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TECNOLOGIA FARMACEUTICA IIUNIDAD 1
OPERACIONES FARMACEUTICAS
Dra. Claudia Ortega
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Operaciones FarmacuticasLas tres operaciones bsicas en las que
intervienen slidos pulverulentos son:
PulverizacinDistribucin del Tamao Final Deseado
(Tamizado)Mezclado
Son etapas habituales en los procesos de elaboracin de numerosas
formas farmacuticas y permiten poner de manifiesto la importancia
en tecnologa farmacutica de las caractersticas de los slidos.
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Conminucin es el proceso mecnico de reducir el tamao de
partculas o aglomeraciones.
En consecuencia abarca una amplia variedad de operaciones que
comprende: cortado picado aplastamiento molienda abrasin
micronizacin trituracin
Tipo de equipo empleado Caractersticas del material Tamao
inicial de las partculas Tamao final deseado.
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Por ejemplo: las partculas muy grandes pueden requerir la
reduccin por etapas, solo porque el equipo necesario para generar
el producto final no acepta la alimentacin inicial.
En el caso de materiales vegetales y fibrosos la reduccin de
tamao en general se logra, al menos al principio, por cortado.
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PulverizacinSe define como el proceso de reduccin por medios
mecnicos del tamao de partcula de los slidos pulverulentos.
Es una operacin bsica ya que son bastante escasos los productos
que se suministran con una granulometra adecuada para el fin al que
van a ser destinados
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Factores que condicionan la seleccin del equipo
La pulverizacin encierra algunos riesgos para materiales que se
someten a esta operacin y que puede producir efectos indeseables
sobre algunas de sus propiedades.
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En numerosos equipos de pulverizacin los materiales van a estar
expuestos a temperaturas bastantes elevadas durante el proceso,
ello puede resultar incompatible con la estabilidad de compuestos
termolbiles o provocar alteraciones de importancia en la estructura
cristalina de aquellos que presentan el fenmeno de
polimorfismo.
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La abrasin o el desgaste del molino en la molienda de materiales
duros, sobre todo con los equipos de alta velocidad ( molinos de
martillo) puede provocar: contaminacin elevada de los productos
costos de mantenimiento excesivos acortar la vida til de los
equipos.
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Los mecanismos bsicos a travs de los cuales puede producirse la
fragmentacin son cuatro:
Compresin (cascanueces)Impacto (martillo)Desgaste (lima)Corte
(tijeras)
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Las propiedades de los materiales que sevan a pulverizar
determinan la convenienciade acudir a uno u otro mecanismo:
* materiales quebradizos se pulverizan adecuadamente por
compresin o por impacto.* materiales fibrosos se pulverizan
adecuadamente por corte.
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El contenido de humedad de los materiales juega un importante
papel en la evolucin del proceso de pulverizacin.
Se puede afirmar que cuando el contenido en humedad excede el 5
% el material incrementa de manera notable su adhesividad fijndose
a distintas zonas de los molinos formando aglomerados de partculas
con la correspondiente disminucin en la eficacia del proceso.
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Criterios de seleccin de un equipo de pulverizacin
Tipo de molinoMecanismo de pulverizacionLmite inferior tamao de
partcula (mm)Materiales adecuadosMateriales no
AdecuadosMartillosImpacto+roce40QuebradizosNo abrasivos o poco
abrasivosFibrososAdhesivosBajo punto de
fusinCuchillasCorte100FibrososDurosAbrasivos
RodillosCompresin75BlandosAbrasivosFibrososBolas
Impacto+roce10Moderadamente
durosAbrasivosFibrososBlandosMicronizadorRoce+impacto0,5Moderadamente
durosFriables
FibrososAdhesivos
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MolinosPresentan en todos ellos de tres elementos bsicos:
Sistema de alimentacin del material que se va a pulverizarCmara
de pulverizacin Dispositivo de descarga del material
pulverizado.
