Apostila operações i

APOSTILA DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS I

Apostila de Operações Unitárias I – 5º semestre

INTRODUÇÃO ÀS OPERAÇÕES UNITÁRIAS MECÂNICAS

Processos e operações unitárias.

Sistemas de unidades.

Análise dimensional.

Variáveis de processo - massa e volume, vazão, pressão, temperatura e composição química.

PROCESSOS UNITÁRIOS

1. Transformações químicas aplicadas ao processamento industrial;

2. Conjunto de operações necessárias para a condução de uma determinada reação (transformação) química em larga

escala;

3. Transformação da matéria-prima (entrada, alimentação ou input) em produtos (saída ou output) desejados.

Exemplos: halogenação, hidrogenação, oxidação, esterificação, etc.

OPERAÇÕES UNITÁRIAS

1. Transformações físicas sofridas durante o processo;

2. Transformações físicas (massa) ou físico-químicas (energia e massa) que ocorrem durante um processo;

Exemplos: Armazenamento, mistura, filtração, fermentação, esterilização, etc.

Operações em batelada ou por lote: quando os materiais a serem processados são alimentados de uma só vez ao

equipamento. Normalmente estes tipos de operação são adequados quando o volume do equipamento é o fator

limitante.

Operações contínuas: quando os materiais a serem processados são alimentados continuamente ao equipamento. Em

equipamentos que realizam operações em fluxo contínuo é necessário realizar o controle adequado da taxa de

alimentação, para que sejam obtidas as características desejadas do produto final.

2


Processo de produção do ácido acetilsalicílico

SISTEMAS DE UNIDADES

Análise dimensional

Uma unidade descreve qualitativamente uma grandeza (massa em gramas; tempo em horas, distância em metros). Uma

grandeza qualquer pode ser descrita em termos das dimensões primárias de massa (M), comprimento (L), tempo (T) e

temperatura () (sistema MLT). Por dimensão deve-se compreender qualquer propriedade que pode ser medida. Alguns

sistemas se unidades utilizam a força (F) ao invés da massa como dimensão primária (sistema FLT).

As dimensões primárias podem ser combinadas entre si fornecendo as unidades secundárias (ou derivadas).

Exemplos: área L2 volume L3 aceleração L/T2 = LT-2

Frações ou múltiplos das unidades primárias ou secundárias são chamadas de unidades múltiplo.

Os principais sistemas de unidades são:

Grandeza Sistema Internacional (SI)1 Sistema Inglês de Engenharia1

Sistema Britânico2

3


massa/ força quilograma (kg) libra massa (lbm) libra força (lbf)

comprimento metros (m) pé (ft) pé (ft)

tempo segundos (s) segundos (s) segundos (s)

temperatura Kelvin (K) ou Celsius (oC) Rankine (oR)Rankine (oR) ou

Fahrenheit (oF)

1 sistema MLT; 2 sistema FLT

As unidades dos diferentes sistemas podem ser convertidas entre si através dos fatores (razões) de conversão.

Exemplos: 1 m/ 100 cm (um metro equivale a 100 centímetros)

1 kg/ 2,20 lbm (um quiligrama corresponde a 2,20 libras massa)

1 atm/ 760 mmHg (uma atmosfera corresponde a 760 mmHg)

Quando uma quantidade não possui unidade ela é chamada de adimensional.

VARIÁVEIS DE PROCESSO

DEFINIÇÃO: São quantidades que devem ser monitoradas nas diferentes unidades de processo.

Exemplo: Separação de uma mistura de sólidos.

1. Qual a quantidade de material e qual o tamanho das partículas?

2. Qual a taxa de alimentação na unidade de separação?

3. Qual a temperatura de trabalho?

4. Qual a composição da mistura a ser separada?

Massa específica (densidade, ): massa por unidade de volume de uma substância (g/cm3, kg/ m3, lbm/ft3, etc).

Valores tabelados para gases, líquidos, sólidos puros ou em solução.

Densidade relativa (DR): DR = /ref ref (H2O)= 1,0 g/cm3 = 1,0 kg/L = 103 kg/m3

Volume específico (v ou V): volume ocupado por unidade de massa (m3/kg, ft3/lbm, etc).

Vazão (Q): taxa de transporte de um material através de uma linha de processo. Vazão mássica (m, massa/ tempo)

ou vazão volumétrica (volume/ tempo).

= m/V (vazão mássica = x vazão volumétrica)

As vazões podem ser medidas por diversos instrumentos entre os quais o rotâmetro (direto) ou através aqueles que se

baseiam na equação de Bernoulli (medidor de orifício, Venturi, tubo de Pitot).

4


Tubo de Pitot

5


Pressão (P): é a força exercida por unidade de área (N/m2 ou Pa, lbf/ft2 ou psi).

Os instrumentos de medida de pressão utilizam diferentes métodos. Alguns exemplos são os tubos de Bourdon (método

elástico), manômetros (coluna de fluido manométrico) e os transdutores piezoelétricos (elétricos).

Manômetro do tipo Bourdon

Temperatura (T): medida da energia cinética média das moléculas de um determinado material. As escalas de

medição de temperatura (Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Rankine) são baseadas na temperatura de fusão e ebulição da

água.

Os instrumentos para medição da temperatura vão desde termômetros de haste de vidro, termistores, termopares e os

pirômetros.

Composição química: a maioria dos materiais envolvidos nos processos químicos são misturas de várias espécies

cujas propriedades físicas (densidade, volume específico, capacidade calorífica, temperatura de orvalho, etc) irá

depender da composição dessa mistura.

A composição de uma mistura pode ser expressa em fração molar (x), fração mássica (y), concentração em massa,

concentração molar, parte por milhão (ppm), parte por bilhão (ppb).

