¿Qué fluido de niebla es adecuado para la visualización de corrientes según el Anexo 1 de la GMP?

Prueba 1 – Visualización del flujo básico / Figura 2: Visualización del flujo básico con fluido de niebla Extra Clean en la imagen de la izquierda y mediante simulación CFD en la imagen del centro. A la derecha, la visualización con niebla de agua.

Prueba 1 – Visualización del flujo básico / Figura 2: Visualización del flujo básico con niebla de fluidos Extra Clean en la imagen de la izquierda y mediante simulación CFD en la imagen del centro. A la derecha, la visualización con niebla de agua.

Prueba 1 – Visualización del flujo básico / Figura 2: Visualización del flujo básico con niebla de fluidos Extra Clean en la imagen de la izquierda y mediante simulación CFD en la imagen del centro. A la derecha, la visualización con niebla de agua.

Prueba 2 – Visualización de zonas de vórtice / Figura 3: Visualización de la zona de vórtice con Nebulizador de Niebla Extra Clean en la imagen de la izquierda, mediante simulación CFD en la imagen del centro y con niebla de agua en la imagen de la derecha.

Prueba 2 – Visualización de zonas de remolino / Figura 3: Visualización de la zona de remolino con Nebelfluid Extra Clean en la imagen de la izquierda, mediante simulación CFD en la imagen del centro y con niebla de agua en la imagen de la derecha.

Prueba 2 – Visualización de zonas de vórtice / Figura 3: Visualización de la zona de vórtice con Nebulizador de Niebla Extra Clean en la imagen de la izquierda, mediante simulación CFD en la imagen del centro y con niebla de agua en la imagen de la derecha.

Prueba 3 – Visualización de la altura de ascenso de la niebla / Figura 4: Visualización de la altura de ascenso de la niebla con Nebelfluid Extra Clean con baja inercia en la imagen de la izquierda. En la imagen del medio, la visualización con niebla de agua con baja inercia. En la imagen de la derecha, también niebla de agua pero con gran inercia

Prueba 3 – Visualización de la altura de ascenso de la niebla / Figura 4: Visualización de la altura de ascenso de la niebla con Nebelfluid Extra Clean con bajo impulso en la imagen de la izquierda. En la imagen central, la visualización con niebla de agua con bajo impulso. En la imagen de la derecha, también niebla de agua pero con gran impulso

Prueba 3 – Visualización de la altura de ascenso de la niebla / Figura 4: Visualización de la altura de ascenso de la niebla con Nebelfluid Extra Clean con bajo impulso en la imagen de la izquierda. En la imagen del medio, la visualización con niebla de agua con bajo impulso. En la imagen de la derecha, también niebla de agua pero con gran impulso

Tabla 2: Análisis de la altura de ascenso de la niebla (ver la Figura 4)

Prueba 4 – Visualización de la propagación de la niebla en las zonas de vórtice / Figura 5: Visualización de la propagación de la niebla con Nebelfluid Extra Clean con baja impulsión en la imagen de la izquierda. En la imagen del centro mediante simulación CFD y en la imagen de la derecha con niebla de agua con baja impulsión

Prueba 4 – Visualización de la propagación de la niebla en las zonas de vórtice / Figura 5: Visualización de la propagación de la niebla con Nebelfluid Extra Clean con baja impulsión en la imagen de la izquierda. En la imagen del medio mediante simulación CFD y en la imagen de la derecha con niebla de agua con baja impulsión

Prueba 4 – Visualización de la propagación de la niebla en las zonas de vórtice / Figura 5: Visualización de la propagación de la niebla con Nebelfluid Extra Clean con baja impulsión en la imagen izquierda. En la imagen del medio mediante simulación CFD y en la imagen derecha con niebla de agua con baja impulsión

Figura 1: Descenso de la niebla de agua a medida que aumenta la distancia a la salida de la niebla en tres densidades de niebla diferentes (1.1, 1.2, 1.3) y una velocidad horizontal inicial de 0,5 m/s en el espacio de flujo horizontal (Fuente: Tesis de diploma)6

Tabla 1: Requisitos de la VDI 2083 hoja 3 para las sustancias de prueba y el equipo de prueba para la visualización del flujo.

El líquido de niebla perfecto todavía no existe. Las empresas farmacéuticas que realizan o hacen realizar visualizaciones de flujo en áreas críticas de salas limpias encuentran en este documento técnico información fundamentada para seleccionar el líquido de niebla adecuado para cada caso de uso específico. También podría ser útil la comparación entre la visualización de flujo mediante niebla y CFD.

