Aços inoxidáveis para equipamentos e instalações farmacêuticas – Parte 5

A passivação reforça a formação de Óxido de Cromo superficial tornando o aço, realmente inoxidável, e garante a ausência de ferro na camada superficial.

Passivação de soldas e sistemas
Os aços inoxidáveis utilizados nas instalações farmacêuticas estão compostos principalmente por Ferro, Carbono, Cromo, Níquel e Molibdênio em percentagens definem as características das diferentes qualidades de cada um. O aço inoxidável 316L tem uma concentração de Carbono muito baixa que confere una característica de estabilidade do material.

Devido à precipitação dos compostos de carbono, há uma perda de propriedades já que a estrutura de metal é modificada em forma de cristalização.

A finalidade da passivação é devolver à superfície do material as características de resistência a través da formação de óxidos controlados.

A norma ASME BPE 2012 define que todas as superfícies em contato com processo deverão ser passivadas e que os processos de passivação deverão ser validados e dedica um anexo exclusivo (Appendix E) para definir o processo de qualificação da passivação.

Apenas para ressaltar a importância deste processo vale comentar que na ASME BPE a palavra “passivação” e/ou “passivado” aparece mais de cem vezes.

Proteção à corrosão
Toda instalação sanitária precisa estar protegida contra corrosão, tanto nas superfícies externas como internas para não contaminar os ambientes que as rodeiam.

Esta proteção pode ser conferida de muitas formas diferentes, desde uma simples pintura, um recobrimento mecânico com algum outro material protetor como o caso da metalização, galvanização, ou até um tratamento químico mais apropriado como a passivação.

O estado da superfície no que se refere a acabamento é de vital importância para que a corrosão não se manifeste.

Quanto maior seja o grau de polimento, mais lisa e mais brilhante seja a superfície, menor será a probabilidade de contaminação por aderência de elementos estranhos tais como graxas, resíduos de metais, sujeira em geral, produtos químicos, etc. que provocariam corrosão localizada ou galvânica.

Em muitos casos a corrosão é interrompida espontaneamente pelos próprios resíduos da corrosão já formada.

Este fenômeno é conhecido como passivação e tem a função de remover da superfície, o Ferro livre, os óxidos indesejáveis e outras contaminações.

Alguns elementos como o Alumínio, Titânio, Cromo ou Níquel, formam uma película de óxido que é altamente aderente e que ainda são impermeáveis a determinados ataques químicos, isolando o material base da atmosfera que o rodeia.

No caso do Ferro e dos Aços comuns, não existe esta película protetora já que os Óxidos de Ferro formados não são aderentes e ainda são extremamente porosos, o que não protege o material base do contato com o médio que o rodeia, progredindo indefinidamente a corrosão até não existir mais material a ser oxidado.

Pode-se dizer também que um aço inoxidável não passivado, poderá sofrer corrosão da mesma maneira que um aço comum de baixa liga.

Para que um material possa ser passivado, é indispensável a presença do médio oxidante, porem, esta superfície passivada pode ser violentamente atacada por outro médio altamente redutor.

Considerações sobre passividade
Nosso estudo refere-se exclusivamente a passividade de aços inoxidáveis austeníticos utilizados na construção de instalações sanitárias, geralmente da série AISI 300.

O simples contato físico de aços inoxidáveis com aços comuns pode provocar corrosão.

O teor de Cromo nas ligas de aço inoxidável é fundamental para a estabilidade da camada passivada.

Quanto maior o teor de Cromo, maior a estabilidade.

O Molibdênio também ajuda a manter a camada passivada em presença de soluções cloradas.

A passividade é a capacidade típica de certos metais ou ligas metálicas de permanecerem inalterados no meio que os cercam.

Estes meios podem ser:

Oxidantes que tendem a tornar a sua superfície mais passiva.

Redutores que diminuem a sua passividade.