Mistura A e B:

Fração molar: xA = nA/ nA + nB

xB = nB/ nA + nB

Concentração molar: CA = nA/ volume de solução

CB = nB/ volume de solução

Fração mássica: yA = mA/ mA + mB

yB = mB/ mA + mB

ppm: xA.106 ou yA.106

Concentração

mássica:

CA = mA/ volume de solução

CB = mB/ volume de solução

ppb: xA.109 ou yA.109

EXERCÍCIOS

1. Qual o fator de conversão para s/min?

2. Qual o fator de conversão para cm3/m3?

6


3. O número de Prandtl, NPr, é uma quantidade adimensional usada em cálculos de transferência de calor definido por

Cp./k, onde Cp é o calor específico, é a viscosidade e k é condutividade térmica. Se Cp = 0,583 J/g.oC,

= 1936 lbm/ft. h e k = 0,286 W/m.oC, qual o valor de NPr ? Dados: (1 g = 2,20 x 10-3 lbm; 1 m = 3,28 ft; W = J/s; 1 h =

3600 s)

4. A vazão mássica de n-hexano ( = 0,659 g/cm3) em uma tubulação é 6,59 g/s. Qual a vazão volumétrica?

5. Uma corrente de água fluindo de forma estacionária (vazão constante) é dirigida para uma proveta graduada por

exatamente 30 s, sendo recolhido durante esse tempo um volume de 50 mL. Qual a vazão volumétrica da corrente? Qual

a vazão mássica? ( = 1 g/mL)

6. Uma mistura de gases tem a seguinte composição mássica:

O2 16 %CO 4,0 %CO2 17 %N2 63 %

Qual a composição molar?

7. Partículas de pedra calcária (carbonato de cálcio) são armazenadas em sacas de 50 L. A fração de vazios do material

particulado é 0,30 (litros de espaço por litro de volume total) e a densidade relativa do carbonato sólido é 2,93.

a) qual a massa específica global (kg de CaCO3/ litros de volume total) do conteúdo da saca?

b) o conteúdo de 3 sacas é alimentado em um moinho de bolas e o calcário é reduzido a um pó fino e distribuído em

saca de 50 L. Este calcário encherá as mesmas três sacas? Justifique sua resposta.

8. O número de Reynolds (Re) é um grupo adimensional definido para o escoamento de um fluido em uma tubulação

dado pela equação:

Re D. v. =

onde D é o diâmetro da tubulação, v é a velocidade, é a densidade e é a viscosidade para o fluido que escoa.

Quando Re 2100, o fluxo é dito laminar e, quando Re 4000, o fluxo é considerado turbulento (caracterizado por

variação da velocidade média do fluido em pontos muito próximos).

Determine o diâmetro da tubulação (não esquecer a unidade), considerando o escoamento de uma preparação líquida,

em regime laminar, a uma velocidade de 20 m.s-1.

Dados: = 1204 kg.m-3 e = 1,72 N.s.m-2.

7


OPERAÇÕES MECÂNICAS ENVOLVENDO SISTEMAS FLUIDOS

Mecânica dos fluidos.

Classificação dos fluidos quanto ao fluxo e deformação.

Transporte fluido através de tubulações.

Aplicações da mecânica dos fluidos.

MECÂNICA DOS FLUIDOS

A reologia (rheos = fluxo, logos = ciência) estuda a deformação de sistemas líquidos, semi-sólidos e sólidos e é de

fundamental importância para o entendimento de eficácia de medicamentos e de processos tecnológico (formas

farmacêuticas líquidas, semi-sólidas, misturas sólido-líquido).

A reologia abrange diferentes propriedades associadas à deformação da matéria:

a) extrusibilidade;

b) ductibilidade;

c) espalhabilidade;

d) elasticidade;

e) fluidez e viscosidade.

O conhecimento e o controle dessas propriedades é importante não só como critério de qualidade técnica, mas

também como uma necessidade de preencher parâmetros de aceitabilidade por parte do cliente ou paciente. Como

exemplo, podemos citar o caso da viscosidade, cuja aplicação encontramos na formulação, preparação e marketing de

emulsões, cremes, géis, soluções, etc.

Além da aceitabilidade, as características reológicas de um produto estão associadas a aspectos da absorção e

biodisponibilidade de um fármaco, bem como à escolha correta de equipamentos para a sua produção.

8


CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS QUANTO AO FLUXO E DEFORMAÇÃO

y1

Placa fixa

Placa m óvelÁrea (A)

Força (F)

A força F, aplicada na placa móvel, promove uma deformação das camadas de fluido, que se movem uma em relação às

outras. Essa movimentação das camadas de fluido, também chamada de gradiente de cisalhamento ou velocidade de

deformação (, s-1), corresponde à variação da velocidade de deslocamento (v) em função da altura da camada

molecular.

Já a força aplicada por unidade de área, necessária para iniciar o fluxo, é chamada de força de cisalhamento, tensão

de empuxo ou tensão de cisalhamento (, N.m-2).

Essas duas grandezas, tensão de cisalhamento e velocidade de deformação, são proporcionais e, sua relação define o

coeficiente de viscosidade ou simplesmente, viscosidade dinâmica ().

=

Unidades de viscosidade:

SI: Pa.s (Pascal segundo) = Nm-2s

Inglês: P (poise) = dina.cm-2.s

Relações entre unidade de viscosidade: 1,0 mPa.s = 10-3 Pa.s = 1,0 cP = 0,01 P

Viscosidade cinemática: A viscosidade cinemática é a relação entre a viscosidade dinâmica e a densidade de um fluido.

=

suas unidades no SI são m2s-1. No sistema cgs utiliza-se o Stoke (s, m2s-1) ou o centistoke (cs, 10-6 m2s-1).

Efeito da temperatura sobre a viscosidade

Quando um material no estado líquido ou sólido é aquecido, sua viscosidade diminui, enquanto a fluidez aumenta. Por

fluidez () de um material deve-se compreender a tendência que o mesmo apresenta de escoar sobre uma superfície

(portanto o inverso da viscosidade).

9

Apostila de Operações Unitárias I – 5º semestrete

nsã

o d

e ci

salh

amen

to

(N.m

-2)

velocidade de cisalham ento, (s-1)

new toniano

não-new toniano

não-new toniano

Reograma apresentando o comportamento de alguns fluidos

vis

cosid

ad

e,

velocidade de cisalham ento (s -1)

B

A

C

Curvas de viscosidade para alguns fluidos

Curva A:

Curva B:

Curva C:

Fluidos newtonianos: apresentam uma relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação.

Geralmente são soluções de solutos de peso molecular reduzido (materiais não-poliméricos) ou materiais quimicamente

puros.

Fluidos não-newtonianos: apresentam uma relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de

deformação.