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Tipos de molinosMolino de MartillosMolino de CuchillasMolino de
Rodillos Molino de BolasRgimen ContinuoMicronizadores
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Molino de martillos
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Estos incorporan en la cmara de pulverizacin un rotor que lleva
adosado un N variable de martillos (entre 4 y 10) y que gira a
velocidad elevada ( hasta 10000 rpm).
En la parte inferior de la cmara de pulverizacin se dispone un
tamiz de abertura de malla adecuada que permite la salida del
producto pulverizado.
La reduccin del tamao se produce por impacto y hasta valores
comprendidos entre 20 y 50 micras dependiendo de las caractersticas
del material.
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Molino de cuchillas
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Adecuado para la reduccin de tamao de partcula de materiales
plsticos o fibrosos.
El rotor de la cmara de pulverizacin incorpora una serie de
cuchillas (entre 2 y 12) que ejercen un efecto cortante al
coincidir con otra serie de cuchillas fijas situadas en la pared
interna de la cmara.
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La velocidad operacional es notablemente menor que la del molino
de martillos (200 y 900 rpm)
Estos equipos pueden clasificarse como sistemas de pulverizacin
grosera e intermedia hasta valores no inferiores a 100 micras.
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Molino de Rodillos
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Su estructura es muy sencilla, consta de 2 rodillos lisos (menos
frecuente acanalados o dentados) con sus ejes dispuestos
horizontalmente que giran en sentido opuesto el uno hacia el
otro.
La velocidad de rotacin se sita entre 50 y 300 rpm.
La alimentacin se lleva a cabo por la parte superior y el
material pulverizado es recogido por la parte inferior del
molino.Las partculas quedan atrapadas entre los rodillos y son
fragmentadas por compresin.
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Adecuado para la reduccin de tamao de materiales quebradizos de
dureza moderada y deben considerarse como sistemas de reduccin
intermedia.
Una de las principales ventajas es la uniformidad de tamao de
las partculas de los productos pulverizados en especial cuando se
utilizan rodillos de superficie lisa
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Molino de Bolas
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Formado por un recipiente cilndrico rotatorio metlico o de
material cermico que lleva en su interior una carga de bolas
(habitualmente de acero inoxidable) que constituye el elemento
activo en el proceso de pulverizacin al desplazarse en el interior
del cilindro por efecto de rotacin.
El mecanismo a travs del cual se consigue la reduccin del tamao
es una combinacin de impacto y roce.
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Estos molinos deben considerarse como sistemas de pulverizacin
fina ya que permiten obtener productos con pequeo tamao de
partculas (hasta 10 micras).
Resultan adecuados especialmente para materiales duros y
abrasivos, que plantean serios problemas para otros equipos de
pulverizacin (ejemplo molinos de martillos)
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Son numerosos los factores que condicionan la eficacia del
proceso en estos molinos:
* Velocidad de rotacin del cilindro* Tamao de las bolas* Carga
del cilindro* Carga del material
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Las ventajas que presenta son:
*Permite pulverizar amplia diversidad de materiales (ejemplo:
sustancias fcilmente oxidables o con riesgo de producir
explosiones).* Se adapta a la pulverizacin hmeda.
Las desventajas que presenta son:
* Larga duracin del proceso* Elevado consumo energtico*
Laboriosa operacin de limpieza.
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La alimentacin se efecta por una extensin de la cmara cuya forma
favorece la salida del materialRgimen Continuo
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Micronizador
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Tambin conocidos como molinos de chorros o molinos neumticos aqu
utiliza la energa de un fluido ( una corriente de aire o gas a
presin) para reducir el tamao de partculas.La corriente de aire o
gas produce el arrastre del material que se va a pulverizar
dispuesto en la tolba de alimentacin. Una vez que la suspensin de
partculas entra en la cmara de pulverizacin inciden tangencialmente
sobre ella nuevas corrientes que inducen la formacin de fuertes
turbulencias. Las partculas siguen una trayectoria elptica o
circular en el interior de la cmara. Las de mayor tamao son
empujadas por su mayor peso hacia la parte exterior de la cmara en
tanto que las ms pequeas se concentran en el interior. Aquellas que
hayan alcanzado un tamao suficientemente reducido son arrastradas
fuera de la cmara de pulverizacin a travs de la abertura de
descarga.
