1

70

A Influência da Limpeza Crítica e A Influência da Limpeza Crítica e

Passivação Passivação da Superfície no da Superfície no

Desempenho de Componentes e Desempenho de Componentes e

Equipamentos de Aços Equipamentos de Aços

Inoxidáveis Utilizados nos Inoxidáveis Utilizados nos

Sistemas de Água PurificadaSistemas de Água Purificada

71

� Em soluções ácidas: (H+) é reduzido a gás hidrogênio (H2)

– Reação de Oxidação: Fe0 Fe2+ + 2e-

– Reação de Redução: 2H+ + 2e- H2↑

– Reação Global: Fe0 + 2H+ Fe2+ + H2↑

Mecanismos de corrosão do aço inox Mecanismos de corrosão do aço inox em sistemas de água purificadaem sistemas de água purificada

72

� Em soluções neutras ou básicas, Oxigênio dissolvido (O2) é reduzido a Hidróxido (OH-)

– Reação de Oxidação: Fe0 Fe2+ + 2e-

– Reação de Redução: ½O2 + H2O + 2e- 2OH-

– Reação Global: Fe0 + ½O2 + H2O Fe2+ + 2OH-

73

� Podemos também expressar:

2Fe0 + 4H2O 2FeO(OH) + 3H2↑

Oxidação do Óxido Ferroso Hidratado para Óxido Férrico (Fe2O3) que produz a cor avermelhada (ROUGE)

2FeO(OH)3 Fe2O3 + 3H2O

74

A Natureza do RougeA Natureza do Rouge� Depósitos de óxido de ferro encontrados em sistemas

de água purificada nas cores alaranjado, vermelho, azul ou preto.

75

Mecanismos de Formação do Mecanismos de Formação do RougeRouge

� Aço inox tipo 316L austeníticoCr (16-18%), Ni (10-14%), Mo (2-3%), Fe (64-69%)

– Exposição à água purificada WFI (altamente corrosiva)

– Para manter a esterilidade, os sistemas operam à elevadas temperaturas (aumenta o poder de corrosão)

2

76

� Rouge – Óxido de Ferro (Fe2O3) – Estado de Oxidação (Alto) +3

� Uma vez formada, a corrosão do aço inox austenítico é contínua e progressiva

� Em contato com outros átomos de ferro leva estes a um estado de oxidação mais alto (mecanismos de corrosão auto-catalítica) levando à corrosão e destruição de toda superfície (Fe em aço inox 2/3 da liga)

77

� Rouge emana destas superfícies deixando pequenos pits por baixo (oposto do senso comum de sanitariedade e prevenção contra contaminação bacteriológica)

A Influência do Rouge em A Influência do Rouge em Sistemas de Água PurificadaSistemas de Água Purificada

78

� Degrada a superfície aumentando a rugosidade

� Resulta em excursões bacteriais frequentes

� Favorece a formação de biofilme

Aumenta o tempo e o consumo

de sanitizantes

Altera a eficácia dos produtos

79

� Por ser uma corrosão catalítica, o rouge cresce 5 a 10

vezes em volume com relação ao ferro metálico

� Gera milhares de partículas que vão circular no meio

� Rouge prejudica o equilibrio dinâmico da criação da

camada passiva. Óxido de Cromo (Cr2O3) nos aços

inoxidáveis austeníticos

80

� Muda a relação de Cr/Fe de 1,1 a 2,2 para 0,25 a 0,30

� Durante o Rouging ocorre o que chamamos de

DEPASSIVAÇÃO

� Camada de Óxido de Cromo → Óxido de Ferro

O CONTRÁRIO DA PASSIVAÇÃO

81

S = 1,5 ... 2,5 nmCr/Fe > 1,5 ... 2,5sem cor,transparente

S = 10 ... 1000 nmCr/Fe ~ 0,25 ... 0,35avermelhado,amarronzado,azulado

Típica Camadade Rouge

Camada PassivaPerfeita

3

82

Depassivação Depassivação do aço inoxidáveldo aço inoxidável

� A camada passiva começa a corroer quando a água purificada reage com a superfície do sistema

Corte Transversal do Aço Inox

SoluçãoSolução

83

RougeRouge começacomeça� Oxidação e subsequente rouge inicia como

resultado da reação da água purificada com a superfície.