Introducción

El Anexo 1 de la guía GMP 1) (en adelante denominado como el nuevo Anexo 1) fue publicado en agosto de 2022. La versión anterior de 2008 fue revisada exhaustivamente en todos los ámbitos temáticos. Esto implica nuevos requisitos para los operadores de salas limpias. La visualización de flujo ha adquirido un significado mucho mayor tras la revisión y, por ello, también se le presta mayor atención en las inspecciones GMP.

Los nuevos requisitos para la visualización de flujo y cómo proceder en una visualización de flujo ya han sido descritos en dos documentos técnicos del STZ EURO 2). En este documento se discute qué líquido de niebla es adecuado para la visualización de flujo en áreas TAV 3). También se consideran los generadores de niebla y los sistemas de suministro de niebla. La base de las siguientes explicaciones es un trabajo de fin de estudios en la Hochschule Offenburg 4). Las visualizaciones con niebla se realizaron en el marco de este trabajo en una unidad TAV (Flowbox) del STZ EURO. El modelo 3D de una unidad de boquilla fue proporcionado por una empresa farmacéutica. La simulación CFD se realizó con ANSYS Fluent utilizando el hardware y software del STZ EURO.

En la VDI 2083 hoja 3 se encuentran indicaciones generales sobre las sustancias de prueba y el equipo de prueba (ver Tabla 1) 5).

Líquidos de niebla habituales

– La niebla de agua generalmente se produce mediante generadores ultrasónicos a partir de agua pura. El espectro de gotas generado se encuentra en el rango de 2 a 13 µm 6). Las gotas de agua se mezclan en el generador de niebla con un flujo de aire. En el flujo de aire, las gotas de agua se evaporan relativamente rápido debido a su alta presión de vapor. La energía para la evaporación se extrae del aire. Esto enfría el aire (ver Figura 1) y aumenta la densidad del aire.
– El líquido de niebla se calienta mediante un vaporizador a aproximadamente 320°C y luego se mezcla con aire ambiente 7). Se generan así gotas de 0,5 µm a 2 µm 7). Estos aerosoles tienen un vapor de presión mucho menor en comparación con el agua y, por lo tanto, permanecen más tiempo en el flujo de aire sin evaporarse. Dado que en la salida del generador de niebla se mezcla una cantidad de aire ambiente mucho mayor en relación con el líquido evaporado, se obtiene una niebla casi isotérmica.

Nota:
Además, son posibles métodos de visualización complejos (por ejemplo, Velocimetría de Imágenes de Partículas (PIV), medición de velocidad en 3D con detección de posición y orientación, método de Schlieren basado en fondo) 8).

Comparación de las sustancias de prueba agua y líquido de niebla Extra Clean (resultados de pruebas) 7

Para el trabajo de fin de estudios realizado en el STZ EURO, se comparó un generador de niebla ultrasónico y el equipo correspondiente con un generador de niebla por vaporización 4). Para ello, se utilizó un generador de niebla ultrasónico de tamaño compacto de la empresa CCI – von Kahlden GmbH (Handy FOG), para minimizar las influencias externas en el flujo. Para el generador de niebla por vaporización (Tiny CX), se utilizó el equipo especializado del STZ EURO. Además de la visualización del flujo, se realizó una simulación CFD como referencia para la configuración de prueba.

Prueba 1 – Visualización del flujo básico

Las corrientes individuales son visibles hasta el suelo. Fluyen casi paralelas y presentan una turbulencia mínima. La visualización del flujo mediante la lanza de corriente y el líquido de niebla Extra Clean coincide muy bien con el flujo calculado mediante CFD, especialmente en la zona relevante cercana a la ampolla de vidrio (Vial), ver Figura 3. En la simulación de flujo se pueden observar más detalles, ya que las líneas de corriente están coloreadas según la velocidad del aire y, por tanto, son claramente visibles incluso sobre un fondo blanco.

En la visualización con una lanza cilíndrica simple y niebla de agua (en la imagen derecha), también se pueden distinguir gotas individuales. Debido a la geometría de la lanza, la introducción de niebla en el flujo de aire ya provoca turbulencias. La niebla se diluye en aproximadamente 40 cm de recorrido, de modo que las condiciones de flujo en el área del vial (ver Figura 3) ya no se pueden distinguir completamente.

Prueba 2 – Visualización de zonas de remolino

La tarea de niebla en el suelo de la Flowbox hace visible la zona de remolino que se forma entre la pared y la estación de boquillas (ver Figura 4). En esta zona, la niebla asciende hacia arriba. Dependiendo del tipo de niebla y del método de suministro, la altura de ascenso de la niebla varía. La niebla debe ser suministrada de forma impulsiva para no afectar el comportamiento del flujo de aire. En la imagen izquierda y en la del centro, con niebla impulsiva, se observa que la niebla de agua asciende mucho menos. En la imagen derecha, también con niebla de agua, pero con un impulso fuerte, se alcanza casi la misma altura de ascenso que en la imagen izquierda, ver también Tabla 2. Según la VDI 2083 hoja 3, la adición de niebla debe realizarse de forma impulsiva. Por ello, la visualización mostrada en la imagen derecha de la Figura 4 no sería permitida.