Sendo assim, o Ácido Nítrico (HNO₃) é oxidante, o Ácido Sulfúrico (SO₄H₂) esta no limite e os ácidos Clorídrico (HCl) e Fluorídrico (HF) são redutores, por tanto o aço inoxidável nestes meios não é apropriado.

Como o Cromo é mais reativo que o Ferro, forma uma camada de Óxido de Cromo de no máximo dois centésimos de mícron que protege a superfície.

Este Óxido de Cromo somente pode ser removido da superfície por meios mecânicos ou por produtos químicos especificamente redutores como o Cloro.

Quer dizer que o Óxido de Cromo tem pouca capacidade de resistir ao ataque de redutores, por tanto é necessário adicionar Níquel na liga para manter a passividade.

A passivação reforça a formação de Óxido de Cromo superficial tornando o aço, realmente inoxidável e garante a ausência de ferro na camada superficial.

Aplicação
Em toda instalação deverão ser cuidadosamente aplicados os métodos de limpeza e passivação em pelo menos duas etapas da montagem:

1-  Em todas e cada uma das soldas de campo ou oficina, sejam elas feitas por procedimentos manuais ou automáticos e com ou sem material de aporte.

2-  Na superfície interna do sistema propriamente dito.

A aplicação de estes métodos dependerá fundamentalmente do fluido que será conduzido a traves da instalação, das exigências do Cliente e/ou contrato, e da garantia que o montador ofereça sobre seu trabalho.

Determinados sistemas construídos em aço inoxidável que formam parte de instalações consideradas sanitárias, não necessariamente deverão ter tratamentos químicos posteriores à solda já que o motivo de serem de este material deva-se exclusivamente a que serão instalados em áreas limpas e que não devem contaminar ou poluir o ambiente externo, e não por causa do fluido que conduzem que pode ser impuro e não oxidante.

Estes tratamentos químicos podem ser aplicados localmente, ou por imersão das peças em banhos que contenham os agentes passivadores.

Métodos de limpeza e passivação de soldas de campo
Este processo consiste em limpeza, decapagem e passivação das soldas nos aços inoxidáveis logo após serem executadas.

A finalidade é restaurar os estados de superfície originais do material soldado tanto externa como internamente.

Produtos Utilizados
Geralmente são utilizados produtos químicos vendidos comercialmente como “Pastas decapantes e passivantes” que propiciam a eliminação dos óxidos formados a quente durante a execução das soldas e das inclusões metálicas superficiais.

A composição básica de este tipo de pastas tem valores máximos aceitáveis de 5% de Ácido Fluorídrico e 30% de Ácido Nítrico e a sua aparência é um líquido espesso de cor esbranquiçado, sendo seu rendimento médio de um litro de produto para decapar aproximadamente 50 metros lineares de cordões de solda.

Antes da sua utilização deverá ser observado na embalagem que o prazo de validade não esteja vencido, pois se bem continuará a decapar por algum tempo extra, não o fará de forma completa.

Também deverá ser observado o modo de usar recomendado pelo fabricante.

Os solventes clorados ou halogenados, a soda cáustica e a potassa cáustica não são recomendados para esta finalidade.

Procedimento de aplicação das pastas
1-  Escovar a superfície a tratar com uma escova de aço inoxidável em quanto ainda estiver quente no caso de soldas com adição de material ou limpar com pano para retirada de graxas ou impurezas no caso de soldas sem adição de material.

2-  Aplicar a pasta sobre a superfície a tratar assim que esta atingir uma temperatura suportável no contato com a pele (40 / 50ºC), por meio de um pincel ou de uma escova.

3-  Deixar agir o produto durante 40 minutos, dependendo da temperatura da peça a tratar a qual não poderá ultrapassar os limites de +5ºC < T <  +50ºC.

4-  Escovar a superfície tratada com uma escova de aço inoxidável previamente molhada com água limpa.

5-  Enxaguar cuidadosamente com água limpa.

6-  Deixar secar por evaporação natural.

