Conheça o funcionamento do sistema de lavagem Clean in Place (CIP)

Para interpretar o significado de CIP (Clean in Place) definiremos primeiro quando uma instalação está considerada “Clean” (Limpa). A Norma ASME BPE 2012 define:

Limpo (Clean): condição obtida por remoção de sujidade, resíduos, detergentes ou outros contaminantes da superfície.

A partir desta premissa a mesma norma define:

Clean in Place (CIP): Limpeza interna de uma peça ou equipamento sem relocação ou desmontagem. O equipamento é limpo, mas não necessariamente esterilizado. A limpeza é normalmente feita por ácidos, cáusticos, ou uma combinação de ambos com enxágue final feito com água da mesma qualidade que a utilizada para produção.

Limpeza (Cleaning): operações através das quais a sujidade, os resíduos, detergentes ou outros contaminantes da superfície são removidos para obter atributos de superfície predeterminados.

Fica evidenciado que um equipamento ou sistema pode estar limpo mais não necessariamente sanitizado e/ou esterilizado.

A operação de limpeza é a última etapa de um ciclo de processo não estéril e geralmente consiste em utilização de uma combinação de produtos ácidos, alcalinos, detergentes e sanitizantes sendo esta limpeza um dos fatores mais importantes para assegurar a qualidade do produto manufaturado.

Deve se começar a produzir com um equipamento limpo e terminar a produção com um equipamento limpo para que esteja disponível para a próxima operação.

As instalações devem ser projetadas adequadamente para poder utilizar o sistema CIP, já que para que o mesmo seja eficiente, são necessárias algumas condições mínimas tais como tempo de contato, temperatura, pressão e impacto. Sem as condições adequadas o sistema pode se tornar moroso e não atingir as metas de limpeza pré estabelecidas.

O projetista deverá pensar nas operações de CIP simultaneamente com o desenvolvimento do projeto, da sua instalação e do processo, para garantir que as especificações dos elementos que serão submetidos a limpeza CIP, são suficientes não apenas para produzir, mais também para resistir mecânica e quimicamente as solicitações de cada etapa.

Os skids de CIP deverão ter um controle automático dos parâmetros críticos (Condutividade, pH, Vazão, Temperatura, Pressão, Duração de cada ciclo, etc.) através da utilização de Controladores Lógicos Programáveis (CLP), assim como é recomendável que a preparação das soluções de limpeza também seja automática e monitorada.

A água resultante dos diferentes ciclos de lavagens, somente poderá ser reaproveitada em casos muito específicos, por exemplo quando as instalações a serem lavadas sejam dedicadas para fabricação dum único produto, o agente de limpeza não tenha atingido o seu limite de capacidade e o processo admita esta condição.

Em muitos casos, o ultimo estágio de enxágüe de um ciclo completo de CIP pode ser reaproveitado para ser utilizado como primeiro enxágüe de um novo ciclo, economizando água.

Esta situação deve ser estudada caso a caso, fazendo uma análise completa dos elementos a serem lavados, os produtos a serem manufaturados e os agentes químicos de limpeza utilizados nos ciclos de lavagem.

Existe também o sistema de CIP de caminho único (One way), onde os produtos de limpeza são descartados logo após circular pelas partes do sistema que está sendo lavado, como por exemplo, quando se lavam instalações que produzem antibióticos.

Princípios de funcionamento da lavagem CIP

Um sistema eficiente de CIP deve considerar quatro aspectos fundamentais na sua concepção:

Efeito Mecânico: a remoção da sujeira pode ser feita por médios mecânicos através de velocidades adequadas com fluxos em regime turbulento nas tubulações removendo por arraste, e impacto de jato do fluído de limpeza nas paredes dos tanques e reatores.

Efeito Químico: dependendo do elemento a ser removido ou lavado, ele pode ser mais ou menos susceptível a médios ácidos, alcalinos em diferentes concentrações ou neutros como simplesmente água.

Efeito Térmico: novamente, dependendo do elemento a ser removido ou lavado, ele pode ser mais ou menos fácil de remover com temperaturas maiores. Como exemplos claros temos as gorduras ou açúcares que são facilmente removíveis a altas temperaturas.
Em contrapartida, muitos elementos podem emulsionar com temperaturas altas. Também devemos considerar que genericamente, quando a temperatura do fluído de limpeza está acima de 28 oC, a cada 1 oC de incremento na temperatura, pode-se obter uma melhoria na eficiência entre 4 e 5%.

Efeito da Residência: quanto mais tempo o fluído de limpeza fica em contato com o produto e/ou sujeira a ser removida, o resultado da lavagem será melhorado. Isto não significa que devemos prolongar exageradamente os tempos de cada ciclo de lavagem, mais que temos que defini-los de acordo com a combinação dos três efeitos anteriores.

Ciclos e sequências de CIP

Os ciclos mais comuns para uma seqüência de limpeza completa utilizando CIP podem ser definidos como segue:

Enxágue

Este ciclo requer água circulando pelo sistema todo a uma temperatura recomendada de 40ºC. A qualidade da água a ser utilizada neste ciclo dependerá do tipo de instalação e das exigências da qualidade do produto final manufaturado. Poderá ser utilizada água potável, água desmineralizada, água purificada, água reaproveitada do último ciclo de enxágüe da limpeza anterior, ou mistura de alguma delas.

