O ciclo com suporte de pressão em autoclave

No domínio da tecnologia de esterilização, a introdução do ciclo com suporte de pressão em autoclaves representa um avanço significativo, especialmente para a esterilização de produtos embalados, tais como gotas para os olhos, frascos, seringas pré-cheias, pouches e alimentos em conserva.

A compreensão deste processo começa com o reconhecimento da necessidade de controlar o diferencial de pressão entre o interior dos recipientes e a pressão da câmara durante as fases de esterilização e arrefecimento.

Para atenuar o risco de estas diferenças se tornarem excessivas, foi desenvolvido o ciclo com suporte de pressão, que incorpora a utilização estratégica de ar comprimido. Através da injeção controlada de ar comprimido na câmara de esterilização, este diferencial de pressão é minimizado, preservando a integridade estrutural dos recipientes processados.

Tipos de ciclos com suporte de pressão

O ciclo com suporte de pressão em autoclaves tem duas variantes principais, o ciclo com sobrepressão e o ciclo com mistura de vapor-ar. Cada um deles foi concebido para responder a necessidades específicas e adaptar-se a diferentes tipos de carga.

Ciclo com sobrepressão

O ciclo com sobrepressão, também conhecido como “air ballast”, é uma adaptação avançada do ciclo de líquido padrão que combina a utilização de ar comprimido com um sistema de arrefecimento rápido, especificamente concebido para a esterilização de recipientes semi-abertos. A sua principal vantagem reside na minimização da perda de carga líquida devido à evaporação durante a fase de arrefecimento, tornando-o uma escolha ideal em contextos em que mesmo uma perda mínima de líquido é inaceitável. Este ciclo é normalmente utilizado para a esterilização de artigos como pipetas pré-cheias, frascos de solução, garrafas não hermeticamente fechadas, material de vidro coberto com folha de alumínio e qualquer outro recipiente que permita uma ventilação parcial.

Como explicámos anteriormente no nosso post sobre o ciclo de esterilização de líquidos, é crucial efetuar uma despressurização controlada e gradual durante a fase de arrefecimento para evitar a ebulição súbita do conteúdo. No entanto, o problema que o ciclo de líquidos padrão não resolve é que, no final da fase de esterilização, quando a fase de arrefecimento começa e até à sua conclusão, a carga processada perde massa líquida devido à evaporação. Para atenuar este inconveniente, o ciclo de sobrepressão introduz ar comprimido na câmara para manter a pressão. Este, por sua vez, reduz a pressão parcial do vapor e, à medida que a temperatura diminui, consegue-se uma redução da evaporação da carga. Assim, os materiais são arrefecidos rapidamente sem perder um volume significativo de massa líquida.

De uma perspetiva funcional, o ciclo de sobrepressão partilha semelhanças com o ciclo de mistura de vapor-ar, uma vez que ambos os métodos pressurizam a câmara do autoclave utilizando uma combinação de vapor e ar comprimido. No entanto, enquanto o ciclo de mistura vapor-ar incorpora ar em ambas as fases de esterilização e arrefecimento, o ciclo de sobrepressão difere ao injetar ar comprimido apenas durante a fase de arrefecimento.

Enquanto o ciclo de mistura de vapor-ar é geralmente aplicado em situações em que os recipientes selados desenvolvem uma pressão interna elevada e podem deformar-se ou romper-se, o ciclo de sobrepressão visa minimizar a perda evaporativa da carga líquida durante a fase de arrefecimento, oferecendo uma solução ótima para a preservação de líquidos em recipientes semi-abertos.

Um exemplo claro de uma aplicação em que é preferível utilizar este ciclo é no processamento de garrafas semi-abertas com meio de cultura ou no setor farmacêutico ao processar recipientes com pequenos volumes, em que a perda de água por evaporação não é aceitável.

Normalmente, os autoclaves com suporte de pressão são também acompanhados por um sistema de arrefecimento rápido, como uma ventoinha interna e uma serpentina de água que envolve o exterior da câmara.

A combinação de ambos os sistemas, por um lado, reduzindo a temperatura de forma acelerada e, por outro, aumentando a pressão na câmara, evita a evaporação da carga, permitindo que uma fase final do ciclo seja realizada com uma perda mínima ou inexistente de carga líquida.

Ciclo com mistura de vapor-ar

Como vimos, o ciclo de sobrepressão consiste na utilização estratégica de ar comprimido durante a fase de arrefecimento para evitar a evaporação de líquidos em recipientes parcial ou totalmente abertos. No entanto, para a esterilização de objetos hermeticamente fechados, é necessário utilizar um ciclo diferente, conhecido como o ciclo com mistura de vapor-ar.

Esta necessidade deve-se ao facto de ser essencial igualar as pressões internas e externas do recipiente para evitar a deformação ou rutura devido à expansão térmica do conteúdo quando aquecido a temperaturas superiores a 120ºC.

Como se pode ver na figura, a injeção de ar comprimido na câmara durante a fase de esterilização garante que não existe uma diferença de pressão excessiva entre a pressão interna do recipiente e a da câmara.

No entanto, como saberá se leu atentamente o nosso blogue, a introdução de ar frio na câmara atua como um isolante térmico e dificulta o acesso do vapor à carga. Isto acontece porque a maioria dos gases que compõem o ar, como o azoto ou o dióxido de carbono, são gases não condensáveis.

Estes gases impedem que o vapor se condense na superfície da carga, dificultando a transferência de calor do vapor para a carga e, por conseguinte, retardando o aquecimento da carga e reduzindo a eficiência do processo de esterilização. Por conseguinte, qualquer autoclave que efetue ciclos de mistura de vapor-ar deve ser acompanhado de um bom sistema de homogeneização que permita uma boa estabilidade de temperatura e homogeneidade em todos os pontos da carga.