Pseudoplásticos: dispersões aquosas de hidrocolóides naturais ou quimicamente modificados (goma adragante,

CMC, carmelose, HMC), polímeros sintéticos (PVP e ácido poliacrílico).

10


Dilatantes: dispersões (pastas, algumas suspensões e ungüentos) onde a concentração de partículas pequenas

defloculadas é elevada ( 50%).

A dilatância pode ser um problema durante o processamento de dispersões e a granulação de massas de comprimidos,

quando misturadores de alta velocidade são e moinho são utilizados. Se o material se torna dilatante durante a

operação, a solidificação resultante pode exigir uma potência muito elevada do motor, sendo necessário realizar uma

avaliação reológica antes da introdução de uma dispersão no processo de fabricação.

11


Medindo a viscosidade

A viscosidade de um fluido pode ser medida através de três tipos de instrumentos, que utilizam princípios diferentes:

a) Viscosímetro de Ostwald.

O princípio deste tipo de viscosímetro deriva da lei de Hagen-Poiseuille, que relaciona o

tempo de escoamento do líquido através um orifício capilar:

1

2

=

1 t1

2t2

onde:

1 = viscosidade desconhecida2 = viscosidade de um fluido de referência1 e 2 = densidadest1 e t2 = tempos de escoamento no viscosímetro

b) Viscosímetro de Höppler.

Este tipo de viscosímetro, também conhecido como viscosímetro de esferas ou

de queda de esferas, baseia-se na ação simultânea de duas forças opostas: a

resistência oferecida pelo fluido a queda da esfera e a força gravitacional

exercida sobre ela.

k ( esfera - f lu ido) t= k 2r2g

9h=e

onde:

= viscosidade esfera e fluido = densidades da esfera e do fluido respectivamentet = tempo de queda da esferar = raio da esferah = altura percorrida pela esferag = aceleração da gravidade

12


c) Viscosímetros rotatórios (reômetros).

A medição da viscosidade neste tipo de aparelho está baseada na

resistência ao fluxo observada quando um corpo giratório (geralmente

cilíndrico) gira imerso no fluido (líquido ou semi-sólido). Sua utilização visa

a determinação de viscosidades em fluidos não-newtonianos, mas pode ser

utilizados também para fluidos newtonianos.

K V T=

onde:

= viscosidadeKV = constante relativa ao aparelhoT = torque (N.m) = velocidade angular (radianos.s-1)

Viscosidades de alguns fluidos de interesse farmacêutico

Fluido viscosidade dinâmica a 20oC

(cP ou mPas)

clorofórmio 0,58

água 1,002

etanol 1,20

sangue (37oC) 4 - 25

trinitrato de glicerina 36,0

óleo de oliva 84,0

óleo de rícino 986,0

glicerina 1490

mel 104

13


Tixotropia e reopexia: o comportamento reológico dependente do tempo

Na descrição anterior do comportamento não-newtoniano, não foi considerada a relação entre a viscosidade de um

material e o tempo. Logo, determinações da viscosidade de um determinado material, iriam produzir o mesmo valor de

viscosidade, desde que a tensão de cisalhamento fosse a mesma, independentemente do tempo de aplicação desta

tensão. Esta situação é idealizada e, uma vez que a maioria das preparações não-newtonianas é de natureza coloidal,

os elementos que fluem (macromoléculas, partículas) não são capazes de se adaptar imediatamente às novas condições

de cisalhamento.

A característica comum a esses materiais é que, se forem submetidos a uma velocidade de cisalhamento crescente e,

logo após essa velocidade decresce até zero, haverá um desvio entre a curva ascendente (ida) e a curva descendente

(volta). O reograma apresentará um loop de histerese.

A tixotropia é uma propriedade importante em formas farmacêuticas líquidas e semi-sólidas que permite obter um

medicamento mais consistente quando em repouso, mas de elevada fluidez quando agitado (aplicação de tensão de

cisalhamento). Suspensões floculadas são um bom exemplo de sistemas tixotrópicos: se deixadas em repouso,

aumentam sua consistência e diminuem a velocidade de sedimentação da fase sólida. Se agitadas, a sua fluidez

aumenta, facilitando a retirada da dose exata e a passagem através do orifício do frasco ou seringa.

ten

são

de

cisa

lham

ento

(N

.m-2

)

velocidade de cisalhamento, (s-1)

ida

volta

A reopexia determina um comportamento que é exatamente inverso ao descrito para sistemas tixotrópicos. A reopexia

descreve o aumento da viscosidade durante o tempo de duração da tensão de cisalhamento. Sistemas reopéticos são

aqueles que apresentam um elevado teor de sólidos em suspensão (acima de 50%) ou sistemas defloculados. A

reopexia é um fenômeno no qual um sólido forma um gel com mais facilidade de quando é suavemente agitado

(cisalhado).

14


ida

voltate

nsã

o d

e ci

salh

amen

to

(N.m

-2)

velocidade de cisalhamento, (s-1)

15


APLICAÇÕES DA MECÂNICA DOS FLUIDOS

- Determinação de velocidades de escoamento em tubulações;

- Dimensionamento de bombas necessárias para transportas fluidos;

- Escolha de equipamentos adequados para formulação de preparações líquidas e semi-sólidas.

- Preparação de formas farmacêuticas com características adequadas de viscosidade e fluidez.

- Determinação das propriedades reológicas fornece dados a respeito da estabilidade de formas farmacêuticas.

16


EXERCÍCIOS

1. O que é viscosidade de um fluido?

2. Como podem ser classificados os diferentes fluido com relação ao seu comportamento frente a aplicação de uma

tensão de cisalhamento?

3. A 25oC a água tem densidade de 1,0 g.cm-3 e viscosidade de 0,865 cP e, seu tempo de escoamento em um

viscosímetro capilar é de 15 s. Para uma solução de glicerina a 50% o tempo de escoamento (medido no mesmo

aparelho) foi de 750 s. Se nesta temperatura a densidade da solução de glicerina é de 1,22 g.cm-3, qual a sua

viscosidade?

4. Uma esfera de vidro (r = 0,5 cm e = 920 kg.m-3) leva 2,0 s para percorrer 25 cm em um fluido contido em um

viscosímetro de Höppler. Sabendo que a densidade do fluido é de 1,26 kg.m-3, determine sua viscosidade. Considere g =

10 ms-2.

