Biotecnologia Industrial - Vol 2 - Willibaldo Schmidell

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DisciplinaEngenharia Química693 materiais1.715 seguidores
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à abertura do recipiente e observação da camada, cornpletando.;se 
com quantidade adicional de lã de vidro, caso seja necessário. Obviamente o filtro 
deve ser submetido a urna nova esterilização. · 
Métodos para a esterilização de ar 83 
Além desse problema, existem outros associados ao uso de vapor. Normal-
mente o filtro deve ser esterilizado ao final de cada processo fermentativo, de for-
ma a se iniciar o processo seguinte em perfeitas condições de segurança. Com isso 
os filtros são esterilizados com muita freqüência (da ordem de uma vez por sema-
na), ocorrendo uma deterioração da lã de vidro, a qual vai se tornando opaca e 
quebradiça, havendo um nítido aumento da perda de carga e diminuição da efi-
ciência de coleta da camaida filtrante (formação de canais preferenciais). Esses fa-
tos também ocorrem com as fibras impregnadas com resinas. 
A ocorrência de fibras quebradiças causa também o arraste de pequenos pe-
daços de fibras, juntamente com a corrente de ar. A perda de eficiência, o aumento 
da perda de carga e esse arraste, obrigam a se providenciar a troca completa da ca-
mada filtrante após algum tempo de operação. Esse tempo depende das condições 
de utilização do filtro, mas pode-se citar, como intervalo razoável, a troca do leito 
filtrante a cada 4 meses, quando se executa uma esterilização do filtro por semana. 
Essa operação de troca do material filtrante é sempre complicada na indús-
tria, pois, como se deve contar com um filtro para cada reator e freqüentemente 
dispõe-se de vários reatores, se estará manuseando lã de vidro com muita fre-
qüência, o que não é apreciado pelos operários incumbidos desta tarefa, aumen-
tando as possibilidades de uma operação não adequada, o que coloca em risco a 
condução asséptica do processo. 
Todos esses problemas permitiram o surgimento de filtros mais adequados, 
no caso os filtros de membranas poliméricas~porosas, que serão abordados no item 
seguinte. Tais filtros encontram hoje grande aplicação, conforme já salientado an-
teriormente . 
. Por essa razão não se pretende, no presente texto, apresentar mais detalhes 
sobre os vários mecanismos de coleta de aerossóis por materiais fibrosos, assim 
como não serão detalhad'os os procedimentos para o dimensionamento dos filtros 
de lã de vidro. Tais detalhes podem ser encontrados, caso o leitor tenha necessida-
de, no texto anterior a respeito desse tema.19 
5.4.3.2 - Filtros de membranas 
Os filtros de membranas microporosas, elaboradas a partir de materiais po-
liméricos, em geral apresentando carac.terísticas hidrofóbicas, prç>porcionam are-
tenção dos aerossóis microbianos na superfície do elemento filtrante, havendo 
portanto a retenção apenas por impacto qireto das partículas contra o filtro, o qual 
apresenta poros de dimensões menores do que os microrganismos a serem reti-
dos. Normalmente· utilizam-se membranas com poros de 0,2 ou 0,22 ~m, ou ainda 
membranas de 0,45 ~m. Essa é a razão pela qual esses filtros são também chama-
dos de filtros absolutos. 
Na realidade, no início do surgimento de alternativas aos filtros de materiais 
fibrosos, uma série de outros materiais foram empregados, como é o caso de metais 
sinterizados (como o bronze e o aço inoxidável), materiais cerâmicos e vidro sinte-
rizado. No entanto, com o decorrer do tempo; praticamente os materiais poliméri-
cos dominaram esse tipo de aplicação, encontrando-se especialmente filtros 
esterilizantes elaborados a partir do politetrafluoretileno (PTFE _,__ "teflon").21 
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I 
84 Esterilização de ar 
O emprego de materiais poliméricos hidrofóbicos é aspecto de importância, 
pois estes filtros também devem ser esterilizados por vapor, antes do início da 
operação de esterilização d_o ar, havendo ainda a possibilldade da presença de 
umidade no ar a ser esterilizado.-Assim; essa água não deve permanecer no filtro, 
pois isto poderia causar o crescimento de microrganismos na superfície do ele-
mento filtrante, colocando em risco a obtenção de ar esterilizado, além de provo-
car um certo bloqueio à passagem do ar pelos poros, o que significaria um 
aumento inconveniente da perda de carga.6 
Normalmente, esses filtros são fornecidos na forma de discos, ou, mais fre-
qüentemente, para o caso de filtros para a esterilização do ar para instalações de 
grande porte, na forma de cartuchos contendo a membrana filtrante montada so~ 
bre uma estrutura de polipropileno. A Figura 5.9 ilustra a proposta desses filtros 
na forma de discos ou, cartuchos. 
