T e m a 8: FILTRACIN DE FLUIDOS

Objetivos. Mecanismos de retencin, mtodos complementarios. Medios filtrantes. Clasificacin de los filtros: filtros de lquidos y de aire. Rangos de retencin: mtodos de determinacin. Ensayos para determinar la eficiencia de filtracin. Prefiltros. Criterios de seleccin de un sistema de filtracin. Filtros para lquidos con potencial electrocintico. Ensayos de integridad de medios filtrantes. Prdidas de carga. Vida til de un filtro Esterilizacin de sistemas filtrantes, de almacenamiento y distribucin de lquidos para uso farmacutico. Tratamiento del aire comprimido. Filtros de aire para reas limpias y reas estriles

Analizar los fundamentos cientficos y tcnicos de esta operacin unitaria en diversos procesos Relacionar su aplicacin a los objetivos de la carrera de Especializacin en Esterilizacin. Informar acerca del uso y aplicacin de diversos Sistemas Filtrantes en el rea de la Farmacia y otros campos. Adquirir un criterio para la seleccin de elementos filtrantes necesarios en una planta o servicio de provisin de fluidos de alto requerimiento.

O B J E T I V O S

T e m a 8: FILTRACIN DE FLUIDOS

Es la separacin de partculas de un fluido lquido o gaseoso, por el pasaje a travs de un medio permeable.

El medio permeable puede ser un material fibroso o poroso que contiene perforaciones o deja poros interconectados entre s, de modo tal que permite el paso del fluido.

F I L T R A C I O N

Segn la cantidad de slidos suspendidos, especialmente en un fluido lquido, se habla de una Separacin gruesa o de una Clarificacin, segn la cantidad sea considerable o menor al 0,01% respectivamente.

Impacto inercial Intercepcin directa Efecto Tamiz Intercepcin por difusin

MECANISMOS DE LA SEPARACIN DE SLIDOS POR FILTRACIN

Intercepcin Directa

Impacto Inercial

Efecto Tamiz

Intercepcin por Difusin Browniana

Las fibras de un filtro definen poros o ranuras a travs de las cuales pasa el fluido

Si las partculas del slido en el fluido son de mayor dimensin que esos poros o ranuras, quedarn retenidas por Efecto Tamiz

Algunos autores tratan a este mecanismo como sinonimia de Intercepcin directa, mientras otros consideran que Intercepcin directa se da cuando la partcula que es arrastrada por la vena fluida, pasa a una distancia de la fibra, menor que su propio dimetro.

El mecanismo de impacto inercial se dar en funcin a la masa que presenta la partcula. La inercia que lleva asociada ella no le permite seguir el camino de la vena fluida y termina impactando sobre la fibra donde quedar retenida. Para partculas cuyas densidades difieren poco de la del fluido que las vehiculiza, la desviacin de las lneas de flujo es mnima y este mecanismo es poco significativo. Ejemplo: fluidos gaseosos Si las partculas tienen tamaos submicrnicos, estas se mueven en el interior de un fluido con movimientos desordenados -movimiento Browniano , esto hace que estos slidos se desven de la vena fluida e impacten la superficie de la fibra y sean retenidas all (intercepcin por difusin) Es efectivo para fluidos gaseosos

Problemas en la retencin Cambios repentinos en el caudal del fluido Variacin en la cada de presin Poros deformables del medio filtrante

Elementos de diversa naturaleza que tienen el propsito de facilitar la retencin de slidos de difcil retencin contenidos en fluidos lquidos. Actan por un mecanismo de adsorcin debido a su porosidad y variedad de formas. Producen tortas de alta permeabilidad Tierra de diatomeas, perlita, carbn, celulosa.

Ayudas filtrantes

CLASIFICACION DE LOS FILTROS

1. Filtros de Profundidad 2. Filtros de Superficie

Filtros para lquidos Filtros para aire Filtros para vapor Filtros para aire comprimido

1. Filtros de Poros Deformables 2. Filtros de Poros Fijos Indeformables

Filtros de Poros Deformables Fieltros, ovillos de hilo, placas de celulosa, filtros de fibra de vidrio sin resinas Inconvenientes: desprendimientos de partculas retenidas o migracin del medio filtrante, bajo condiciones de flujo o presin Dependen bsicamente de los mecanismos de inercia o difusin

Filtros de Poros fijos Indeformables Filtros de membrana y de cartucho de firmas de alta tecnologa, mallas metlicas, medios de vidrio o acero sinterizado.