5. Mediu-se a viscosidade da água num viscosímetro de Ostwald a 20oC tendo-se obtido um tempo médio de 224 s

para 5 ensaios. Com uma medição semelhante para um óleo (r = 0,748 g.cm-3) obteve-se um tempo médio de

escoamento de 426 s. Qual a viscosidade do óleo sabendo-se que a densidade da água, a 20oC, é de 0,998 g.cm-3 e a

viscosidade 1,005 cP?

6. A tabela abaixo apresenta os resultados obtidos com relação ao comportamento reológico de dispersões de

CMC (carboximetilcelulose sódica) e HEC (hidroxietilcelulose) frente a esterilização.

PRODUTO (s-1) (dina.s-1)I II III

27,12 56,81 47,79 49,59CMC 67,80 116,32 100,99 105,50

135,60 195,66 174,02 183,94271,20 326,40 290,34 301,16

27,12 120,82 89,27 100,09HEC 67,80 199,27 163,65 177,63

135,60 277,71 252,92 255,17271,20 385,91 363,82 355,26

A dispersão I não sofreu tratamento de esterilização enquanto II e III foram tratadas com vapor sob pressão e fluente,

respectivamente. Com base nos dados da tabela acima e sendo a taxa de deformação (s-1) e a tensão de

cisalhamento (dina.s-2), qual o tipo de solução formada (pseudoplástica, newtoniana, dilatante) pela CMC e pela HEC?

Por que?

Operações mecânicas envolvendo sistemas sólidos granulares

Tamisação e análise granulométrica.

Principais equipamentos utilizados para divisão de sólidos e líquidos na Indústria Farmacêutica.

17


ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

As dimensões dos sólidos particulados consistem em um fator importante quando o objetivo é otimizar a produção de

medicamentos eficazes.

Quando se trata da determinação do tamanho de partícula de um sólido relativamente grande, é pouco freqüente

determinar mais do que três dimensões. Entretanto, se o material sólido é fragmentado e os fragmentos submetidos à

moagem, as partículas finas resultantes podem ser irregulares, com número de faces diferentes e, também, pode ser

difícil ou impraticável determinar mais do que uma única dimensão. Por muitas vezes costuma-se considerar essas

partículas como sendo de forma esférica, a qual pode ser caracterizada pelo seu diâmetro médio.

Diâmetros equivalentes

Quando uma partícula sólida é irregular, mais de uma esfera de diâmetro equivalente a esta partícula pode ser descrita.

1) Diâmetro da área projetada: baseia-se em um círculo de área equivalente ao da imagem da partícula sólida

projetada.

2) Diâmetro do perímetro: baseia-se em um círculo com o mesmo perímetro da partícula analisada.

3) Diâmetro de Ferret: é determinado a partir da distância média estabelecida entre duas linhas paralelas tangenciais

ao perímetro projetado da partícula.

4) Diâmetro de Martin: corresponde ao comprimento médio do segmento do perímetro projetado da partícula,

considerado como a fronteira que separa a partícula em duas áreas iguais.

Distribuição do tamanho das partículas

Um conjunto de partículas esféricas (ou com forma equivalente de uma esfera) é tido como monodisperso e suas

características podem ser descritas através do diâmetro equivalente.18


É importante lembrar que pós com características monodispersas não são encontrados na prática, sendo encontradas

partículas com um número elevado de diâmetros diferentes.

A distribuição de tamanhos de partícula pode ser representada graficamente na forma de um histograma.

Métodos para determinação do tamanho de partículas (Análise granulométrica)

Na determinação dos diâmetros equivalentes de uma partícula, com os quais caracterizamos o tamanho de uma

partícula de um pó, é necessário realizar a análise do tamanho da partícula por um ou mais métodos diferentes. A partir

de alguns critérios, esses métodos podem ser classificados em diferentes categorias, diferenciando a faixa

granulométrica, método seco ou úmido, manual ou automático e velocidade de análise. Alguns dos principais métodos

são descritos, resumidamente a seguir:

A – Tamisação: consiste na determinação do tamanho da partícula (diâmetro equivalente) através da passagem de uma

amostra, de massa conhecida, por um conjunto de malhas de aberturas conhecidas. As malhas podem ser bronze ou

aço inoxidável e constituem em barreira física à passagem do sólido. Os tamises são distribuídos em uma coluna

(geralmente 6 a 8 peneiras) com uma progressão de abertura da malha em um fator de variação de 2 ou 22, entre

diâmetros adjacentes. O material é colocado no topo da coluna (sobre o tamis de maior malha) e o conjunto submetido à

vibração mecânica.

Para que os resultados de uma determinada análise granulométrica sejam reprodutíveis é necessário operar em

condições bem definidas, que são descritas nas diferentes farmacopéias.

Técnicas alternativas: air-jet sieving (tamisação pneumática); tamisação a úmido automatizada.

B – Microscopia: consiste na determinação do tamanho da partícula por microscopia óptica através de imagens

bidimensionais das partículas, assumindo-se uma orientação aleatória (considerando o plano de distribuição mais

19


estável). Quando a na’lise é realizada por microscopia óptica convencional, utiliza-se uma tela de projeção com escala

relativa às dimensões das partículas sob análise.

Técnicas alternativas: microscopia eletrônica de varredura (MEV) – gera uma imagem tridimensional da partícula - e a de

transmissão (MET).

C – Contador eletrônica de partículas (Contador Coulter): determina o número de partículas e a dimensão das mesmas

em suspensão de eletrólitos, através da passagem da suspensão por um conjunto de eletrodos. O deslocamento de um

determinado volume de suspensão é feito através de uma linha de vácuo e, a passagem das partículas é determinada

pela variação na corrente elétrica (que também é função do volume da partícula).

Contador Coulter

D – Dispersão de luz laser: permite determinar o tamanho de partículas em suspensão em um líquido ou no ar, através

da dispersão ou interceptação da luz pelas partículas.

E – Método por sedimentação: baseia-se na determinação da velocidade de sedimentação em um meio fluido (água ou

ar).

Pipeta de Andreasen

Esta técnica tem aplicação reduzida, sendo necessária a aplicação de força centrífuga para pós muito finos.