Corte Transversal do Aço Inox

84

Lugar perfeito para cultura de BiofilmeLugar perfeito para cultura de Biofilme

� Rouge cria um recife de corais virtual para acúmulo de nutrientes e crescimento de microrganismos.

Corte Transversal do Aço Inox

85

Efeitos do Efeitos do Rouge Rouge e Biofilmee Biofilme

� Bactérias Plantônicas eventualmente floculam na água e podem ancorar na superfície.

Corte Transversal do Aço Inox

86

Limpeza Química e Limpeza Química e PassivaçãoPassivação� Remediação começa com uma sistemática bem

definida de Limpeza e Repassivação

Corte Transversal do Aço Inox

87

A Importância da Limpeza Química e A Importância da Limpeza Química e PassivaçãoPassivação em Sistemas de Água Purificadaem Sistemas de Água Purificada

� Ambientes críticos e corrosivos.� Formação efetiva da camada passiva.� Maior resistência à corrosão (menor

formação de Rouge).� Superfícies extremamente limpas (pureza

dos produtos).� Garantia contínua do sistema pela ausência

de impurezas e contaminantes gerados na superfície de contato.

4

88

Programa de Passivação PreventivaPrograma de Passivação Preventiva

� Controlando a inércia da Depassivação (Sistemas em

uso)

– Não apenas a limpeza e passivação inicial devem ser

realizadas, mas a manutenção periódica a longo prazo do

sistema é imperativa. Muitos sistemas que contêm

particularmente um meio corrosivo, por exemplo, WFI,

Vapor Puro, devem ser repassivados quimicamente em um

esquema periódico bem planejado para prevenir problemas

a longo prazo

89

� A passivação química estabelece uma dinâmica progressiva na formação de um filme de Cr2O3

protetivo e “resistente à corrosão”

� Deve ser notado que a própria camada passiva é um estado eletroquímico / eletrodinâmico de mínima corrosão por definição

� Este ainda é o estado dinâmico saudável contínuo que fornecerá um bom grau de resistência à corrosão com o uso normal na indústria Farmacêutica/Biotecnológica

90

Dicas Dicas -- Os estágios de um Programa Os estágios de um Programa de Limpeza e de Limpeza e PassivaçãoPassivação� 1° Estágio:

Mapeamento correto do sistema quanto a Isométrico e Fluxograma e conhecimento claro da operação.

� 2° Estágio:Identificação dos pontos críticos que podem possibilitar a corrosão prematura.

� 3° Estágio:Sistemática para monitoramento regular dos P.C. 01 Visita anual para controle e monitoramento da Depassivação.

91

� 4° Estágio:

Procedimento viável para Limpeza e Passivação, bem como sua periodicidade. Utilizar a Norma ASTM A380.

� 5° Estágio:

Sistemática para utilização de produtos químicos consistentes que não alterem a integridade do sistema. Normalmente se utilizam Quelantes complexos.

� 6° Estágio:

Plano de inspeção sistemático para verificação dos resultados dos trabalhos realizados.

� 7° Estágio:

Documentação consistente dos resultados para posterior validação.

92

Bactérias Bactérias PlantônicasPlantônicas� Bactérias constituem uma forma de vida muito

bem sucedida.

� Bactérias estão sempre presentes em sistemas de água purificada e flutuam livremente pela tubulação.