Ventajas: poder de retencin absoluta por mecanismo de intercepcin directa adems pueden retener por mecanismo de adsorcin como resultado de impacto directo o difusin Browniana. Mnimo desprendimiento de partculas retenidas, de menor tamao Es indiscutiblemente SUPERIOR

Rangos de RETENCIN 1. Retencin Nominal 2. Retencin Absoluta La NFPA (National Fluid Power Association) de EE.UU. define al rango de Retencin Nominal como: Un valor arbitrario en micrones asignado por el fabricante de filtros, basado en la retencin de algn porcentaje de todas partculas de un tamao dado o mayores. Es raramente bien definido y no es comparable

Problemas tpicos de este mtodo: 1) Para algunos, retencin nominal significa el 98% en peso de un contaminante mayor que el especificado ha sido retenido, (2%de contaminantes de mayor tamao, pasan) 2) Otros fabricantes basan su rango nominal en valores como ser 95%, 90% o menores 3) El porcentaje de retencin est basado en % de peso 4) El porcentaje de contaminantes que pasan el filtro no est definido por el ensayo 5) Altas concentraciones (no tpicas) de contaminantes aguas arriba del filtro a ensayar

El uso del Rango Nominal se hace pura y exclusivamente debido a la incapacidad de algunos fabricantes de poder definir una retencin absoluta en sus filtros de poros deformables La NFPA define como rango de Retencin Absoluta: El dimetro de la partcula esfrica rgida de mayor tamao, que pueda penetrar un filtro bajo condiciones de ensayo especificadas. Es una indicacin de la abertura de mayor tamao en el elemento filtrante Este rango solo puede asignarse a medios de poros indeformables.

La diferencia en los rangos de retencin de los dos tipos de medios filtrantes puede apreciarse en el siguiente grfico

Hay varios: Ensayo con esferitas de vidrio Ensayo con suspensin bacteriana Ensayo del Valor Beta () El usado depende: del fabricante, medio a ser ensayado o del tipo de industria. En todos los casos el contaminante est en una suspensin determinada y reconocible (naturaleza y dimensiones) la suspensin es bombeada a travs del medio el influente como el efluente son examinados

Mtodos para establecer el rango de retencin absoluta de filtros para lquidos

ENSAYO DE ESFERILLAS DE VIDRIO

Pasos: Inyectar una suspensin de esferitas de vidrio coloreado, con un color para cada tamao especfico, a travs del filtro Hacer pasar el lquido efluente por una membrana de anlisis Analizar bajo microscopio y determinar el mayor tamao de las esferitas, retenido El ensayo tambin se realiza con el filtro saturado a fin de verificar que no haya desprendimiento de partculas y/o fibras con el aumento de la cada de presin Para certificar una cualidad fundamental para la industria farmacutica: no deben tener migracin del medio filtrante.

Esquema del ensayo para obtener el Valor

El valor se define como:

=

N partculas de tamao determinado y mayores en el influente

N partculas de tamao determinado y mayores en el efluente

La eficiencia de retencin porcentual por tamao de partculas:

Eficiencia de retencin % =

- 1 x 100

Relacin entre Valor y Rangos de retencin porcentual

Valor

Retencin porcentual

1

0 %

2

50 %

10

90 %

100

99 %

1000

99,9 %

10000

99,99 %

100000

99,999%

ENSAYOS DE EFICIENCIA BACTERIOLGICA para filtros de lquidos

a) Ensayo con soluciones acuosas Es destructivo Se hace con:

# Suspensin acuosa de Pseudomona diminuta (0,3 x 1), concentracin final : 2 x 105 a 5 x 105 microorganismos/litro

Membranas 0,45

# Suspensin acuosa de Serratia marcescens, en idntica concentracin a la suspensin de Pseudomona diminuta

Membranas 0,45

En resumen: El influente: Inyeccin 1ml/min suspensin bacteriana 5 x105PsDs/ml + 1 lt/min de agua pura sin cloro y filtrada estrilmente Duracin: 2 a 4 semanas hasta saturacin del filtro y cuando el caudal y P sean: inferior a 1 lt/min y 60 PSI ( 4 kg/cm2), respectivamente. El Efluente: Debe cultivarse y ser continuamente estril Membrana a Punto de Saturacin: contiene entre 1011 y 1012 Ps/pie2 (108 109 Ps/cm2)

a)Ensayos de filtros de aire con aerosoles microbiolgicos Es destructivo Se hace con: # Un aerosol de Pseudomona diminuta en aire estril obtenido por filtracin a travs de membrana 0,45 # Caudal del aerosol: 56lt/min # Concentracin del aerosol: 4,6 x 107 PsDs/min

Son considerados aceptables nicamente los filtros que demuestran tener un 100% de retencin bacteriana, en cualquier concentracin.

Se aplica para: Filtros de venteo. Filtros de rotura de vaco. Filtros para aire comprimido. Filtros de aire o nitrgeno.

1. Definir las caractersticas del o de los contaminantes a eliminar. 2. Definir las especificaciones del producto que se desea obtener. 3. Conocer el volumen y naturaleza del fluido a filtrar 4. Determinar el caudal que se desea alcanzar, si ser constante, variable o intermitente 5. Conocer la presin del sistema 6. Analizar la Compatibilidad qumica entre medio filtrante y el fluido 7. Conocer la resistencia a temperaturas y presiones, del medio filtrante. 8. Influencia del medio filtrante a caracteres organolpticos del producto final. 9. Relacin Costo del medio filtrante, costo operativo/ producto final

Como seleccionar un Sistema Filtrante confiable para lquidos?

Considerar especialmente:

Naturaleza del fluido

Caudal del fluido

Viscosidad del fluido

Temperatura permitida del proceso

Temperatura conveniente en funcin a la viscosidad del fluido

Cada de presin

Prefiltros

Importancia y dimensionamiento El propsito de los prefiltros es: retener contaminantes mayores, aumentando la vida til del filtro final reducir el costo operativo de la filtracin Los mejores resultados se logran cuando todos los filtros (prefiltros y filtro final) se saturan aproximadamente al mismo tiempo ( Fig. 1 )

Durante el estudio de seleccin de prefiltros y filtro final podemos encontrarnos con situaciones tipo como las siguientes

Resultado: El filtro final se satura prematuramente con aumento de la cada de presin antes de finalizar el volumen del lote El prefiltro solo ha aumentado ligeramente su P y por s solo podra llegar al volumen del lote La cada de presin total del sistema es igual a la presin lmite antes de completar el volumen del lote NO SE PUEDE COMPLETAR LA FILTRACIN DEL BATCH

Caso 1

Necesitamos disponer de un filtro final de 0,2 micrones y seleccionamos un prefiltro grosero

Caso 2 Necesitamos disponer de un filtro final de 0,2 micrones y seleccionamos un prefiltro demasiado fino

Resultado: El prefiltro se satura antes de llegar al volumen del lote El filtro final se mantiene lejos del lmite de saturacin El P combinado llega a la presin limitante antes de completar el volumen del lote NO SE PUEDE COMPLETAR LA FILTRACIN DEL BATCH

Caso 3 Necesitamos disponer de un filtro final de 0,2 micrones y decidimos no protegerlo con un prefiltro

Resultado:

La vida til de filtro se agotara rpidamente

Alto costo operativo

Caso 4 Necesitamos disponer de un filtro final de 0,2 micrones y decidimos protegerlo con un prefiltro de 0,45 o 0,65

Resultado:

La cada de presin del prefiltro y del filtro final estn lejos de la presin lmite

La cada de presin combinada del sistema se acerca a la del volumen del lote

Ambos filtros han agotado su capacidad de ensuciamiento

Es un resultado econmico aunque demasiado ajustado

Caso 5 Para mejorar los costos operativos del caso anterior se pueden adoptar algunas de las siguientes medidas: 1) Aumentar el rea del filtracin total (prefiltro y filtro final)