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El mecanismo preponderante de pulverizacin en micronizadores es
el impacto de las partculas entre si, sin embargo no es
despreciable la contribucin del roce entre las partculas y estas
con las paredes de la cmara.
Los materiales pulverizados en este tipo de molino conocidos
como productos micronizados. Presentan un tamao de partcula
especialmente reducido entre 0.5 y 20 micras. Se trata de una
tcnica de pulverizacin ultrafina que da lugar a un producto con una
gran superficie especfica.
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Un requisito importante en esto equipos es que el material que
se va a pulverizar debe presentar un tamao de partcula
suficientemente reducido para que pueda ser arrastrado de forma
eficaz por la corriente de aire. Por ello debe resultar necesaria
la pulverizacin previa del material en otro tipo de molinos
(ejemplo molinos de martillos o bolas).
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Un ventaja importante de la micronizacin es que permite la
pulverizacin de productos marcadamente termolbiles, debido al
fuerte efecto refrigerante que produce la expansin del aire en la
cmara de pulverizacin y la rpida transferencia de calor desde las
partculas al aire.
Son desaconsejables para materiales fibrosos o de marcado
comportamiento plstico, en este ltimo caso es posible alimentar el
micronizador con el producto sumergido previamente en nitrgeno
liquido para que resulte ms quebradizo.
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Separacin de PartculasFrecuentemente los slidos pulverulentos
manejados en Tecnologa Farmacutica contienen una determinada
proporcin de partculas cuyo tamao dificulta su utilizacin o cuya
distribucin del tamao de partculas resulta excesivamente
heterognea. En este caso es necesario la aplicacin de tcnicas que
permitan separar o clasificar las partculas que componen dichos
slidos en funcin de su tamao
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Tamizacin
En esta tcnica, las partculas de una masa pulverizada se colocan
en un tamiz con aberturas uniformes. Al aplicar algn tipo de
movimiento en el tamiz, las partculas ms pequeas que las aberturas
pasan a travs de l.
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Movimiento del tamiz1) Horizontal: tiende a aflojar las
aglomeraciones de partculas que estn en contacto con su superficie
y permite que las ms pequeas lo atraviesen
2) Vertical: sirve para agitar y mezclar las partculas y hacer
que lleguen ms de las pequeas a la superficie del tamiz y lo
atraviesen.
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En esta tcnica una dificultad importante es la produccin de
tamices de aberturas uniformes, en particular cuando la malla es
muy fina.
El lmite inferior prctico de los tamices de alambre tejido es de
43m (malla 325). Sin embargo, gracias a la introduccin
electroformados, en la actualidad se cuenta con tamices capaces de
analizar partculas del orden de 5m.
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Esta tcnica tambin presenta el problema de que las aberturas se
tapan, por atascamiento de partculas ms grandes o irregulares, con
el fin de solucionar este problema se usan:
Movimientos horizontales y verticales del tamizChorros de
aireInversin peridica sbita del movimiento del tamizCiclos
continuos.
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Para las operaciones continuas los tamices estn unidos a
dispositivos mecnicos o electromagnticos que aportan la energa
necesaria para agitar las partculas a travs de las aberturas del
tamiz y tambin para evitar la acumulacin de las partculas finas en
las aberturas, porque esto tiende a ocluirlas y a retardar la
operacin.
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Los tamices mecnicos para la industria son de diseo y capacidad
variados y comprenden tamices giratorios, circulares, vibratorios,
de agitacin y removedores.
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Mezclado de Slidos
Operacin bsica de mayor frecuencia
La totalidad de las formas farmacuticas de dosificacin slidas
estn constituidas por dos o ms componentes que deben mezclarse
adecuadamente.
