A EOLIOS analisou por auditoria e simulação CFD os escoamentos de ar e a dispersão particulada de um edifício de produção farmacêutica multilinhas, e comparou três configurações para suprimir o risco de contaminação cruzada.
A EOLIOS Engenharia foi solicitada para analisar os escoamentos de ar e a dispersão particulada num laboratório de produção. Graças a uma auditoria no local e a várias simulações CFD, os nossos engenheiros caracterizaram os movimentos de ar, identificaram as zonas sensíveis, compreenderam os mecanismos de contaminação cruzada entre linhas e propuseram soluções concretas.
O essencial. Num edifício farmacêutico onde cinco linhas de produção funcionam em paralelo sem compartimentação, a EOLIOS caracterizou por auditoria (fumo de ensaio + câmara térmica) e CFD a dispersão das poeiras de ensacamento. Foram comparadas três configurações; a solução escolhida combina compartimentação e insuflação vertical para suprimir as recirculações e o risco de contaminação cruzada.
Numa sala limpa, o ar nunca é neutro: transporta, dilui ou concentra as partículas finas provenientes dos processos, dos operadores ou dos equipamentos. O menor defeito de insuflação, uma recirculação inesperada ou uma turbulência localizada pode provocar a dispersão de poeiras para zonas sensíveis. Compreender como o ar circula realmente é por isso essencial, em particular na farmácia, onde a qualidade do produto depende diretamente da estabilidade aeráulica.
A contaminação cruzada é a transferência involuntária de partículas de uma zona ou linha de produção para outra, aqui por via aérea. Na farmácia, compromete a qualidade do produto; dominá-la pressupõe controlar os escoamentos de ar e a compartimentação.
Neste laboratório, cinco linhas de produção funcionam em paralelo. Em cada ciclo, as máquinas de ensacamento difundem uma pequena quantidade de produto no ar no momento da selagem, um fenómeno normal mas problemático quando o ambiente não está compartimentado. Como as linhas não estão isoladas fisicamente, o ar circula livremente acima dos postos, favorecendo a dispersão das poeiras de uma linha para outra e criando um risco de contaminação cruzada.
Uma primeira fase de auditoria permitiu identificar o comportamento do ar através de ensaios de fumo. Estes ensaios revelaram que as grelhas helicoidais insuflam o ar paralelamente ao teto, e não verticalmente, criando zonas de recirculação que permitem às partículas de baixa altitude subir e depois ser difundidas. O escoamento acompanha o teto, passa acima das divisórias centrais (abertas na parte superior) e as partículas propagam-se pelo corredor de circulação, fonte de contaminação potencial.
O ensaio de fumo injeta um fumo neutro para tornar visíveis os escoamentos reais: sentido da insuflação, recirculações, transposição das divisórias. Revela aqui que as grelhas helicoidais insuflam ao longo do teto em vez de descerem para as extrações.
Um estudo térmico é indispensável, já que os pontos quentes podem modificar significativamente a aeráulica local. A câmara térmica evidencia elementos de aquecimento ligados à selagem dos sacos que sobem até 65 °C, suscetíveis de perturbar localmente os escoamentos e de criar zonas ascendentes. Estas medições alimentaram a modelação CFD.
Um difusor helicoidal agita o ar em camada ao longo do teto, o que favorece as recirculações; um difusor quadrado de insuflação vertical empurra o ar diretamente para o chão e para as extrações baixas. O segundo limita a recolocação em suspensão das partículas.
Foi realizado um modelo 3D completo da sala a partir das medições da auditoria, das plantas da instalação e da documentação técnica dos equipamentos. Foram estudados três cenários: a configuração existente, a adição de divisórias e, por fim, uma configuração otimizada com modificação dos difusores.
Simulação de referência, que serve para verificar a coerência do modelo com as medições. Confirma as constatações da auditoria: os difusores helicoidais geram recirculações que fazem subir as partículas, difundidas pela abertura acima das divisórias centrais; uma parte segue pelo corredor para contaminar a linha adjacente.
Como a transmissão ocorre principalmente acima das divisórias centrais e pelo corredor, foi proposto compartimentar estes espaços. O fecho melhora nitidamente o confinamento entre linhas, mas as recirculações dos difusores horizontais mantêm-se: a zona de ensacamento fica fortemente concentrada em partículas, sem difusão para as linhas vizinhas, mas com um risco acrescido para os operadores.
A configuração final combina o fecho do corredor a montante, o fecho das divisórias centrais e a substituição das grelhas helicoidais por difusores quadrados de insuflação vertical. Esta alteração reduz fortemente as recirculações: as correntes ascendentes sob as grelhas desaparecem, limitando a subida das partículas; estas são, ao contrário, reencaminhadas para as grelhas de extração baixas.
Graças a uma modelação realista do laboratório, dos equipamentos, das insuflações e das barreiras físicas, a análise identifica com precisão como os escoamentos de ar transportam as partículas de uma linha para outra. Evidencia as zonas sensíveis, valida ou invalida as configurações e propõe ajustes concretos para limitar as recirculações e reduzir o risco de contaminação cruzada.
A CFD torna visível o invisível: movimentos de ar complexos, recirculações acima das divisórias, zonas estagnadas, trajetórias prováveis das partículas e eficácia real das insuflações. Impõe-se como uma verdadeira ferramenta de apoio à decisão, para avaliar objetivamente os dispositivos existentes e antecipar os defeitos ligados à geometria, à implantação ou ao modo de insuflação.
A reter. Compartimentar sem revisitar a insuflação pode deslocar o problema em vez de o resolver: o confinamento interrompe a transferência entre linhas mas concentra as poeiras sobre o operador. É o par compartimentação e insuflação vertical que resolve os dois.
Contaminação cruzada, difusores e compartimentação de um edifício de produção farmacêutica multilinhas.
É a transferência de partículas de uma linha de produção para outra através do ar. Aqui, as máquinas de ensacamento libertam um pouco de produto em cada selagem; como as linhas não estão compartimentadas, o ar circula acima dos postos e dispersa as poeiras de uma linha para a outra. Um desafio próximo foi tratado no nosso projeto laboratório farmacêutico, poeiras.
Insuflam o ar paralelamente ao teto em vez de verticalmente. Isso cria recirculações que fazem subir as partículas baixas, as quais passam acima das divisórias centrais e alcançam o corredor de circulação.
Fechar as divisórias e o corredor melhora o confinamento entre linhas, mas as recirculações dos difusores horizontais mantêm-se: a zona de ensacamento concentra então partículas, sem difusão para as vizinhas mas com um risco acrescido para os operadores.
A configuração 3: fecho do corredor a montante, fecho das divisórias centrais e substituição das grelhas helicoidais por difusores quadrados de insuflação vertical. Suprime as correntes ascendentes e reencaminha as partículas para as extrações baixas.
Os pontos quentes modificam a aeráulica local. Aqui, os elementos de selagem sobem até 65 °C e criam zonas ascendentes; medir estas temperaturas permite integrá-las no modelo CFD.
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O estudo associa auditoria no terreno e simulação numérica avançada para dominar de forma durável os riscos de contaminação cruzada. Ao analisar escoamentos de ar, zonas de recirculação e trajetórias de partículas geradas pelo ensacamento, os engenheiros compreenderam os mecanismos reais de dispersão entre linhas e compararam três cenários. A configuração escolhida, compartimentação e insuflação vertical, limita as recirculações, reduz a recolocação em suspensão das poeiras e favorece a evacuação para as extrações, melhorando ao mesmo tempo as condições de trabalho dos operadores.
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