2) Aumentar el rea del filtro final

3) Colocar varios prefiltros protegiendo al filtro final (cada uno con una funcin especfica)

Cualquiera de ellas permitir completar la filtracin del lote dejando un buen margen antes de llegar a la presin lmite Se debe hacer una evaluacin comparativa de costos de cada una de las alternativas

Ensayos de integridad de membrana

SISTEMAS PARA AIRE COMPRIMIDO En el rea de Farmacia, el aire comprimido es empleado para diversos fines: Trasvasado de lquidos de tanques a otros recipientes Como materia prima para procesos fermentativos Para limpieza/secado de recipientes o envases Inconvenientes del aire comprimido

Presencia de aerosoles de agua, aceite y partculas provenientes del compresor

1) corrosin y deterioro de componentes 2) contaminacin de productos, envases, equipos, etc.

Esquema de un filtro coalescente Filtro en carcaza Filtro coalescente

Como se evitan estos inconvenientes?

Proyectando un sistema de tratamiento integral del

aire comprimido como el siguiente modelo

Equipo compresor

Post enfriador

Separador mecnico de cicln con trampa de drenaje

Tanque pulmn con purga

Filtro coalescente con drenaje

Columnas de secado

Filtro final

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO

COLUMNAS DESECADORAS POR ADSORCIN

ENSAYOS DE INTEGRIDAD DE MEMBRANAS PARA

FILTROS DE LQUIDOS

Mtodos? Destructivos No destructivos Ensayo con suspensin de Pseudomona diminuta Ensayo de Punto de Burbuja Ensayo de Flujo Difusivo

Objetivo? Verificar el tamao correcto de los poros y Certificar as el funcionamiento correcto de un medio filtrante

FILTROS DE AIRE

El aire contiene, en suspensin, una gran cantidad de contaminantes que es preciso retener por un medio adecuado, para ser empleado en procesos y requerimientos diversos

Un anlisis de aire nos revelara que una muestra contiene:

Fibras de naturaleza diversa, gotculas de agua, arena fina, microorganismos, polen, esporos, holln, arcilla y otros slidos cuya naturaleza depende de la zona donde se tome la muestra.

Por que es tan necesario filtrar el aire ?

La cantidad de estos slidos puede llegar a ser de aproximadamente 300.000.000 por metro cbico en una zona urbana.

Un aspecto importante es que aproximadamente el 4 % de estos slidos, tienen un tamao promedio de 0,3 micras y menores, los tamaos ms difciles de decantar y por ende de retener.

Como se puede determinar las caractersticas de los contaminantes particulados ambientales?

Mtodos de decantacin

Mtodo fotomtrico

Muestreador de aire con membrana de filtracin

SEPARADOR INERCIAL

FILTROS DE MEDIO SECO

Filtros de aire HEPA

Importancia, Uso apropiado, precauciones y limitaciones

Ensayos de integridad de membranas filtros HEPA

Ensayo DOP (Dioctil Phtalate)

Ensayo por NaCl

Ensayo por Pseudomona diminuta

Campana de flujo laminar horizontal Clean Bench -

Ensayo para comprobar

eficiencia de operatividad de

una campana de F.L.H.

Campana de Bioseguridad

VISTA DE AREAS ESTERILES CREADAS POR FILTROS HEPA

VISTA DE UN AREA ESTERIL CON PRESION DIFERENCIAL

Consultas:

Myriam E. Arias

marias@fbqf.unt.edu.ar

& Helman J. Farmacotecnia Terica y Prctica

& Remington Farmacia

& G Sykes Desinfectation and Sterilization. Theory and Practice

& McCabe, W., J. Smith y P. .Harriott, Operaciones Bsicas de la Ingeniera Qumica

& Mino Covo Filtracin de Fluidos

& Mino Covo El filtrado Industrial del Aire.

& Mino Covo Filtracin de Aire en la Industria Farmacoqumica , Investigacin y Hospitales

& Catlogos de Pall Ultrafine Filtration Company

BIBLIOGRAFIA:

T e m a 8: FILTRACIN DE FLUIDOS

MUCHAS

GRACIAS