La uniformidad de contenido en principios activos depende
directamente del proceso de mezclado de sus componentes.
La resistencia mecnica de comprimidos puede verse afectada por
la duracin del proceso de mezcla del agente lubricante con los
restantes componentes de formulacin.
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Diferencias en la biodisponibilidad de algunos principios
activos cuando se administran bajo forma de comprimidos se han
atribuido al procedimiento de mezcla utilizado.Tradicionalmente el
mezclado de slidos se ha considerado como una distribucin aleatoria
de las partculas de los componentes de la mezcla, no obstante es
necesario contemplar ciertos procesos de mezcla como procesos de
ordenacin de las partculas.
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Ordenacin y la Aleatorizacin de las partculasSi estas mezclas se
dividen en pequeas porciones, por ejemplo de dos partculas, la
composicin de cada una de ellas ser la misma si proceden de mezclas
ordenadas ( una partcula blanca - una negra).
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En cambio si proceden de una mezcla aleatoria puede obtenerse
grupos formados distintos ( dos partculas blancas, dos partculas
negras o una blanca y una negra debido a la disposicin al azar de
las partculas.
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La importancia practica de estos aspectos proviene de que en
tecnologa farmacutica se lleva a cabo la subdivisin de las mezclas
en pequeas fracciones que constituirn las unidades de administracin
(cpsulas, comprimidos, etc )
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Aunque las mezclas que se utilizan normalmente no se comportan
como mezclas ordenadas o aleatorias ideales, sus propiedades se
aproximan a las de unas u otras en funcin de la intensidad de las
interacciones interparticulares.
Mezcla Aleatoria: adecuada para componentes poco cohesivos. En
este caso podemos incluir productos que fluyen libremente.
Mezcla Ordenada: adecuada para componentes cohesivos cuyas
partculas interaccionan con fuerzas de importante intensidad y para
productos micronizados.
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Formacin de mezclas ordenadas de producto
micronizado-portador
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DesventajasEn mezclas aleatorias es la separacin de sus
componentes (segregacin) debido a la pequea intensidad de las
interacciones entre las partculas
En mezclas ordenadas la fuerte cohesividad de las partculas
complica la rotura de los aglomerados de partculas para que tenga
lugar la ordenacin.
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Mecanismo de Mezclado y Segregacin
La interposicin de las partculas de los distintos componentes
tiene lugar a travs de los siguientes mecanismos:
Movimiento de conveccin (Mezcla Convectiva),de grupos de
partculas de un componente a regiones ocupadas por otro.
Movimiento de difusin ( Mezcla Difusiva) de partculas
individuales
Claudicacin por corte, que reduce fundamentalmente la
segregacin.
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Mecanismos Bsicos de Mezclados
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Las mezcladoras ms eficientes inducen el mezclado por los tres
mecanismos.
Mezclado: operacin aleatoria de desplazamiento, en la que
intervienen grupos de partculas grandes y pequeas y hasta partculas
individuales.
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Se deben tener en cuenta la adhesividad o la tendencia a
deslizarse de las partculas, entre otros factores.
> adherente es el material< facilidad de mezcla o se
segrega.
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Las fuerzas electrostticas de la superficie de la partcula
tambin pueden influir mucho en el proceso de mezclado y hasta
pueden ocasionar suficiente rechazo entre las partculas para
imposibilitar el mezclado a azar.
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Al permitir que las partculas se muevan entre s, las mezcladoras
tambin establecen condiciones necesarias para que haya segregacin.
Toda manipulacin de un lecho de polvo con fines de transporte,
descarga desde una tolva, etc., brinda la oportunidad de
segregacin. As muchos de los llamados mecanismos de segregacin en
realidad son situaciones en las cuales puede haber segregacin.
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Segregacin Se produce por: *Diferencias en el tamao de las
partculas y , en menor medida en su forma.