' 
Figura 5.9 - Filtros de membranas poliméricas mieroporosas(gentileza de CUNO INC. - Com. lntertech do Brasil 
Ltda.) 
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Métodos para a esterilização de ar 85 
Conforme se pode observar, os elementos filtrantes são acomodados no inte-
rior de recipientes em aço inoxidável, sendo que estes recipientes são construídos 
a fim de abrigar um número variável de elementos esterilizantes e, ainda, de di-
mensões distintas. Como se nota na Figura 5.9, o recipiente maior é destinado a 
abrigar vários cartuchos, cada um deles montados unindo-se três cartuchos de 
25,4 em (10") de comprimento. O ar entra e sai pela parte inferior do recipiente, 
sendo que a entrada é feita pela parte externa dos cartuchos, sendo o ar forçado a 
atravessar o elemento filtrante, saindo pela parte interna dos cartuchos. 
Tratando-se de filtros absolutos, em princípio, a retenção dos microrganis-
mos independe da velocidade de passagem do ar, ao contrário dos filtros de ca-
madas fibrosas, mas o aumento da velocidade superficial do ar acarreta um 
aumento da perda de carga no elemento filtrante. Além disso, velocidades exces-
sivas podem provocar vibrações inconvenientes, comprométendo os sistemas de 
vedação. 
O dimensionamento de um sistema: de filtração é tarefa bastante simplifica-
da, pois sabendo-se a vazão máxima de ar a ser empregada no processo (lembran-
do sempre a necessidade de se prever .um filtro para cada reator), pode-se 
especificar um ntJ.mero adequado de elementos filtrantes (cartuchos), que deverão 
ser acomodados no filtro, definindo desta forma uma área adequada de passagem 
deste ar, a fim de se ter baixa velocidade superficial e, portanto, baixa perda de 
carga no filtro (lembrando, também, que a pressão do ar, na descarga do compres-
sor, deve ser suficiente para vencer a coluna:. líquida no interior do reator, a sobre-
pressão na cabeça do reator e, ainda, as perdas de carga distribuídas nas válvulas 
e tubulações). Dessa forma, essa perda de pressão no filtro deve ser a mínima pos-
sível, através da manutenção de v~locidades relativamente baixas (Q = V5.S, onde: 
Q=vazão de ar, V5=velocidade superficial do ar e S=área do(s) elemento(s) filtran-
te(s) para a passagem do ar). 
As várias empresas capacitadas para fornecerem esse tipo de filtro já dis-
põem de propostas adequadas para as necessida~es de uma determinada planta, 
indicando-se nas Figuras 5.10 e 5.il alguns dados a respeito desta perda de pres-
são, em função da vazão de ar, para elementos filtrantes de 25 em (10") ou 100 em 
(40") de comprimento, respectivamente.22 · 
Conforme fica evidente nessas figuras, as perdas de carga são realmente re-
duzidas, e o aumento do comprimento do elemento filtrante, o que significa au-
mentar a área de passagem do ar, permite o emprego de vazões mais elevadas 
com menores perdas de carga. Observa-se, também, em ambas as figuras, que um 
aumento da pressão de entrada do ar para uma mesma vazão, acarreta uma menor 
perda de pressão, o que é devido a um aumento da densidade do gás com o au-
mento da pressão. 
A Figura 5.12 permite uma idéia simplificada a respeito da forma de instalar 
um filtro de membrana em uma linha de fornecimento de ar esterilizado para .um 
biorreator.