Banho com agente alcalino

Este ciclo requer agente alcalino na concentração pré determinada circulando pelo sistema todo a uma temperatura recomendada de 80ºC.

Enxágue intermediário

Este ciclo requer água circulando pelo sistema todo a temperatura ambiente e tem a finalidade de remover a maior parte do produto alcalino remanescente no sistema para que não diminua a eficiência do agente ácido.

A qualidade da água a ser utilizada neste ciclo dependerá do tipo de instalação e das exigências da qualidade do produto final manufaturado, porém é recomendada a utilização de água desmineralizada ou água purificada.

Banho com agente ácido

Este ciclo requer agente ácido na concentração pré determinada circulando pelo sistema todo a uma temperatura recomendada no maior que 40ºC.

Enxágue final

Este ciclo requer água circulando pelo sistema todo a temperatura ambiente e tem a finalidade de remover todo e qualquer vestígio dos produtos utilizados nos ciclos anteriores. A água a ser utilizada neste ciclo deverá atender as mesmas exigências da água que será utilizada na fabricação.

Opcionalmente poderão ser adicionados ciclos tais como:

– Varredura do sistema com ar comprimido limpo para remover a maior quantidade possível do fluido de limpeza utilizado na etapa anterior, melhorando assim a eficiência de cada ciclo ou secar o sistema.

– Submeter o sistema a vácuo após o enxágüe final para garantir a eliminação de umidade da instalação.

Em determinadas circunstanciais, é necessário implementar um ciclo de sanitização química que pode ser feito após o banho de agente ácido e incorporando um enxágüe intermediário entre os ciclos para finalmente proceder ao enxágüe final.

Os ciclos definidos acima não são determinantes, e podem ser utilizados em forma isolada ou combinada de acordo com as necessidades específicas de cada instalação. As vezes, é possível substituir os banhos de agentes ácidos, alcalinos ou ambos apenas por um detergente neutro.

Especificamente nas indústrias de alimentos e cosméticos muitas vezes é necessário ou conveniente recuperar o produto remanescente dentro do sistema antes de começar com os ciclos de lavagem.

Esta operação pode ser feita através da circulação de água limpa ou utilização do sistema de arraste PIG, recolhendo o produto e enviando-o para recuperação.

Skids de CIP

Os Skids de CIP podem ser construídos seguindo duas filosofias diferentes no que diz respeito a quantidade de tanques utilizados no preparo de soluções de lavagem e/ou estocagem das águas.

O sistema mais simples utiliza um único tanque para preparar, distribuir, aquecer e recircular o produto correspondente a cada ciclo de limpeza.

Este tanque tem que ter bocais e acessórios em quantidade e qualidade suficiente para que possa ser alimentado indistintamente com água potável, água purificada ou água para injetáveis totalizando o volume carregado.

O sistema de controle deve permitir flexibilidade de ajuste de parâmetros tais como temperatura em forma independente para cada ciclo e a medição de condutividade deverá ser feita num ponto tal que assegure não apenas a concentração dos produtos de limpeza adicionados (ácidos, alcalinos, detergentes) assim como também a qualidade do produto de retorno da limpeza do sistema para gerenciar o momento do descarte.

Este skid permite executar um ciclo de limpeza por vez e por sistema, eliminando o risco de contaminação cruzada. Por outro lado, ao invés de utilizar um único tanque para preparar, distribuir, aquecer e recircular o produto correspondente a cada ciclo de limpeza podemos optar por instalar um tanque para cada propósito.

Conforme os ciclos e os produtos de limpeza exigidos no sistema a ser lavado, podemos incluir tantos tanques quanto desejados, dando assim total independência de parametrização para cada “sub sistema de lavagem”.

Com esta configuração, podemos executar simultaneamente, diferentes ciclos de lavagem com parâmetros independentes em diferentes sistemas.

A complexidade do controle deste tipo de skids aumenta o risco de utilização de parâmetros inadequados e contaminação cruzada para um dado ciclo de limpeza num sistema determinado.

Comparando ambos skids, observamos que com um único tanque, o tempo total de limpeza dum sistema, é mais prolongado, permite total flexibilidade de parâmetros, ciclos e caminhos de fluxo, com um investimento inicial baixo e uma operação fácil. Num skid de vários tanques a maior vantagem é o tempo curto de lavagem, porém sacrificando a complexidade de operação, os cuidados com a segurança de contaminação cruzada e com um investimento inicial maior.

Os skids acima descritos podem ainda ter outras variantes conforme as exigências das substâncias a serem lavadas. Isto quer dizer que como mínimo precisamos de um tanque e a quantidade total a ser escolhida em cada caso dependerá exclusivamente da filosofia do sistema.

A descrição feita dos sistemas de lavagem CIP, são apenas exemplos de ciclos e skids mais comumente utilizados nas indústrias, porém, existe uma grande variedade de possibilidades que combinam os já descritos ou implementam outros diferentes.

Rodolfo Oscar Cosentino

Consultor de Engenharia Farmacêutica – Giltec

rodolfo.cosentino@terra.com.br

Foto: Maivisa