� Sozinhas são pouco resistentes aos processos atuais de sanitização por isso desenvolvem estratégias de sobrevivência que incluem:

93

� Mecanismos de aderência na superfície

� Se desenvolver em ambientes limitadores de

nutrientes (oligotrophs)

� Se agregar em colônias para permitir

crescimento exponencial

� Desenvolver mecanismos de proteção contra

biocidas

5

94

Fontes de Contaminação Fontes de Contaminação BacterialBacterialem um Sistema de Água Purificadaem um Sistema de Água Purificada

� Contaminação cruzada na própria água� Entrada de ar� Sifonagem de retorno� Reparos / alterações no sistema� Destilador / Osmose Reversa� Trocador de Calor� Bombas� Tubulações, acessórios� Soluções de sanitização� O próprio homem

95

Fatores secundários importantes Fatores secundários importantes quando na presença de nutrientesquando na presença de nutrientes

� Temperatura ambiente da água� Velocidade de vazão da água� Concentração de material inorgânico� pH� Estagnação da água� Materiais de construção de superfície� Grau de corrosão de superfície� Grau de esforço de cisalhamento sobre a

superfície� Grau de fluxo na superfície

96

Portanto sob determinadas condições, os Portanto sob determinadas condições, os microorganismos se aderem, interagem com as microorganismos se aderem, interagem com as superfícies e iniciam o crescimento celular.superfícies e iniciam o crescimento celular.

97

Essa multiplicação dá origem à colônias e

quando a massa celular é suficiente para

agregar nutrientes, resíduos e outros

microorganismos está formado o

BIOFILME

98 99

Foto mostrando Biofilme em uma superfície

6

100

BiofilmeBiofilmeDefinição:

Biofilmes são complexos ecossistemas microbiológicos embebidos em uma matriz de polímeros orgânicos extracelulares de natureza polissacarídea ou proteica, também conhecida como glicocalix, aderidos a uma superfície que contém partículas de proteínas, lipídios, fosfolipídios, carboidratos, sais minerais e vitaminas, entre outros, que formam uma espécie de lodo debaixo do qual, os microorganismos continuam a crescer, formando um cultivo puro ou uma associação com outros organismos.

101

Portanto o caminho para atender o

fornecimento constante de Água

Purificada dentro dos padrões pré-

determinados da indústria farmacêutica

chama-se

PREVENÇÃO

102

Limpeza / Limpeza / SanitizaçãoSanitização� A cada 180 ± 30 dias (Programa de Manutenção

de Limpeza Preventiva)

� Após resultado microbiológico acima do limite

� Após qualquer ocorrência que cause parada no loop de recirculação por um intervalo de tempo superior a 24 horas

� Após qualquer manutenção ou modificação na linha de recirculação

103

Fatores que contribuem para uma Fatores que contribuem para uma HigienizaçãoHigienização Eficiente (HE) (Limpeza / Eficiente (HE) (Limpeza / SanitizaçãoSanitização) em Sistemas de Água Purificada) em Sistemas de Água Purificada

� Método de Limpeza

� Grau de nutrientes aderidos à superfície

� Qualidade dos Produtos utilizados na Limpeza e Desinfecção

� Configuração construtiva

� Nível de corrosão (rouge) na superfície

� Natureza da superfície

HE = Energia Química X Energia Mecânica X Energia Térmica X Tempo

104

Os nutrientes aderem às Os nutrientes aderem às superfícies em função de:superfícies em função de:

1. Superfícies rugosas obtidas tipicamente de

processos de acabamentos mecânicos

2. Poros, reentrâncias e microfissuras

3. Ação de forças de Ligação Eletrostática

1 + 2 + 3 = Energia de Adesão

105

Um microorganismo pode aderir a Um microorganismo pode aderir a uma superfície de três formas:uma superfície de três formas:

� Adesão direta à superfície

� Adesão aos nutrientes que estão aderidos à superfície

� Incorporação à massa de nutrientes aderidos

Em superfícies limpas, a primeira forma predomina, enquanto em locais onde grande quantidade de sujeira está acumulada, possivelmente ocorrem os dois últimos mecanismos

7

106

� Higienização Eficiente

HE = Energia Química X Energia Mecânica X Energia Térmica X Tempo

Fatores que influenciam a Higienização Eficiente:

– Método de Limpeza

– Grau dos Resíduos aderidos à superfície

– Qualidade dos Produtos utilizados na Limpeza e Desinfecção

– Configuração construtiva

– Nível de contaminação

– Natureza da Superfície de Contato

107

Natureza da SuperfícieNatureza da Superfície

� Influência do tipo de acabamento no desempenho da higienização

– Quanto menor a rugosidade melhores são os resultados da higienização

– Influência do eletropolimento na higienizaçãoeficiente

108

Quanto menor a rugosidade melhores são os resultados da higienização.