20


Seleção de métodos de análise

A seleção do método de análise pode ser limitada pelo tipo de aparelhagem existente, mas, as limitações devem ser

determinadas apenas pelas propriedades das partículas do pó e pelo tipo de informação desejada (intervalo de

diâmetros, por exemplo).

Importância da determinação granulométrica

A determinação adequada do tamanho das partículas tem uma importância muito grande. Algumas delas são

relacionadas a seguir:

1) Determinação da velocidade de dissolução;

2) Homogeneidade e estabilidade de misturas de pós ou granulados;

3) Qualidade de comprimidos (uniformidade da dose, dureza, friabilidade, dissolução);

4) Estabilidade de suspensões líquidas ou pastosas (xaropes, poções, pomadas supositórios);

5) Biodisponibilidade de princípios ativos pouco solúveis administrados na forma sólida.

DIVISÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS POR AÇÃO MECÂNICA

Uma das principais aplicações da operação de redução de partículas é a de auxiliar no processamento eficiente de

partículas sólidas. A moagem de sólidos apresenta como principais vantagens:

Aumento da solubilidade de fármacos sólidos nos fluidos orgânicos;

Aumento a eficiência de extração e secagem de materiais úmidos;

Aumento da eficiência da mistura de materiais sólidos;

Disfarçar sabor desagradável;

Melhora a aparência de emulsões;

Facilitar o armazenamento através da redução do volume bruto.

A moagem, fragmentação ou cominuição baseia-se na propagação das fissuras realizadas sobre um material sólido,

iniciadas através da aplicação de uma força localizada. Esta operação resulta na formação de superfícies novas, isto é,

um aumento da área superficial. A facilidade com que um material irá se fragmentar depende da sua friabilidade ou da

plasticidade e das interrelações entre a iniciação e a propagação da quebra.

Outras propriedades de materiais sólidos que devem ser consideradas em uma operação de moagem são:

1) Tipo de material;

2) Dureza;

3) Taxa de umidade;

4) Sensibilidade ao calor;

5) Tamanho inicial e final das partículas;

6) Quantidade de material a ser tratada.

21


AUMENTO DA ÁREA SUPERFICIAL

Quando uma partícula uniforme tem seu tamanho reduzido até que seja obtido um pó fino, há um aumento considerável

da área superficial.

Muitas reações dependem da área superficial disponível para que possam ocorrer. O trigo, por exemplo, quando na

forma de grãos é relativamente estável, mas, caso seja moído até que se obtenha uma farinha este material torna-se

explosivo.

Considere o esquema abaixo:

Vp = p.Dp3 (volume da partícula)

Ap = 6.q.Dp2 (área da partícula)

NOVAS PARTÍCULAS

Onde:

Dp = diâmetro

p, q = fatores relacionados a forma

A razão Ap/ Vp é a área específica de uma partícula e é dada por:

A P

V P

6

dP

=

(equação 1)

rescrevendo a equação acima:

A P

6 V P

dP

=

(equação 2)

Para uma massa m de partículas de densidade p, o número de partículas pode ser escrito por:

número de partícu las = P V P

m

(equação 3)

Associando as equações 2 e 3 é possível determinar a área superficial total para uma amostra de massa m através da

equação a seguir:

22


A P6 m

PdP =

ENERGIA ENVOLVIDA EM UMA OPERAÇÃO DE MOAGEM DE SÓLIDOS

Inicialmente o sólido quando submetido a uma força sofre uma deformação elástica (Lei de Hooke) passando em

seguida por um ponto limite (ponto de ruptura), a partir do qual se deforma permanentemente. A partir daí, se a tensão

exercida sob a partícula do sólido continua o material é fragmentado sendo atingido o ponto de deformação irreversível.

Logo, para haver quebra das partículas deve-se exercer uma tensão maior do que a do limite de elasticidade.

Em uma operação de cominuição somente pequena parte da energia fornecida é efetivamente utilizada para reduzir o

tamanho de um material sólido (aproximadamente 2% da energia total fornecida). O restante da energia é dissipado de

várias maneiras como, por exemplo, deformações elásticas; fricção entre as partículas e entre as partículas e a câmara

de moagem; ineficiência da transmissão da energia e do motor; parda de material na câmara de moagem e perda de

energia por conversão em calor, vibração e ruído.

Uma forma diferencial generaliza a relação entre energia e tamanho de partícula desejado.

E =-kn

d

onde d é uma função do tamanho (que pode ser caracterizada pelo tamanho médio), n é um exponente.

De acordo com o valor de n, é possível obter as relações descritas abaixo.

Lei de Kick (n =1): A energia necessária para a redução de partículas é diretamente proporcional a razão de redução

d1/d2 onde d1 e d2 são os diâmetros médios do material antes e depois da moagem e KK é a constante de Kick (com

unidade de energia por massa).

E K K logd 1

d 2

=

Aplica-se a partículas que apresentam diâmetro equivalente maiores que 1m.

Lei de von Rittinger (n =2): A energia necessária para a redução da partícula é diretamente proporcional ao aumento

da superfície. Onde Si é a área superficial antes da moagem, Sn é a área superficial após a moagem e KR é a constante

de Rittinger (com unidade de energia por unidade de área).

E K R (S n - S i)=

23


Aplica-se a partículas que apresentam diâmetro equivalente menor que 1m (pós).

Lei de Bond (n =1,5): A energia necessária para a redução da partícula é diretamente proporcional à área superficial

de produto formado. Onde E1 é o índice de trabalho (expresso em energia por unidade de massa) que representa a

quantidade de energia para reduzir uma partícula de tamanho infinitamente grande até o diâmetro de 100 m. O índice

de trabalho para diferentes materiais pode ser determinado através dos testes de moagem e, considerado 1,3 vezes

maior para moagens realizadas a seco em relação ao valor para moagens a úmido.

E = E 1100

d2d 1

d 21 -

1/2

Aplica-se a partículas em situações onde as leis de Kick e Rittinger não são aplicáveis.

Quando se planeja um processo de moagem para uma determinada partícula, para calcular o gasto de energia é preciso

estabelecer a relação energética que melhor se ajuste a ele.

APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

Os resultados de uma análise granulométrica podem ser representados em tabelas ou também em gráficos (histograma)

EQUIPAMENTOS PARA REDUÇÃO DE PARTÍCULAS SÓLIDAS

Os equipamentos utilizados para moagem podem ser classificados quanto ao principal mecanismo de aplicação da força

necessária para a redução da partícula. Os mecanismos de divisão de partículas sólidas se dividem em compressão,

choque (impacto), atrito (arraste), cisalhamento (corte) e métodos de atrito e impacto.

É importante mencionar que mais de um mecanismo de fragmentação pode ocorrer em um mesmo equipamento.

Métodos por compressão

Dois rolos cilíndricos (moedores cilíndricos não canelados e canelados) que giram sobre seus eixos longitudinais, um por

controle direto e outro por ação do atrito com o material à medida que este passa pela fenda existente entre os dois

rolos.

Métodos por atrito

O moinho de rolos é constituído de dois a três cilindros de porcelana ou metal dispostos horizontalmente, onde material a

ser processado (ungüentos, pastas e suspensões) é arrastado e esmagado. A dimensão das partículas obtidas é

regulada através do afastamento dos cilindros (geralmente 20 m). Em um moinho de rolos liso, onde cada unidade

funciona a velocidades diferentes, há simultaneamente compressão e atrito.

24


Métodos por impacto

A redução por impacto pode ser alcançada em um moinho de martelos ou em um moinho vibratório.

O moinho de martelos é constituído por um conjunto de quatro ou mais martelos articulados fixados em uma haste

central, adaptada a uma câmara de moagem metálica fixa. Durante a operação, esses martelos se chocam contra o

material na câmara e quando atingem a granulometria adequada são eliminados através de uma malha. A velocidade

angular dos martelos (80 s-1) é suficiente para promover a quebra de maioria das partículas.

Moinho de martelos

Os moinhos vibratórios são constituídos por uma câmara de moagem cilíndrica ou esférica que contém em seu interior

por bolas aço ou porcelana (até 80% do volume da câmara). Durante a moagem, o conjunto é submetido a uma vibração

por um conjunto de molas e, pelo impacto repetido provoca a redução de tamanho. O material de granulometria

adequada deixa a câmara de moagem através de uma malha colocada na base do moinho. A eficiência dos moinhos

vibratórios é maior que a eficiência dos moinhos de bolas convencionais.

Moinho vibratório

25


Métodos por corte

Um moinho de facas é constituído por uma série de facas (2 a 12) dispostas uniformemente sobre um rotor horizontal,

girando a 200-900 rpm em uma câmara cilíndrica contendo outras lâminas estacionárias. No fundo da câmara há uma

malha que controla o tamanho do material a ser eliminado da zona de moagem.

As elevadas velocidades de corte dos moinhos de facas são úteis na granulação por via seca, na produção de partículas

de tamanho grosseiro destinadas a fabricação de comprimidos, assim como na preparação de drogas fibrosas (cascas,

raízes e frutos) destinadas à extração.

Moinho de facasMétodos que combinam impacto e atrito

Os moinhos de bolas são constituídos por um cilindro oco disposto horizontalmente de tal maneira que possa girar sobre

seu eixo longitudinal. Tais cilindros podem ter até 3 m de diâmetro, mas no âmbito farmacêutico, são utilizados

equipamentos de menor porte. Neste caso as esferas de aço ou porcelana ocupam de 30 a 50% do volume total da

câmara de moagem e são de tamanhos variados a fim de facilitar o atrito.

Moinho de bolas em funcionamento

A quantidade de material e a velocidade de rotação fatores importantes na utilização de um moinho de bolas.

26


Algumas das principais vantagens deste equipamento são:

1. A operação (por lote) se realiza em equipamento fechado;

2. Pode realizar simultaneamente a moagem e a mistura de certos materiais;

3. É o método de escolha para determinadas texturas de materiais.

Outro método de redução de tamanho por arraste é a moagem por energia fluida em moinho de energia fluida

(micronizador por ar comprimido ou moedor a jato). Este tipo de equipamento as partículas a serem pulverizadas são

levadas por uma corrente de ar de alta velocidade e se chocam contra as paredes da câmara de moagem (20 a 200 mm

de diâmetro) e entre si mesmas. A velocidade do ar causa uma turbulência que assegura a redução substancial do

tamanho das partículas por impacto e, em menor grau por atrito. Um classificador (ciclone) é acoplado ao sistema,

fazendo com que o material de granulometria superior a desejada permaneça na câmara de moagem; depois, as

partículas são carregadas pela corrente de ar que escapa do moinho.

Além dos moinhos de bolas e de energia fluida, existem outros métodos de cominuição que atuam pelo atrito e pelo

impacto das partículas. Como exemplo pode ser citado o moinho de pinos (moinho de dentes ou moinho de pontas) que

promove a moagem do material através de sua passagem entre duas placas metálicas paralelas (sendo uma fixa).

Moinho de energia fluida

Moinho de pinos

Seleção do tipo de moinho de acordo com as propriedades e o tamanho das partículas

Considerando um mesmo material de partida, cada tipo de moinho levará a obtenção de produtos com características

diferentes. O fim a que se destina um determinado pó irá exigir o controle adequado do grau de redução desejado,

entretanto, deve-se lembrar que este fator deve ser associado ao custo de sua realização.

Fri

áve

l

Bol

as,

vi

bra

ção,

ener

gia

fluid

a.

Bol

as,

vi

bra

ção,

ener

gia

fluid

a.

Bol

as,

ro

los,

pi

nos,

mar

telo

s, v

ibra

ção

.

Bol

as,

ro

los,

pi

nos,

mar

telo

s, v

ibra

ção

.

Ro

los,

alm

ofar

iz a

xial

,

mar

telo

s.

Ro

los,

mar

telo

s.

27

Apostila de Operações Unitárias I – 5º semestreA

bra

sivo

Bol

as, v

ibra

ção.

Bol

as,

vi

bra

ção,

rolo

s.

Ro

los.

Ad

eren

te

Bol

as, v

ibra

ção.

Bol

as, p

inos

.

Ro

los,

alm

ofar

iz

axia

l, m

arte

los.

Re

sist

ente

Bol

as, v

ibra

ção.

Bol

as, v

ibra

ção.