Las condiciones necesarias y suficientes para que se produzcan
son: * Los diversos componentes de la mezcla presentan movilidad
diferente para el desplazamiento entre las partculas * La mezcla
presenta un campo que ejerce una fuerza motriz direccional sobre
las partculas.La combinacin de estas condiciones provoca
migraciones asimtricas de las partculas induciendo a la
segregacin.
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Segregacin de componentes por diferencias de tamao de partcul en
mezclas aleatorias
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Equipos de Mezclado
La mezcladora ideal debe: Producir una mezcla completa
rpidamente Accin mezcladora lo ms suave posible para no daa el
producto. Debe limpiarse y descargarse con facilidad ser hermtica
al polvo Requerir poco mantenimiento Consumir poca energa.
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Suelen clasificarse en las siguientes 3 categoras en funcin de
las caractersticas del dispositivo que induce los movimientos
relativos de las partculas de los componentes de la
mezcla.Mezcladores MvilesMezcladores Estticos
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Mezcladores Mviles: (Carcasa giratoria) el proceso tiene lugar
como consecuencia del movimiento de rotacin de los recipientes que
contienen los compo-nentes de la mezcla
Mezcladores Estticos: (Carcasa fija) estos equipos carecen de
elementos mviles, el mezclado se produce por el avance del material
en su interior.
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Algunos equipos trabajan en continuo (conveniente para mezclas
que tienden a segregar) pero la mayor parte de las operaciones de
mezclado con productos farmacuticos se llevan a cabo en rgimen de
lotes.
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Mezcladores Mviles o Mezcladores de Carcasa Giratoria
Ejemplos: mezcladora de tambor (cilndrica), cubicas, de doble
cono y de carcasas gemelas en V
Se trata de recipientes con formas geomtricas diferentes que se
llenan parcialmente con el material que se va a mezclar y efecta
movimientos de rotacin sobre un eje horizontal.
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Representacin esquemtica de 4 tipos de mezcladores mviles: A) en
V; B)cbico; C) cilndrico; D) doble cono.
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Una de las caractersticas comunes a los mezcladores mviles es
que la accin de mezclado de tipo difusivo resulta muy suave
(intensidad insuficiente para romper los aglomerados de partcula de
productos cohesivos).
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Mezcladoras cubicas y cilndricasEn estas a causa de las
superficies planas, el polvo experimenta ms una accin de
deslizamiento que de rodamiento, un movimiento que no induce al
mezclado ms eficiente.
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Mezcladoras de doble cono Son una clase importante de
mezcladoras de carcasa giratoria o tumbadora. Fueron desarrolladas
con la intencin de evitar algunas fallas de las mencionadas.
Habitualmente, no se requieren baffles y esto significa fcil
limpieza. Por lo general cuando se requiere mezclado de precisin de
slidos se recomiendan mezcladoras doble cono.
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Mezcladores en V y Doble cono
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Factores que condicionan la eficacia del mezclado
Carga del material: la mayor eficacia se alcanza cuando los
componentes de la mezcla ocupan 1/3 del volumen del recipiente.
Velocidad de Rotacin: generalmente se puede afirmar que cuanto
mayor sea la velocidad de rotacin mayor ser la contribucin de la
mezcla convectiva al proceso. Sin embargo si se incrementa
excesivamente la velocidad de rotacin las partculas comienzan a
moverse de acuerdo con el mezclador y la accin de mezclado se
detiene. La velocidad optima de rotacin entre 30 y 100 rpm, ser
menor cuanto mayor sea el tamao del mezclador.
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Una ventajas de los mezcladores mviles es la facilidad de las
operaciones de carga y descarga de material, limpieza y
mantenimiento mientras que no son adecuados para mezclar materiales
poco cohesivos, ya que el mecanismo difusivo no es el mas adecuado
para prevenir el proceso de segregacin.
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Variante del mezclador en V adaptado para rgimen continuo
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Esta constituido por varias unidades de mezclado conectadas en
serie.