Após tratamento, deverá ser feito um controle visual dos estados de superfície onde o metal deve parecer limpo e de cor uniforme.

Filmes de óxido muito finos resultantes das operações de soldagem que poderão ser verificados também visualmente pela interferência de cores assim como manchas de oxidação, mesmo isoladas, inclusive manchas superficiais de ferrugem, ou resíduos de produtos ou traços de água de lavagem são inaceitáveis.

No final da operação, deverá ser emitido um Laudo discriminando os métodos e produtos utilizados e os resultados do controle.

Este Laudo deverá ser assinado pelo soldador, pelo supervisor e pelo fiscal do Cliente para inclusão no relatório final de fabricação.

Deverá ser emitido um Laudo por peça ou por lote de peças tratadas.

Pelas características do produto utilizado, todas as operações de decapagem/passivação deverão ser efetuadas ao ar livre ou num local muito bem ventilado.

O porte de roupas protetoras, luvas, botas de borracha, avental, máscara ou anteparo protetor para o rosto ou óculos de segurança é obrigatório.

Métodos de limpeza e passivação interna de sistemas
Uma vez concluídos os trabalhos de montagem e testes, deverá ser cuidadosamente lavada e passivada toda a superfície interna da instalação antes de começar a produção.

Damos em seguida uma metodologia adequada, porem, não é única. Outros produtos passivantes, sequencias, temperaturas e tempos também podem ser utilizados.

Este processo inclui:

1-  Limpeza com água tratada para arrastar toda e qualquer partícula sólida que tenha ficado dentro do sistema logo depois de concluída a montagem.

Não deve ser utilizada água industrial (ou não tratada), pois contaminará o sistema com os íons nela dissolvidos tais como Cl, Ca, Mg, etc. assim como com contaminação microbiológica.

A água deverá passar por todo o circuito a uma temperatura recomendada de 50^oC durante no mínimo 15 minutos e depois de concluída esta etapa, deverá ser drenada completamente antes de começar a próxima.

A utilização de água a temperatura ambiente poderá ser considerada somente nos casos em que seja absolutamente impossível ou extremamente oneroso o aquecimento da mesma.

Neste caso o tempo de circulação da água deverá aumentar para 30 minutos.

2-  Fluxo com solução de 3% a 10% de Soda Cáustica (Hidróxido de Sódio: NaOH).

Esta solução deverá ser circulada pela instalação durante 30 minutos a temperatura ambiente (máximo 40^oC) e logo depois deverá ser drenada tomando todas as precauções relativas ao destino do dreno por se tratar de uma solução agressiva.

3-  Opcionalmente poderá ser feita uma limpeza intermediária com água tratada a temperatura ambiente para remover a maior parte da solução alcalina da etapa anterior.

O tempo necessário para completar esta etapa é muito variável.

Se fosse necessário remover todo e qualquer vestígio, a água tratada de enxague já contaminada deverá ser drenada do sistema e ao mesmo tempo deverá ser reposta na mesma quantidade.

Os pontos de reposição e drenagem deverão ser definidos estrategicamente a fim de obter o maior rendimento da limpeza e ainda, cuidados especiais deverão ser tomados com o destino do dreno já que nos primeiros minutos a água conterá uma concentração de Soda Cáustica importante.

Deverão ser feitas amostras a cada meia hora para analisar o pH da água de lavagem até atingir o mesmo valor de pH da água na alimentação do sistema.

Em quanto isto não ocorrer deverá continuar-se com a lavagem já que ainda existirão traços da Soda Cáustica.

Se fosse apenas a ser rinsado o sistema, bastarão 15 minutos de circulação de água tratada a temperatura ambiente. Esta lavagem, apesar de não ser completa, ajuda a não utilizar parte do Ácido Nítrico da etapa seguinte para neutralizar a Soda Cáustica remanescente no sistema.

4-  Fluxo com solução de 3% a 10% de Ácido Nítrico (HNO₃).