EFEITO DO ACABAMENTO DE SUPERFÍCIE SOBRE O TEMPO DE LIMPEZA

COMPARAÇÃO ESQUEMÁTICA DA MICRORUGOSIDADE DE UMA CÉLULA MICROBIANA

109

MICROFOTO EM MEV MOSTRANDO MICROORGANISMOS ALOJADOS NOS MICROSULCOS DE UMA SUPERFÍCIE LIXADA MECANICAMENTE

110

� Influência do Eletropolimento na HigienizaçãoEficiente

111

Produtos utilizados na Limpeza /Produtos utilizados na Limpeza /SanitizaçãoSanitização� A ação mecânica (CIP) em conjunção com

agentes de limpeza é o meio mais eficiente para prevenção de microorganismos em sistemas de água purificada.

� O uso correto de sanitizantes pode destruir organismos e minimizar a formação de Biofilme.

Dica: o uso incorreto pode colaborar para o início da contaminação

8

112

A Importância da A Importância da PassivaçãoPassivação Preventiva Preventiva em Sistemas de Água Purificada no Dia em Sistemas de Água Purificada no Dia a Dia da a Dia da Higienização Higienização e e SanitizaçãoSanitização!!

� Formação efetiva da camada passiva

� Maior resistência à corrosão (menor formação de Rouge)

� Garantia contínua do sistema pela minimização de impurezas e contaminantes gerados na superfície de contato

� Otimização da limpeza e sanitização preventiva

113

Por vários motivos infelizmente a

PREVENÇÃO é deixada para o 2° Plano.

Portanto por conseqüência lógica mais cedo ou tarde a contaminação

microbiológica vai aparecer!

E por conseqüência natural o BIOFILME!

114

Nestes casos o Remédio

chama-se

REMEDIAÇÃO!!!

115

Para iniciar um processo de REMEDIAÇÃO precisamos conhecer bem o que vamos remediar... e aí é que

reside o PROBLEMA!!!!

TentarREMEDIAR BIOFILME = LOTERIA

Vamos entender porque!!!!!

116

Fases do desenvolvimento do Fases do desenvolvimento do BiofilmeBiofilme

1. Condição da superfície

2. Adesão de bactéria pioneira

3. Formação de lodo

4. Colonização secundária

117

9

118

Biofilme de Função CompletaBiofilme de Função Completa

� O Biofilme maduro é como um tecido vivo na

superfície da tubulação. É uma comunidade metabolicamente cooperativa e complexa com diferentes espécies.

� Quando o filme cresce e se estende da zona inativa da parede do tubo até a zona de vazão turbulenta, células se desagregam e podem iniciar

colonização no curso da tubulação.119

120

Evolução Evolução BacterialBacterial� Bactérias do Biofilme X Microorganismos de

Livre Flutuação– Bioquímica diferenciada (união das várias espécies)

– 40% das proteínas da parede celular são diferentes

– Chemotaxis, movimento de organismos em resposta ao gradiente químico (nutriente)

– Bactérias (Pseudomonas aeruginosa) desenvolvem um flagellum (calda móvel) para se direcionar à superfície

– Parede da célula hidrofóbica - afinidade à superfície

– Produção de polímero extracelular – auto proteção –substância lodosa - Glicocalix

121

Biofilme e sua Auto ProteçãoBiofilme e sua Auto Proteção� Alta resistência à biocidas em função de:

– Secreção pelas bactérias de um lodo aderente

– Escudo protetivo

– Limitação de difusão relativo à células flutuantes

– Pseudomonas aeruginosa 150 a 3000 vezes mais resistente aos biocidas, relativo aos primos microorganismos flutuantes

122

ConclusõesConclusões� As bactérias constituem uma muito bem

sucedida forma de vida. Em sua evolução, elas desenvolveram estratégias bem sucedidas para sobrevivência que inclui agregação às superfícies e desenvolvimento de biofilmes protetivos onde elas se comportam muito diferentes das bactérias de livre flutuação. Suas estratégias bem sucedidas torna DIFÍCIL o controle do desenvolvimento de biofilme em sistemas de água purificada

123

Então qual é a solução?Então qual é a solução?