Los componentes de la mezcla se introducen a travs de un extremo
del mezclador descargndose la mezcla por el opuesto. Por efecto de
la rotacin aproximadamente la mitad del material presente en cada
unidad en V retorna hacia el extremo de alimentacin en tanto que la
otra mitad pasa a la unidad siguiente. Adems la pequea inclinacin
del eje de rotacin determina que el material progrese
paulatinamente hacia la zona de descarga.
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Mezcladores Estticos de Carcasa fija: Mezclador de Cintas
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Consiste en una carcasa, relativamente larga a modo de cubeta,
que tiene un fondo semicircular. La carcasa tiene un eje en el cual
estn ubicadas 2 cintas helicoidales que giran sobre el mismo eje en
el interior de la cmara de mezclado. Una de las cintas mueve el
material lentamente en un sentido y la otra rpidamente en sentido
contrario. Estas cintas producen un corte y un arrastre continuo de
la carga al hacer circular el polvo de un extremo a otro de la
bandeja y tambin al hacerlo rotar. La accin de corte, que se
produce entre la cinta mvil y la cubeta, sirve para romper los
grumos.
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Sin embargo no son mezcladoras de precisin, adems son difcil de
limpiar, alto consumo de energa y no son adecuados para materiales
friables debido a que durante el mezclado pueden verse sometidos a
presiones elevadas entre las cintas o contra las paredes del
mezclador. Presentan zonas muertas para el mezclado en los extremos
de la cmara, esto es importante cuando se pretende dividir la
mezcla en pequeas unidades. El mecanismo preponderante es:
Convectivo
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Mezclador Orbital de Anillo Interno
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Estos mezcladores estn constituidos por un recipiente
troncocnico en cuyo interior se sita un brazo articulado unido a un
tornillo sin fin con elementos helicoidales que efecta movimiento
planetario.
Los movimientos que experimenta el material por efecto de la
rotacin del brazo articulado determinan que se obtengan
combinaciones muy equilibradas de mezclas difusivas y convectivas
lo que hace que sean equipos adecuados para una gran variedad de
productos.
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Mezclador Malaxador doble z y Mezclador PlanetarioEstos equipos
tambin se usan para mezclar slidos, aunque a menudo como paso
previo a la introduccin de lquidos en procesos de granulacin por va
hmeda, su estructura resulta adecuada para el malaxado puesto que
consiguen una distribucin muy homognea del lquido de humectacin,
adems la geometra de sus paletas rotatorias determina que las zonas
muertas para el mezclado resulten mnimas.
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Mezclador-malaxador doble z
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Mezclador Planetario
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Mezcladoras Estticas o Inmviles
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Su estructura es muy sencilla, constituidos simplemente por
conducciones que llevan en su interior una serie de tabiques
incompletos que actan como deflectores que desvan o dividen el
flujo. Los polvos entran en la mezcladora desde tolvas que estn en
lo alto y caen libremente. Este tipo de mezcladores que actan en su
mayora por mecanismo convectivo es especialmente adecuado para
materiales que segregan con facilidad ya que permiten continuar el
mezclado durante su transporte hasta los equipos en que se va a
utilizar la mezcla ( ejemplo tolva de maquina de compresin)
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Indice de Mezclado
El ndice de mezclado es un parmetro que permiten cuantificar el
grado de homogeneidad alcanzado en un proceso de mezcla. Para su
obtencin es necesario tomar una serie de muestras en distintos
puntos de la mezcla y analizar la proporcin de componente en cada
una de ellas.
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Para que esta resulte correcta es necesaria tener en cuenta: El
nmero de muestras debe ser suficientemente elevado para que
resulten representativas de la totalidad de la mezcla. Los puntos
de muestreo deben cubrir la s distintas zonas del mezclador.
(>10)El tamao de las muestras debe fijarse en funcin del fin al
que se vaya a destinar la mezcla.