Prueba 3 – Visualización de la altura de ascenso de la niebla

ver Tabla

Prueba 4 – Visualización de la dispersión de la niebla en las zonas de remolino

Finalmente, se analizó la dispersión de la niebla en las zonas de remolino, para lo cual se realizó una inyección impulsiva de niebla en el suelo, enriqueciendo así las zonas de remolino en la parte trasera de la Flowbox con niebla (ver Figura 5). Se observa que la dispersión de la niebla con líquido de niebla Extra Clean (imagen izquierda) coincide bien con la simulación (imagen central). En todas las áreas (A a E) se puede ver la niebla. En la visualización con niebla de agua (imagen derecha), solo en el área C se observa niebla. El flujo y, por tanto, la dispersión de la niebla en las áreas D y E están bloqueados por la carcasa del generador de niebla. Debido a la inyección impulsiva, en las áreas A y B de la imagen derecha no se detecta niebla (comparar con la Figura 4, centro).

Conclusión

– Se logró una buena concordancia entre la simulación CFD y el experimento usando el líquido de niebla Safex® Extra Clean F&D.
– Esto requiere un equipo adecuado para la tarea de niebla (tamaño, impulso) que no altere las condiciones del flujo.
– No se observó concordancia con la simulación al usar niebla de agua.
– La niebla basada en líquidos de niebla adecuados, comparables con los mencionados anteriormente, es totalmente apta para visualización en áreas TAV estrechas, como por ejemplo, aisladores, en combinación con equipo adecuado desde el punto de vista de la dinámica de flujo.
– La niebla de agua solo es parcialmente adecuada para visualización en áreas TAV estrechas cuando se usa con el equipo correspondiente.
– La visualización de flujo en entornos GMP sirve como evidencia ante las autoridades de que las condiciones de flujo cumplen con los requisitos del Anexo 1. Por ello, una visualización que refleje las condiciones reales de flujo es de especial importancia.
– La simulación CFD puede contribuir en la fase de diseño para garantizar que los sistemas de aire limpio cumplan con los requisitos de dinámica de flujo. Esto evita desviaciones en la visualización del flujo durante la calificación, ahorrando tiempo y costos.

Fuentes:

1) Las reglas que rigen los productos medicinales en la Unión Europea, Volumen 4, Directrices de la UE para las Buenas Prácticas de Fabricación de productos medicinales para uso humano y veterinario, Anexo 1, Fabricación de productos medicinales estériles, GMP = Buenas Prácticas de Fabricación.
2) STZ EURO: Publicaciones en documentos técnicos, stz-euro.de/publicaciones/?_sfm_type=Whitepaper.
3) Áreas con desplazamiento de flujo de baja turbulencia (TAV), también conocidas como flujo laminar.
4) P. Moschberger: Comparación de las condiciones de flujo determinadas experimental y numéricamente en un sistema de aire limpio con desplazamiento de baja turbulencia, febrero de 2023.
5) VDI 2083 hoja 3: Tecnología de salas limpias, medición, agosto de 2022.
6) Andreas Kaupp; Dietmar Thierer: Estudio sobre el comportamiento de partículas trazadoras en condiciones de flujo similares a las de salas limpias. Trabajo de diplomado, agosto de 1996.
7) Günther Schaidt Safex Chemie GmbH: Hoja de datos del líquido de niebla Safex® Extra Clean F&D. enero de 2020.
8) N. Otto, M. Kuhn: Tecnología de medición en salas limpias. Los cambios más importantes en la directriz VDI 2083 hoja 3, TechnoPharm 12, Nr. 2, 92–101 (2022).

Autor

El ingeniero diplomado (FH) Michael Kuhn, junto con Benjamin Pfändler, dirige el Centro de Transferencia Steinbeis para Energía, Medio Ambiente y Tecnología de Salas Limpias (STZ EURO) en Offenburg.

Ha participado como coordinador en la elaboración de las directrices VDI 2083 hoja 19 (Hermeticidad de salas limpias) y VDI 2083 hoja 4.2 (Eficiencia energética). Recientemente, ha impulsado la nueva VDI 2083 hoja 3. Hasta 2019, fue profesor encargado de tecnología de salas limpias y ventilación en las universidades de Offenburg y Nordwestschweiz. Además, trabaja como perito público y jurado en tecnología del aire y climatización, especialmente en tecnología de salas limpias.