + HCO3- == 2H+ == CO3=
17
Contaminantes
orgânicos
– Bactérias plantônicas
– Endotoxinas
NÃO REATIVOS O2 / N2
18
19
3
IMPORTANTE
Muito
bem. Até aqui vimos os possíveis
contaminantes que podem entrar pelas
De alguma forma, algumas das
fontes AR e ÁGUA!
principais causas da contaminação só
Vamos
podem vir destas fontes.
entender onde mais pode haver
causas para contaminação...(fontes internas)
20
Geração
Causas comprovadas para
contaminação
Destilador – Osmose Reversa – Unidade de Deionização
Geração (destilador, OR, DI)...............................?
Design do sistema de distribuição........................?
–
–
–
–
21
Destiladores:
É comum se verificar contaminação
de ferro coloidal e óxidos de ferro
(Rouge de alta intensidade) nas
colunas e no condensador
Já foi verificado contaminação
microbiológica e crescimento de
Biofilme na carcaça do condensador.
Tancagem
Bombas
Válvulas
Geometria do Loop (pontos mortos, pernas mortas
“dead legs”
Locais de difícil acesso para sanitização do
sistema .................................................................?
Integridade metalúrgica do sistema......................?
Nota: é muito comum o usuário não seguir as
recomendações do fabricante quanto à manutenção
preventiva anual para Limpeza Química e Repassivação.
Repassivação.
22
Osmose Reversa:
23
Em função de má utilização pela falta de um plano de
manutenção preventiva, é comum se verificar
desenvolvimento de Biofilme nas membranas.
Unidade de Deionização:
O filtro de carvão, pela própria característica, mantém um
maior tempo de residência de contaminantes orgânicos, o
que o torna a principal fonte de contaminação
microbiológica, podendo haver o crescimento de Biofilme.
Nas paredes das colunas catiônica e aniônica também já foi
verificado crescimento de Biofilme por falta de
manutenção preventiva e boas práticas de Limpeza
Química.
Nota importante:
não remove matéria
orgânica ou bactérias.
Nota: o usuário nem sempre segue as recomendações
do fabricante do equipamento quanto ao tempo de troca
das membranas e Limpeza Química.
Dica: contaminação microbiológica por falha no selo mecânico.
24
25
4
Design do Sistema de Distribuição
Tanque de estocagem
Bombas de distribuição
Válvulas e acessórios
Geometria do Loop
Juntas soldadas
Tubulação
Loop de Água Purificada
– Pontos mortos, pernas mortas “dead legs”
26
27
Tanques de Estocagem
Design do Sistema
1.
Qual a qualidade requerida?
2.
Qual a qualidade de entrada?
3.
Quais os contaminantes?
4.
Definição dos pré-tratamentos
5.
Definição dos tratamentos secundários
6.
Manutenção preventiva ????????
Velocidade de água é mínima tendendo a zero
Água parada em contato com ar
Integridade do Vent
Integridade metalúrgica
– Soldas
– Acabamento
– Superfície de contato (passivação)
Pontos mortos para sanitização (boca de visita,
instrumentos)
Depassivação em período muito mais curto com
formação de rouge nas paredes
28
Dicas – Tanques de Estocagem
Dicas – Tanques de Estocagem
29
Isolamento
térmico ( hot loop )
de nível sanitário em inox 316,
ultrasônico, transdutor de pressão sanitário,
ou célula de carga
Válvulas tipo diafragma
Boca de visita 18” para inspeção e
manutenção
Sem cantos vivos ou baffles
Poço de tomada de temperatura
Materiais de construção: inox 316/316L
Sensor
Características de construção:
– Cilíndricos
– Fundo e topo em calota torisférica
– Soldas desbastadas e suavizadas mecanicamente
– Eletropolido
– Conexões tipo TC – Triclamp
– Entrada de água central via spray ball 360º
– Vent estéril hidrofóbico 0,2 micra
30
31
5
Bombas de Distribuição
Dicas – Tanques de Estocagem
Volume útil: 70% da capacidade total
Corrosão
acelerada em função do contato
extremo com a água purificada
Depassivação acelerada, erosão e cavitação,
gerando contaminação ferruginosa de alta
intensidade
Geração de partículas de ferro coloidal e
óxido de ferro que entra pelo Loop
Garantia de velocidade linear mínima
requerida
Dimensionamento:
capaz de proporcionar
uma reserva de água no momento de maior
pico de consumo e redução máxima de
volume de água de 70% do volume útil
Manutenção:
– Sanitização periódica – química física (calor)
32
Dicas
Bombas
33
Dicas
Deve
de distribuição
ser considerado no dimensionamento
– Trajeto hidráulico
– Materiais de construção: aço inox 316L
– Perdas de carga dos componentes de tubulação
– Rotor e voluta forjado e eletropolido
– Velocidade linear mínima requerida 1,0 m/s
– Conexões sanitárias
– Velocidade linear de retorno de 1,5 vezes a
– Dreno
velocidade mínima à vazão de pico de consumo
– Cuidados com material microfundido
34