Bol

as,

vi

bra

ção,

ener

gia

fluid

a.

Bol

as,

vi

bra

ção,

rolo

s,

pin

os,

fa

cas

Bol

as,

rolo

s, p

ino

s,

mar

telo

s,

vibr

ação

,

Bol

as, v

ibra

ção.

Fac

as,

a

lmof

ariz

axia

l.

Alm

ofa

riz a

xial

, ro

los,

mar

telo

s.

Ro

los.

Du

reza

de

Mo

hrs

Pó

fin

o (

< 5

0 m

)

1 –

3 (

mol

e)

3 –

5 (in

term

ediá

rio)

5 –

10 (

duro

)

Pó

gro

sse

iro

(50

– 1

000

m)

1 –

3 (

mol

e)

3 –

5 (in

term

ediá

rio)

5 –

10 (

duro

)

Pó

mu

ito

gro

ssei

ro

(> 1

000

m)

1 –

3 (

mol

e)

3 –

5 (in

term

ediá

rio)

5 –

10 (

duro

)

28


EXERCÍCIOS

1) Para um material sólido o índice de trabalho (Wi) determinado em um moinho de bolas foi de 12,07 kWh/ton. Qual a

energia gasta para reduzir esse material de 1190 m a 149 m em um moinho de bolas? (assumir que a lei de Bond é

válida)

2) Uma amostra de 1,0 kg de açúcar foi processada em um moinho cujo motor tem potência de 5,0 hp de modo que

80% do material passa através de peneiras malha 500 e 88 m. O mesmo equipamento poderá ser utilizado se a

alimentação do moinho aumentar em 50% e se 80% do material moído passar através de peneiras malha 500 e

125 m? (assumir que a lei de Bond é válida)

3) Em uma análise de um sal por tamisação, foi verificado de 38% do material total passava através de uma malha de 7

mesh porém permanecia retida em uma malha de 9 mesh. Para a fração mais fina, foi observado que 5% passou através

de uma malha de 80 mesh, mas foi retida em uma malha de 115 mesh. Estime a área superficial das duas frações se

uma amostra de 5,0 kg do sal (p = 1050 kg.m-3) e o fator de forma () é 1,75.

4) Quais os métodos para a determinação do tamanho das partículas de sólidas?

5) A tamisação é uma operação unitária onde uma mistura de partículas de diferentes tamanhos é separada através da

passagem por uma série de peneiras (ou tamises). O sucesso desta operação pode ser comprometido pelo tamanho da

partícula e umidade do material. Como esses fatores podem afetar uma tamisação?

6) Determine o índice de mistura (M) para um misturador onde K igual a 3,5 x 10-3 s-1 e o tempo de operação é de 20

minutos.

29


DEFINIÇÃO DE MISTURA

A operação de mistura é a dispersão de dois ou mais componentes entre si quando colocados em contato íntimo em um

recipiente, levando a uma distribuição ao acaso dos mesmos. Uma mistura pode ser caracterizada de acordo com a

composição, densidade ou forma do material formado. A freqüência em que um componente ocorre em uma mistura é

proporcional a sua fração no conteúdo total da mistura.

A operação de mistura, entre dois ou mais componentes, estará completa quando a composição em qualquer ponto do

recipiente é igual a composição da amostra total.

A uniformidade de uma mistura é uma medida estatística de quanto uma composição real se desvia da média ideal e é

obtido a través da determinação do desvio padrão para uma série de amostras.

RESUMINDO

Mistura é uma operação que tem como objetivo tornar o mais homogênea possível uma associação de vários produtos

sólidos, pastosos, líquidos ou gasosos. Tem-se como resultado um material (mistura) onde a cada fração ou dose,

coletada ao acaso, contém os mesmos componentes nas mesmas proporções que a preparação total.

Esta operação unitária pode ser encontrada em diferentes etapas da produção de formas farmacêuticas, como por

exemplo:

1) Comprimidos, cápsulas, sachês e sistemas inaladores que contém pós secos requerem misturas de partículas

sólidas;

2) Pastas e suspensões necessitam de dispersão de partículas sólidas;

3) Emulsões e cremes requerem mistura de líquidos imiscíveis;

4) Poções (linctuses) requerem mistura de líquidos miscíveis.

30


Tipos de misturas

- Sólido + sólido.

- Sólido + líquido.

- Líquido + líquido.

Mecanismos de mistura de pós

Na mistura de pós é necessário que suas partículas tenham movimentação livre uma em relação às outras. Existem três

mecanismos principais de mistura de pós:

Mistura por convecção: de acordo com o equipamento utilizado, a convecção poderá ocorrer por inversão de uma

camada de material sob ação dos aparatos de mistura (lâmina, pá, etc). Logo, haverá a movimentação de grandes

quantidades de material de uma parte a outra do leito de mistura (leito pulvéreo).

Mistura por cisalhamento: como resultado das interações entre as partículas do material sólido, podem ser formados

planos de deslocamento. O movimento de planos de composições diferentes, um em relação a outro (iniciado por

convecção, por exemplo), irá resultar na mistura dos componentes. O mesmo pode ocorrer em misturadores de alto

cisalhamento ou de volteradura, nos quais a ação do misturados leva a formação de gradientes de velocidade dentro do

leito pulvéreo, fazendo com que uma camada deslize sobre a outra.

Mistura por difusão (ou dispersão): quando um pó é forçado a deslizar, sofre uma dilatação, isto é, o volume ocupado

inicialmente pelo leito torna-se maior. As partículas individuais migram (difundem) através do leito dilatado de pó (onde a

capacidade de fluidez e dilatação dependem da força de coesão das partículas), resultado em uma mistura aleatória.

A extensão na qual cada um desses mecanismos ocorre é uma função de muitas variáveis, entre as quais os tipos de

equipamento em uso e sua velocidade de operação, além das propriedades do fluxo dos pós que estão sendo

misturados.

Segregação dos componentes de uma mistura

A segregação é a separação dos diferentes materiais que formam a mistura. É de primordial importância evitar que

misturas de pós sofram segregação durante o manuseio, ou seja, durante o enchimento de máquinas ou no transporte

nas máquinas de compressão, encapsulamento ou enchimento.