Como combater o Biofilme?Como combater o Biofilme?

10

124

� Não há uma resposta fácil!

� Como já dissemos aqui, uma vez que o

Biofilme se instala no sistema de água

purificada, eliminá-lo ou combater o seu

crescimento passa a ser uma grande loteria.

125

� Em função do exposto, devemos desenvolver um plano de trabalho consistente como segue:

– 1ª Fase

Inspeção minuciosa e mapeamento.Mapeamento correto do sistema, inspeção minuciosa em toda extensão do loop e conhecimento claro da operação.

– 2ª Fase

Identificar os possíveis pontos críticos para o desenvolvimento e crescimento de Biofilme

– 3ª Fase

Sistemática para monitorar e inspecionar estes pontos críticos a fim de identificar melhor a sua localização.

126

– 4ª FaseEntendimento de fatores primários e secundários que estejam colaborando para o desenvolvimento do Biofilme

– 5ª FaseDesenvolver um procedimento viável de Limpeza Química de múltiplos estágios

– 6ª FaseUtilização de produtos químicos que se possível não alterem a integridade do sistema

– 7ª FasePlano de acompanhamento sistemático para verificação dos resultados obtidos

– 8ª FaseDocumentação consistente dos trabalhos realizados para posterior validação

127

Dicas Dicas -- Nivelamento da SuperfícieNivelamento da Superfície

� Superfícies mais lisas retardam a agregação de bactérias

� A lisura da superfície não afeta significativamente a quantidade total de Biofilme que irá agregar

� Até hoje nunca foi encontrada uma superfície que seja capaz de impedir a agregação de bactérias

� Em superfícies eletropolidas o Biofilme se forma a uma velocidade menor que em superfícies lixadas mecanicamente

128

Tamanho da Tamanho da bactéria bactéria comparado comparado com a com a rugosidade rugosidade da superfícieda superfície

129

� O número máximo de bactérias por cm2 em superfícies eletropolidas deve ser menor por ter menos área de contato se comparadas com superfícies lixadas mecanicamente

� Superfícies eletropolidas têm menos Biocorrosão

� Células com parede hidrofóbica agregam na mesma velocidade independente da rugosidade ou lisura da superfície

Dicas Dicas -- Nivelamento da SuperfícieNivelamento da Superfície

11

130

Dicas Dicas -- Velocidade de VazãoVelocidade de Vazão� Alta velocidade de vazão não remove nem previne

formação de Biofilme� Alta velocidade de vazão pode alterar e retardar o

crescimento do Biofilme� Alta velocidade de vazão permite que nos sistemas

se desenvolvam variedades de bactérias filamentosas (como Pseudomonas) com seusexopolímeros aderentes

� Na região não turbulenta do fluxo (subcamada lamelar) as forças de cisalhamento são medíocres para deslocar um microorganismo

131

Espessura Espessura do Biofilme e do Biofilme e Velocidade Velocidade de Vazãode Vazão

132

Dicas Dicas -- Nutrientes limitadosNutrientes limitados

� Limitando os nutrientes limita-se o crescimento de bactérias

� Mesmo baixos níveis de nutrientes (água purificada) é suficiente para reprodução e formação do Biofilme

� Tecnologia atual não é capaz de reduzir a zero o nível de nutrientes em sistemas de água purificada

133

Dicas Dicas -- Nutrientes limitadosNutrientes limitados� Quantidades muito pequenas de oxigênio

sustentarão crescimento bacterial

� Bactérias se revertem à respiração anaeróbica, assim uma farta população pode existir em sistemas de água purificada

� Embora não podemos matar as bactérias de fome, água purificada (osmose / destilação) pobre em nutrientes sustenta menos Biofilme

134

Dicas Dicas -- Limpeza e Limpeza e SanitizaçãoSanitização do do BiofilmeBiofilme� Biocidas químicos oxidantes

– Cloro– Dióxido de cloro– Ozônio– Peróxido

� Biocidas químicos não oxidantes– Quaternários– Formaldeído

� Tratamento físico– Calor (aquecimento do sistema 95°C – 100min.)