Válvulas e Acessórios
35
Dicas
Uniões tipo triclamp – cuidado com “pontos mortos”. Ex.:
o anel de vedação (superfície muito porosa pode propiciar
formação de Biofilme)
Válvulas tipo diafragma são menos suscetíveis a “pontos
mortos” e recomendadas para sistemas de água purificada
Como desvantagem o diafragma destas válvulas tem
superfície muito porosa e pode propiciar formação de
Biofilme
A utilização destas válvulas em material microfundido não
é recomendada por problemas de alta suscetibilidade à
corrosão em contato com a água purificada gerando Rouge
e partículas de ferro coloidal
36
Utilizar
tanto para válvulas como para
acessórios, material laminado ou forjado
Evitar acessórios e válvulas com
configuração geométrica que apresente
“pontos mortos”
Tanto diafragma como anel de vedação,
trocar após período recomendado pelo
fabricante
A Norma ASME BPE 2005 é uma excelente
Bíblia Técnica
37
6
Geometria do Loop
Dicas
A
A
configuração deve atender aos pontos de
consumo e permitir que a água circule a
uma velocidade acima de 1 m/s
Sistema de controle com sensor para TOC e
condutividade “on line” é recomendado
Manter a água em constante movimento,
mesmo em período de ociosidade de
consumo, reduz ancoragem de bactérias
plantônicas
vantagem neste caso é poder se projetar
em função do uso e obter grau de acerto
considerável
O contato constante com a água purificada
acarreta a Depassivação da superfície
gerando Rouge
Pontos mortos ou “dead legs” devem ser
verificados e eliminados
38
Dicas
Juntas Soldadas
39
Embora seja recomendada na Norma ASME BPE
2005 que as juntas metálicas sejam soldadas, tais
regiões são grandes geradores de Rouge (óxido de
ferro)
Estas regiões soldadas apresentam superfície
extremamente rugosa
Estas áreas são altamente suscetíveis à corrosão
em contato com a água purificada
Normalmente são as primeiras regiões a sofrerem
a Depassivação
Juntas
soldadas devem, se possível, serem
realizadas por equipamento automático
(solda orbital)
Deve, se possível, atender aos critérios de
aceitação da Norma ASME BPE 2005
Após soldagem deve ser realizada a
Limpeza Química e Passivação destas
regiões, conforme Norma ASTM A380
A Endoscopia garante a qualidade desejada
40
41
VISTA INTERNA DO
ASME BPE MJ 6
PROCEDIMENTO DE
BOROSCOPIA
Critério de Aceitação de Solda
Aceitável
MJ-6.1 Soldagem
Geral para um
ambiente estéril
exige que a solda
não apresente uma
superfície que
contribua para o
desenvolvimento
microbiológico e
contaminação do
produto
42
Falta de
Penetração
Concavidade OD
Desalinhamento
Concavidade ID
Convexidade
OD/ID
43
7
Critério de Aceitação de Solda
Descoloração - ASME BPE
Nenhuma coloração na Solda
(#2 ou melhor)
Amarelo claro ou azul claro na ZTA
(# 3 ou melhor)
Tubulação
44
É recomendado que o padrão de qualidade dos
tubos e conexões atendam aos critérios da Norma
ASME BPE 2005
Grande superfície de contato exposta a maior parte
do tempo à água extremamente corrosiva (WFI) é
muito suscetível à Depassivação, que acarreta,
após 12 meses, em média, grande formação de
Rouge (óxido de ferro)
Superfícies muito rugosas e poros, assim como
micro arestas, facilitam o ancoramento de
bactérias e por conseqüência o desenvolvimento
de Biofilme
45
99.9999% PURGAÇÃO DE NITROGÊNIO
Dicas
Critério
na compra de materiais deve seguir,
se possível, a Norma ASME BPE 2005
Limpeza
Química e Passivação a cada 12
meses para água WFI e a cada 18 meses
para água PW
Grau
de acabamento e tipo de acabamento
devem ser especificados com o maior
critério possível
46
INSPEÇÃO VISUAL DE TUBOS
ELETROPOLIDOS
48
47
APLICANDO O SACO PLÁSTICO 6-MIL
49
8
Locais de difícil acesso para
sanitização do sistema
Integridade metalúrgica do
sistema
Intrumentos
Bocais
de tanque
Boca de visita de tanques
Demais locais que apresentam “ponto morto
ou difícil acesso”
Materiais
de fabricação dos componentes
Formação
metalúrgica destes materiais
Superfície
de contato com a água purificada
Nota: Estes locais são suscetíveis à gerar contaminação
microbiológica e até formação de Biofilme
50
Influência do tipo de material metálico
em contato com a água purificada
51
Comportamento
do material metálico em
função dos elementos de liga
%
AISI 304 AISI 316L
904L
Al6XN
Cr
18 a 20
16 a 18
19 a 23
20 a 22
Ni
8 a 10,5
10 a 14
23 a 28
24 a 26
Mo
-
2a3
4a5
6a7
Fe
65 a 69
61 a 66
39 a 50
40 a 50
Teor
de Cr X Teor de Fe X Teor de Ni
Passividade
Passivação
Filme
passivo
52
Influência da % de Cromo na liga
Taxa de
corrosão
25
53
Passividade:
Propriedade que o aço inox apresenta de
minimização de reatividade química sob certas
condições especiais de ambiente.