Esta solução deverá ser circulada pela instalação durante 30 minutos a temperatura ambiente (máximo 40^oC) e logo depois deverá ser drenada tomando todas as precauções relativas ao destino do dreno por se tratar de outra solução agressiva.

5-  Limpeza final com água tratada a temperatura ambiente para remover qualquer vestígio das soluções utilizadas nas etapas anteriores.

O tempo necessário para completar esta etapa é muito variável.

Durante todo este período, a água tratada de enxague já contaminada deverá ser drenada do sistema e ao mesmo tempo deverá ser reposta na mesma quantidade.

Os pontos de reposição e drenagem deverão ser definidos estrategicamente a fim de obter o maior rendimento da limpeza e ainda, cuidados especiais deverão ser tomados com o destino do dreno já que nos primeiros minutos a água conterá uma concentração de Ácido Nítrico importante.

Deverão ser feitas amostras a cada meia hora para analisar o pH da água de lavagem até atingir o mesmo valor de pH da água na alimentação do sistema.

Em quanto isto não ocorrer deverá continuar-se com a lavagem pois ainda existirão traços dos produtos passivantes.

Da mesma forma que nas soldas, no final da operação, deverá ser emitido um Laudo discriminando os métodos, produtos, tempos utilizados e os resultados do controle de pH.

Este Laudo deverá ser assinado pelo supervisor responsável pela operação e pelo fiscal do Cliente para inclusão no relatório final de montagem e entrega da unidade.

Nas etapas de fluxo de soluções, é onde se eliminam os sais, óxidos e incrustações remanescentes na superfície interna da instalação, o que a torna eletricamente neutra.

Uma vez completadas a limpeza e a passivação, a unidade já está perfeitamente condicionada para o Start-up, qualificação e validação.

Métodos de limpeza e passivação de soldas de campo e partes de sistemas por imersão
Em algumas circunstancias, resulta impossível fazer a passivação pelos métodos descritos acima, tornando-se necessário dar alguma alternativa para este processo.

Se bem não é muito prático, principalmente em peças ou partes de sistemas muito grandes, permite manter homogênea a qualidade da instalação em todos seus pontos.

Este método, como seu próprio nome assim o indica, consiste em submergir a peça por inteiro numa solução passivante.

Este processo inclui:

1-  A superfície a ser tratada deverá ser cuidadosamente lavada para remover quaisquer vestígios de graxas, óleos, ou outras partículas sólidas (como por exemplo, escorias).

As graxas e óleos reagem quimicamente com o Ácido Nítrico formando borbulhas de gases que ficam depositados na superfície a ser tratada, impedindo a ação deste e provocando pontos que não serão tratados, e ficarão com uma cor cinza ou preta.

Esta primeira lavagem deverá ser feita utilizando algum solvente e logo após deverá ser completamente enxaguado com água limpa.

Depósitos sólidos mais rebeldes, deverão ser removidos utilizando escovas ou métodos mecânicos (lixamento ou jateamento) onde o elemento abrasivo não contenha ferro.

Pelas características dos produtos a serem utilizados nas próximas etapas, os banhos emanarão gases tóxicos, portanto  todas as operações de passivação deverão ser efetuadas ao ar livre ou num local muito bem ventilado.

O porte de roupas protetoras, luvas, botas de borracha, avental, máscara ou anteparo protetor para o rosto ou óculos de segurança é obrigatório.

2-  Imersão da peça em uma solução de 5% de concentração de Soda Cáustica (Hidróxido de Sódio: NaOH) durante 30 minutos a uma temperatura de 50 ^oC.

Caso não seja possível obter uma bacia com a temperatura desejada, a solução poderá ser utilizada a temperatura ambiente aumentando o tempo de permanência da peça dentro do banho.

Não é recomendável aumentar muito a concentração para suprir a falta de temperatura.

