El agua es una materia prima y un auxiliar importante en la fabricación de productos cosméticos y farmacéuticos. Además, sirve como agente de enjuague para la limpieza CIP de componentes y tuberías de la instalación; por ello, las plantas de agua desmineralizada forman parte de los sistemas clave de la producción.
Calidades de agua: resumen
Cada sector industrial plantea requisitos distintos a la calidad del agua. Las denominaciones habituales son:
- Agua desmineralizada – agua totalmente desalinizada o desionizada
- PW – Purified Water
- HPW – Highly Purified Water
- WFI – Water for Injection
Como medida del grado de pureza del agua desmineralizada se utiliza normalmente la conductividad eléctrica en µS/cm. Los conductímetros la miden directamente en la instalación.
Así funciona la producción de agua por ósmosis inversa
La ósmosis inversa elimina en gran medida los componentes disueltos del agua bruta. Una cadena de tratamiento típica es la siguiente:
- 1FiltraciónLos filtros multicapa, de cartucho, de ultrafiltración o de microfiltración eliminan partículas y turbidez.
- 2Carbón activoLos filtros de carbón activo reducen los oxidantes y retienen las impurezas orgánicas de bajo peso molecular.
- 3DescalcificaciónEl calcio, el magnesio y el hierro divalente se intercambian por iones de sodio, algo especialmente importante con un alto contenido en cal.
- 4ósmosis inversaLa membrana separa el agua de alimentación en permeado (agua pura) y concentrado.
- 5EDI o 2.ª etapaUna electrodesionización o una segunda etapa de ósmosis reduce aún más el contenido residual de sales.
- 6Depósito pulmónEl agua desmineralizada se almacena y se distribuye a través del anillo de distribución.
Por la gran superficie interna del lecho de resina, el descalcificador es el elemento microbiológicamente más crítico de toda la cadena de tratamiento. Una desinfección química durante la regeneración mantiene los recuentos microbianos en un nivel tolerable. No obstante, cada vez se utilizan más instalaciones sanitizables con agua caliente.
En las instalaciones modernas, la ósmosis inversa es el procedimiento de elección para la desalinización, ya que ofrece numerosas ventajas frente a los intercambiadores iónicos. Como proceso de membrana, es a la vez una filtración mecánica y química. La instalación impulsa el agua de alimentación a través de una membrana semipermeable con una presión superior a la presión osmótica.
Así se generan dos corrientes: un concentrado con las sales y las impurezas separadas, y un permeado, es decir, agua pura con un contenido de sales muy bajo. La ósmosis inversa alcanza excelentes tasas de rechazo de sales, partículas, microorganismos y pirógenos. Sin embargo, las membranas son sensibles al ensuciamiento (fouling), a las incrustaciones (scaling) y a los oxidantes.
Para alcanzar la conductividad exigida, a continuación se añade una segunda etapa o una electrodesionización (EDI). Ambas proporcionan contenidos residuales de sales más bajos y, por tanto, un mayor margen de seguridad respecto a los valores límite.
Control y depósito pulmón
En los descalcificadores individuales, el sistema de control debería programar la regeneración por la noche. Gracias al pretratamiento, el rendimiento de la ósmosis inversa aumenta considerablemente: de aprox. el 50 % a aprox. el 75 %. El agua residual concentrada va al desagüe, mientras que el agua desmineralizada pasa a un depósito pulmón.
Unos sensores supervisan el nivel del depósito pulmón e intervienen directamente en el control. Si el nivel desciende por debajo del mínimo, la ósmosis inversa inicia la producción de agua; al alcanzar el nivel máximo, se detiene. Así, la instalación se aprovecha de forma óptima.
Anillos de distribución hasta los puntos de toma
Desde el tanque de almacenamiento, los anillos de distribución llegan hasta cada punto de consumo. Evitan la proliferación microbiana por agua estancada. El anillo pasa por todos los puntos de toma, y unas válvulas manuales o automáticas conducen el agua hasta los consumidores.
Materiales
- PVDF – solo sanitizable químicamente
- Acero inoxidable 1.4404 / 1.4435 (316L) – esterilizable
Superficies
- superficies en contacto con el agua: Ra < 0,8 µm
- tuberías de WFI: Ra 0,6–0,4 µm, electropulidas, según los requisitos del cliente
Para un anillo de distribución higiénico se aplican además los siguientes principios:
- unir todos los componentes de forma compacta y con mínimos espacios muertos, y bañar todas las zonas
- ninguna unión con junta desalineada ni roscas en los anillos de distribución
- preferiblemente uniones asépticas según DIN 11864; con alternancia de caliente y frío, a ser posible uniones bridadas asépticas
- válvulas de membrana en T con mínimo espacio muerto en los puntos de toma
- materiales de juntas con aprobación FDA (Food and Drug Administration)
- pasivación tras la finalización de los anillos de distribución y los componentes de la instalación
Desinfección, sanitización y esterilización
Para mantener el agua libre de gérmenes, los operadores combinan distintos procedimientos. La sanitización y los procesos SIP se realizan en ciclos definidos. Para ello, la instalación debe estar diseñada para el procedimiento correspondiente.