AÇO INOX:
20
LIGAS DE FERRO-CROMO
COM PELO MENOS
11% DE CROMO
15
10
Passivação:
Significa obter a condição eletroquímica de
“Passividade” do aço inox através da estabilização
da “Camada Passiva” ou “Filme Passivo”, realizado
normalmente por aplicações químicas especiais.
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
% de cromo
54
55
9
Filme
Passivo:
Resultado do processo da passivação.
CAMADA PASSIVA
ZONA DE TRANSIÇÃO
METAL BASE
Óxido de Cromo + Óxido de Ferro (2:1)
(na prática Cr2O3).
Espessura ± 10 a 30 Å
Fe ± 65%
Cr ± 18%
Ni ± 10%
Mo ± 2%
Restante C, Mn,
Mn, Si, S, P, etc.
56
57
Superfície de contato com a
água purificada
Formação metalúrgica dos materiais
Laminado:
recomendado (tubo, conexões,
tanques)
Forjado: recomendado (conexões, rotor
bomba, válvulas)
Microfundido: não recomendado –
apresenta em sua matriz um componente
chamado “Ferrita Delta” que é quase ferro
puro e é corroído facilmente pela água
purificada
Vamos entender....
Não é o material metálico de fabricação
dos vários componentes do anel que
interage com a água purificada!
É a superfície de contato deles...
58
E o que isto significa?
Quase tudo!!!!
59
Vamos entender superfície de contato!!!
Que a maioria dos problemas de
contaminação química ou
microbiológica de alguma forma ou
iniciou ou se instalou na superfície de
contato......
Superfície lixada mecanicamente
(Ampliação 150x)
Vamos ver por que?
60
Superfície após aplicação do
eletropolimento
(Ampliação 150x)
Perfil da superfície lixada mecanicamente
Perfil da superfície eletropolida
61
10
Características Geométricas de Uma
Superfície
Natureza da Superfície
Influência
do tipo de acabamento no
desempenho do sistema.
Quanto
menor a rugosidade melhores são os
resultados da higienização
62
Efeito do Lixamento Mecânico na
Superfície de Contato
Efeito do Lixamento Mecânico na
Superfície de Contato
63
Perfil da Superfície Rugosa (picos + vales).
Aumento da área absoluta (80% da área efetiva).
Propicia o ancoramento de sujidades e bactérias.
Incrustação de produtos.
Tensões de Tração Pt.
Corrosão acentuada da superfície por pites em contato com
produtos agressivos.
– Corrosão sob Tensão Fraturante (material exposto a meios
contendo halogênios: Cl¯ , F¯ , I¯ , Br¯ ).
–
–
–
–
–
–
Tensões, Rugosidade, Grande quantidade de Partículas
Abrasivas e Produtos Orgânicos Impregnados ou
Impurezas (Alumina) liberadas para o meio.
64
Efeito do Polimento Mecânico na Superfície de Contato
Superfície lixada mecanicamente
(Ampliação 150x)
Perfil da superfície lixada mecanicamente
65
Efeito do Eletropolimento na Superfície de Contato
– Perfil de superfície sem picos e vales acentuados
– Livre de tensões superficiais
– Pura com elevada sanitariedade
– Valores de rugosidade entre 40% a 60% menor comparados
com os valores obtidos por processos mecânicos
– Brilhante e homogênea em toda a extensão
– Visualmente lisa e reflexiva
– Microbolsas oriundas do tombamento dos picos.
– Armazenamento de impurezas nas microbolsas.
– Camada de gordura isolante impede passivação.
66
Superfície após aplicação do
eletropolimento
(Ampliação 150x)
Perfil da superfície eletropolida
67
11
–
Maior resistência à corrosão
1.
– Quanto menor a
rugosidade
melhores são os
resultados da
higienização.
Dissolução e transferência de íons cromo na solução.
Cr = Cr6+ + 6e-
2.
Evolução do oxigênio da superfície anódica.
4 OH- = O2 + 2H2O + 4e-
3.
EFEITO DO ACABAMENTO DE SUPERFÍCIE SOBRE O TEMPO DE LIMPEZA
Formação de um filme passivo na superfície anódica.
2Cr + 6OH- = Cr2O3 + 3H2O + 6e-
COMPARAÇÃO ESQUEMÁTICA DA MICROMICRO-RUGOSIDADE DE UMA CÉLULA MICROBIANA
68
69
12