3-  Limpeza da peça com água tratada a temperatura ambiente para remover a maior parte da solução alcalina da etapa anterior.

O tempo necessário para completar esta etapa é muito variável, dependendo das características do sistema utilizado: água pressurizada com fluxo contínuo, água sem pressão com fluxo continuo, enxágüe por imersão, etc.

Cuidados especiais deverão ser tomados com o destino do dreno já que nos primeiros minutos a água conterá uma concentração de Soda Cáustica importante.

4-  Imersão da peça em uma solução de até 20% de concentração de Ácido Nítrico (HNO₃) durante 30 minutos a uma temperatura de 40 ^oC.

Caso não seja possível obter uma bacia com a temperatura desejada, a solução poderá ser utilizada a temperatura ambiente aumentando o tempo de permanência da peça dentro do banho.

Não é recomendável aumentar muito a concentração de Ácido Nítrico para suprir a falta de temperatura, neste caso poderá ser adicionado 22 gramas por litro de solução, de Dicromato de Sódio (Na₂Cr₂O₂-2H₂O).

5-  Limpeza da peça com água tratada a temperatura ambiente para remover a totalidade da solução ácida da etapa anterior.

O tempo necessário para completar esta etapa é muito variável, dependendo das características do sistema utilizado: água pressurizada com fluxo contínuo, água sem pressão com fluxo continuo, enxágüe por imersão, etc.

Cuidados especiais deverão ser tomados com o destino do dreno já que nos primeiros minutos a água conterá uma concentração de Ácido Nítrico importante.

Testes de comprovação de uma passivação efetiva
De acordo com a norma ASTM Standard Method A 380 é necessário certificar que a passivação foi bem sucedida.

A avaliação pode ser dada utilizando as técnicas indicadas na mesma que consiste em umedecer as partes passivadas com uma solução de Sulfato de Cobre (CuSO₄-5H₂O) e Ácido Sulfúrico (SO₄H₂) e manter esta condição durante 6 minutos.

Caso ainda exista Ferro livre, o Cobre será separado da solução mudando a cor da área umedecida.

Também pode ser utilizado o ferroxil para comprovação da efetividade da passivação.

É importante destacar, que tempos, vazões, concentrações e temperatura NÃO GARANTEM o sucesso da passivação.

Inspeção
Todas as Soldas de campo, tanto as manuais como as orbitais, deverão ser inspecionadas através de controle visual.

Os Sistemas deverão ser passivados integralmente, incluindo válvulas, acessórios, equipamentos e reservatórios.

Deverão ser tomados os cuidados necessários de retirar da instalação os instrumentos sensíveis aos produtos passivantes a ser utilizados durante a mesma.

A inspeção deverá ser feita através de controle visual e pontual com a retirada de elemento de sacrifício do sistema definido com antecedência de forma a permitir a inspeção. A quantidade de pontos a serem verificados geralmente fica a critério do Cliente.

Critérios de aceitação
A passivação poderá ser aceita quando a superfície tratada tenha uma aparência limpa e de cor uniforme.

A passivação não deverá ser aceita quando a superfície tratada tenha as seguintes características:

Filmes de óxidos muito finos resultantes das operações de soldagem, verificados por interferência de cores.

Manchas de oxidação, mesmo que isoladas ou manchas superficiais de ferrugem.

Resíduos de produtos ou traços de água de lavagem.

Destino dos produtos utilizados
Deverá ser tomado um cuidado muito especial na neutralização e destino dos produtos utilizados na passivação do sistema, de forma tal de atender as normas vigentes de Médio Ambiente.

Glossário:
ZTA: zona termicamente afetada pelo calor da solda.

Referências bibliográficas
Standard Practice for Cleaning, Decaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems – ASTM A 380

Bioprocessing Equipement’s – ASME BPE 2012

Rodolfo Cosentino –  Consultor, Giltec Ltda.
e-mail: rodolfo.cosentino@terra.com.br
site: www.giltec.net

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