Estes sistemas utilizam técnicas que agitam mecanicamente a atmosfera ou mesmo a própria carga. Exemplos destes sistemas incluem ventiladores radiais ou sistemas de agitação.

Após o fim da fase de esterilização, tal como no ciclo com sobrepressão, é também mantida uma pressão elevada na câmara para proteger a integridade estrutural da carga enquanto a temperatura e, consequentemente, a pressão interna, diminuem.

Tal como no ciclo com sobrepressão, o ciclo de mistura vapor-ar é normalmente acompanhado por um sistema de arrefecimento rápido. O que o diferencia do ciclo de sobrepressão é que, quando se trata de recipientes hermeticamente fechados, o sistema de arrefecimento rápido que é normalmente utilizado é a injeção direta de água fria no interior da câmara. Isto é muito comum na indústria alimentar, onde as soluções de imersão em água fria são aplicadas por chuveiro ou spray para processar conservas enlatadas ou pouches.

Um exemplo prático que ilustra muito bem a necessidade deste tipo de ciclo é o caso da esterilização de seringas pré-cheias. Durante a fase de esterilização, sem um suporte de pressão adequado, ao atingir 121°C, o líquido contido no interior da seringa poderia forçar o êmbolo para fora devido à pressão interna criada durante esta fase. Inversamente, durante a fase de arrefecimento, se a pressão da câmara não for controlada e não for diminuída gradualmente, a dada altura pode ultrapassar a pressão interna do êmbolo e empurrá-lo para dentro, provocando a rutura da seringa e tornando-a inutilizável. Por conseguinte, é imperativo utilizar cuidadosamente o ar comprimido em ambas as fases do ciclo, de modo a que em nenhum momento a diferença de pressão entre o interior e o exterior da seringa seja excessiva.

Aplicações práticas do ciclo com suporte de pressão

Como já vimos, os ciclos com suporte de pressão são essenciais numa variedade de indústrias para processar uma vasta gama de produtos. Na indústria farmacêutica, é crucial para o processamento de seringas pré-cheias, frascos de solução e outros produtos embalados que, sem um controlo de pressão adequado, podem deformar-se ou romper-se. A integridade do contentor é fundamental para garantir a esterilidade do produto final e para evitar a contaminação que pode ter consequências graves para a saúde dos pacientes.

No setor alimentar, os ciclos com suporte de pressão são indispensáveis para a esterilização de alimentos enlatados e produtos embalados. Estes produtos, quando sujeitos a temperaturas elevadas durante a esterilização, podem sofrer deformações ou mesmo ruturas dos recipientes se a pressão interna e externa não for corretamente equilibrada. Especificamente, os ciclos de mistura de vapor-ar acompanhados de um arrefecimento rápido são amplamente utilizados na esterilização de produtos como molhos, patés ou refeições prontas, onde é vital manter tanto a qualidade da embalagem como do conteúdo.

Outro importante campo de aplicação é o dos laboratórios de investigação e clínicos. Os materiais de laboratório, como os meios de cultura em frascos, requerem ciclos de esterilização com sobrepressão para evitar a perda de volume por evaporação.

Em resumo, os ciclos com suporte de pressão fornecem uma solução versátil e eficaz para uma vasta gama de aplicações, permitindo a esterilização de produtos sensíveis à pressão sem comprometer a sua integridade estrutural ou conteúdo. A escolha do ciclo adequado depende da natureza do material a esterilizar, do tipo de recipiente e dos requisitos específicos de cada processo.

Considerações sobre segurança e eficácia

A implementação de ciclos com suporte de pressão em autoclaves não tem apenas como objetivo melhorar a eficiência do processo de esterilização, mas está também profundamente ligada a considerações de segurança e qualidade. É essencial assegurar que os ciclos selecionados e os parâmetros utilizados são adequados aos materiais específicos e às condições de carga. Isto implica uma validação exaustiva do processo para cada tipo de material e configuração de carga.

A segurança durante o funcionamento do autoclave é uma preocupação fundamental. A injeção de ar comprimido e o manuseamento de altas pressões devem ser cuidadosamente geridos para evitar riscos como ruturas de contentores, explosões ou falhas estruturais do equipamento. Os sistemas de controlo e monitorização do autoclave devem ser concebidos para detetar e corrigir qualquer desvio dos parâmetros estabelecidos, garantindo assim um funcionamento seguro e eficiente.

De um ponto de vista de eficiência, a distribuição correta do calor e da pressão dentro da câmara de esterilização é crucial para garantir que toda a carga recebe o tratamento necessário para alcançar a esterilidade. Os sistemas de homogeneização e de agitação mecânica, como os ventiladores radiais, são essenciais para manter uma atmosfera uniforme no interior da câmara. Estes sistemas devem ser objeto de manutenção regular para garantir o seu bom funcionamento.

Além disso, é importante considerar o impacto ambiental dos ciclos de esterilização com suporte de pressão e arrefecimento rápido. A utilização de grandes quantidades de água para arrefecer a carga pode ser significativa. Por conseguinte, a otimização destes ciclos para minimizar o consumo de recursos sem comprometer a eficiência do processo é uma consideração fundamental para uma utilização sustentável.

Em conclusão, os ciclos com suporte de pressão em autoclaves representam uma solução avançada para a esterilização de produtos sensíveis à pressão e à temperatura, combinando eficiência e segurança. A implementação e gestão corretas destes ciclos requerem um conhecimento profundo dos princípios físicos e químicos envolvidos, bem como um compromisso com a qualidade e a segurança operacional.