135

Dicas Dicas -- Detecção e Contagem de Detecção e Contagem de BactériasBactérias

� Modo clássico → contagem em placa– Pode subestimar o número total de bactérias presentes

� Amostras de água coletam apenas bactérias de livre flutuação

� Uma contagem baixa em placa não significa que as bactérias não estão presentes, já que 99% das bactérias em sistemas de água ficam agregadas àsuperfície da tubulação

12

136

� A sanitização pode ser ineficiente para romper o

Biofilme e não descartar para água as bactérias,

porém elas permanecem lá

� Durante o fluxo pode haver desprendimento em

grande quantidade de bactérias (Biofilme

Completo), que pode então explicar dia a dia

resultados com flutuações e alta contagem

ocasional

Dicas Dicas -- Detecção e Contagem de Detecção e Contagem de BactériasBactérias

137

Dicas Dicas -- Resistência ao BiocidaResistência ao Biocida� Bactérias associadas aos Biofilmes são muito mais

difíceis de matar e remover das superfícies do que microorganimos plantônicos

� Bactérias em um Biofilme podem resistir aos biocidas porque são protegidos no lodo

� Pseudomonas aeruginosa 150 a 3000 vezes mais resistente aos biocidas, relativo aos primos microorganismos flutuantes

138

Dicas Dicas –– RecoberturaRecobertura do Biofilmedo Biofilme� A Recobertura do Biofilme pode ser devido

a um ou a todos os seguintes fatores:– O biofilme remanescente contém suficientes

organismos viáveis. Além disso, a recoberturade biofilme após sanitização por choque é mais rápida que o acúmulo inicial em uma tubulação limpa.

– O biofilme residual na superfície torna-a mais rugosa que a tubulação limpa. A rugosidade do depósito pode oferecer uma superfície mais aderente a qual adsorve mais células microbiais e outros compostos da água.

139

Dicas Dicas –– RecoberturaRecobertura do Biofilmedo Biofilme– O biocida preferencialmente remove polímeros

extracelulares e não células de biofilme, além disso deixa as células de biofilme mais expostas aos nutrientes quando cessa a sanitização.

– Organismos sobreviventes rapidamente criam mais lodo (polímeros extracelulares) como uma resposta protetiva à irritação pelo biocida.

– Há seleção para organismos menos suscetíveis aos reagentes de sanitização. Estes são geralmente os organismos que produzem excessivas quantidades de lodo como Pseudomonas.

140

Como podemos concluir literalmente e praticamente a melhor estratégia para impedir a contaminação em Sistemas

de Água Purificada.....

Chama-se

PREVENÇÃO!!!

141

DicaDica

O início da PREVENÇÃO é O início da PREVENÇÃO é

monitorar e impedir que a monitorar e impedir que a

DEPASSIVAÇÃO se DEPASSIVAÇÃO se

desenvolva no Sistemadesenvolva no Sistema

13

142 143

COMO ?COMO ?

144

Tendo um Programa Tendo um Programa

Preventivo Sistemático de Preventivo Sistemático de

PASSIVAÇÃOPASSIVAÇÃO

145

146

VAMOS CONCLUIRVAMOS CONCLUIR� Passivação Não Remove Contaminação

Microbiológica e muito menos Biofilme

� Depassivação é o início do processo para o aparecimento de problemas de contaminação.

� Um Plano Sistemático de Passivação é o melhor caminho para impedir a Depassivação.

� Por conseqüência natural minimiza as possibilidades de aparecimento da Contaminação Microbiológica e do Biofilme