Desinfección UV
La luz ultravioleta con una longitud de onda de 254 nm destruye el ADN, la membrana celular y las enzimas de los microorganismos. Para ello, el agua pretratada fluye de forma controlada a través de una cámara de irradiación. Un flujo lo más turbulento posible mejora el efecto.
Sanitización a 80 °C
Una planta de agua desmineralizada debería sanitizarse al menos cuatro veces al año. Un intercambiador de calor calienta el depósito y la red de tuberías a 80 °C. A continuación, el agua caliente circula durante una hora. Después se vacía el sistema y se vuelve a llenar con agua fría, si se desea de forma totalmente automática.
Esterilización con agua sobrecalentada a presión 110–130 °C
La secuencia es similar a la de la sanitización, pero a temperaturas más altas. Por encima de 100 °C se genera, además de la presión de la bomba, una sobrepresión de vapor: a 110 °C, unos 0,5 bar; a 121 °C, aproximadamente 1 bar (unos 2 bar absolutos). Por ello, la instalación debe estar diseñada en consecuencia.
A partir de 100 °C, el vapor desplaza el aire del depósito. A continuación se cierra la válvula de aireación del filtro estéril, de modo que la presión y la temperatura aumentan y se mantienen. Esta secuencia también puede realizarse de forma totalmente automática.
Esterilización con vapor puro
Este procedimiento requiere mayores inversiones, ya que los componentes de la instalación deben cumplir requisitos más exigentes, p. ej., la normativa AD 2000 o la EN ISO 17665. A ello se suma una cualificación y validación exhaustivas. Encontrará más detalles sobre la secuencia en el siguiente apartado.
Secuencia de la esterilización con vapor puro
Para la esterilización con vapor puro, todos los componentes de la instalación deben estar completamente vacíos. En los puntos de toma y en los puntos más bajos de las tuberías se necesitan purgadores de condensado con válvulas antirretorno adecuadas. El condensado debe evacuarse de forma segura y nadie debe poder lesionarse con las tuberías calientes.
Para una desaireación segura, se recomienda poner al vacío el tanque de almacenamiento y la red de tuberías. A continuación entra vapor puro y la temperatura se regula mediante la presión. Es importante que las tuberías también estén conectadas a la red de vapor. Solo así el vapor fluye hasta los puntos de purga de condensado.
En los puntos difíciles de esterilizar y en las salidas de condensado, unos sensores de temperatura registran los valores y regulan el vapor. En cuanto todos los sensores alcanzan la temperatura de esterilización definida (p. ej., 121 °C o más), comienza el tiempo de esterilización. Para ello se requiere:
- procesos de esterilización controlables de forma reproducible
- valores de medición relevantes para la calidad almacenados y documentados
- una secuencia de esterilización totalmente automática
- SOP para el manejo de cada procedimiento de esterilización
Calentamiento de circuitos de agua
Unos intercambiadores de calor de haz tubular a prueba de fugas calientan el circuito de agua. Para evitar la proliferación microbiana, el agua caliente debería almacenarse a 70–99 °C. El agua fría, en cambio, debería mantenerse por debajo de 18 °C, de lo que se encarga un enfriador en el anillo de distribución.
Cualificación de plantas de agua desmineralizada
Para cumplir los requisitos GMP aplicables a los sistemas de agua es necesaria una cualificación, que comprende los siguientes pasos:
Los trabajos de cualificación deberían especificarse claramente ya en el pliego de condiciones.
La SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH le asiste tanto en el diseño como en la cualificación de su planta de agua desmineralizada.
Preguntas frecuentes sobre plantas de agua desmineralizada y anillos de distribución
¿Qué calidades de agua se utilizan en farmacia y cosmética?
Son habituales el agua desmineralizada (agua totalmente desalinizada o desionizada), Purified Water (PW), Highly Purified Water (HPW) y Water for Injection (WFI). El grado de pureza se determina normalmente mediante la conductividad eléctrica en µS/cm.
¿Cómo se produce agua desmineralizada por ósmosis inversa?
Tras una etapa de filtración y, en su caso, un filtro de carbón activo y una descalcificación, la ósmosis inversa impulsa el agua a través de una membrana semipermeable. Para conductividades muy bajas se añade una segunda etapa o una electrodesionización (EDI). El agua pura se almacena en un depósito pulmón.
¿Por qué se utilizan anillos de distribución?
Los anillos de distribución mantienen el agua en movimiento constante y evitan la proliferación microbiana por agua estancada. Lo habitual es acero inoxidable 316L o PVDF con superficies Ra < 0,8 µm, válvulas de membrana con mínimo espacio muerto y uniones asépticas según DIN 11864.
¿Con qué frecuencia debe sanitizarse una planta de agua desmineralizada?
Al menos cuatro veces al año, normalmente calentándola a 80 °C con una hora de circulación. Las alternativas son la esterilización con agua sobrecalentada a presión a 110–130 °C o la esterilización con vapor puro.
¿Qué cualificación se requiere para los sistemas de agua GMP?
Análisis de riesgos, DQ, IQ, calibración, OQ, PQ y un informe final. Los trabajos de cualificación deberían especificarse ya en el pliego de condiciones.