A separação dos componentes de uma mistura de pós resulta da irregularidade das partículas dos materiais, quanto ao

tamanho, a forma e a densidade. A segregação pode ser aumentada se o leito de pó é submetido à vibração e as

partículas apresentam elevada fluidez.

Uma maneira de minimizar esta separação em formulações sólidas é através da adição de excipientes

farmacologicamente inertes. Este material deverá apresentar afinidade seletiva pelo componente ativo da mistura.

31


Tipos de misturas de sólidos

Misturas positivas: resultam da combinação de materiais como gases e líquidos miscíveis, que se misturam

espontaneamente por difusão de forma espontânea e irreversível (mistura perfeita ou ideal). Não é necessário o

fornecimento de energia para obter uma mistura perfeita quando o tempo é infinito. Entretanto, o fornecimento de energia

irá reduzir significativamente o tempo necessário para a realização desta operação.

Misturas negativas: são misturas onde se observa uma tendência à separação dos componentes, sendo necessária a

manutenção do fornecimento de energia para que os mesmos mantenham-se dispersos.

Misturas neutras: são preparações de comportamento estável, onde não é verificada a tendência à mistura espontânea

nem à segregação dos componentes (exemplos pós, pastas, ungüentos).

Fluidez de pós

Fluidez é a capacidade que um pó possui em fluir. Esta propriedade não é uma quantidade unidimensional, pois este

fluxo por vezes é bastante complexo e depende de várias características do pó. Por esta razão nenhum teste pode

quantificar a fluidez, que não pode ser expressa como um valor ou índice único. A fluidez resulta da combinação de

propriedades físicas do material que afetam seu fluxo e seu comportamento em equipamentos usados para sua

manipulação, estocagem ou processamento.

As características e propriedades específicas de uma carga de pó que afetam o fluxo e em princípio podem ser

determinadas através de testes são chamadas propriedades de fluxo. As principais propriedades de fluxo são:

- Densidade (compressibilidade);

- Forças de coesão (van der Waals, eletrostáticas, tensão superficial, fricção, entrosamento);

- Fricção na parede.

A fluidez é um fator importante para vários processos da indústria farmacêutica, entre os quais:

1) Transferência de pós através de equipamentos de grande porte (abastecedores de fluxo, bins, alimentador de

tambor, funil de alimentação de compressoras ou coletores de pós);

2) Estocagem de pós, que pode resultar em endurecimento no interior do recipiente (tambor, bin);

3) Separação de uma quantidade pequena de pó do volume total (antes da divisão em doses individuais - compressão,

encapsulamento e enchimento de frascos);

4) Mistura (função do tipo de misturador e do comportamento do fluxo do pó durante a operação);

5) Processos de compactação;

6) Fluidização seja por processos auxiliares ou por leito fluidizado, como granulação e secagem.

32


ÍNDICE DE MISTURA

Para os fabricantes de medicamentos é necessário monitorar os processos de mistura por algumas razões, entre as

quais:

A- Determinar o grau e/ou a extensão de mistura;

B- Acompanhar o processo de mistura;

C- Determinar o grau de mistura obtido quando se atingiu o nível adequado;

D- Avaliar a eficiência do misturador;

E- Estabelecer o tempo de mistura para um processo específico.

Em termos estatísticos uma mistura perfeita é uma mistura aleatória. O número de partículas de um determinado

componente (em amostras de mesma massa) é determinado ao acaso e, oscila em torno de um valor médio.

Se os materiais A e B (considerando partículas de mesmo tamanho) são completamente misturados entre si, o desvio

padrão ao fim da operação pode ser descrito como:

s r2 p (1 - p )

N

s02

N==

Onde: sr2 = desvio padrão da amostra completamente misturada; N = número total de partículas na amostra

O índice de mistura (M) pode ser definido pela equação:

(s02 - s2)

(s02 - s r

2)M =

onde s é o desvio padrão de amostras que se encontram em estágios intermediários.

CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS EM OPERAÇÕES DE MISTURA DE SÓLIDOS

A - Em formulações destinadas à mistura que possuam baixo conteúdo de componentes ativos é possível obter uma

mistura homogênea através da adição seqüencial de quantidades no misturador;

B - Garantir que o volume do pó no misturador seja adequado, pois o enchimento excessivo ou abaixo do especificado

pode reduzir a eficiência da operação;

C - O equipamento selecionado deverá apresentar mecanismo de mistura adequado para a formulação;

D - O misturador deverá ser projetado de tal forma que não haja perda de material, seja de fácil limpeza e permita a

descarga completa do produto;

E - Determinar o tempo de mistura adequado através da retirada e análise de amostras representativas em diferentes

intervalos de tempo de mistura;

F - Promover o aterramento adequado dos equipamentos e realizar a operação em ambiente com umidade relativa

superior a 40%.

33


MISTURA ENVOLVENDO SISTEMAS LÍQUIDOS

A mistura envolvendo líquidos é marcada pela viscosidade e pelo teor de sólidos envolvido no processo. Quando o sólido

é prontamente solúvel no líquido ou os líquidos apresentam baixa viscosidade, é possível conseguir uma mistura

homogênea e, quando os líquidos são viscosos ou o teor de sólidos presente na mistura é elevado, são obtidos materiais

pastosos e o grau de uniformidade é menor.

Mecanismos de mistura de líquidos

Os mecanismos mais importantes na mistura de líquidos são:

Mistura por turbulência: caracterizado por uma variação aleatória da velocidade das partículas quando são forçadas a

fluir de forma turbulenta (Re > 4000) sendo observada a formação de vórtices (redemoinhos).

Mistura por fluxo laminar: ocorre quando fluidos muito viscosos são misturados ou quando a agitação é suave. É

caracterizado pela tensão gerada na superfície dos líquidos a serem misturados.

Mistura por transporte bruto (bulk): é similar ao transporte por convecção discutido para sólidos e envolve o transpor de

quantidade relativamente grande do material no interior do misturador, por ação de pás, por exemplo.

Mistura por difusão: é similar ao transpor por difusão discutido para sólidos e ocorre nas regiões do misturados onde há

formação de redemoinhos.

CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS EM OPERAÇÕES DE MISTURA ENVOLVENDO LÍQUIDOS

Na mistura envolvendo líquidos é importante considerar alguns fatores:

A - Densidade, viscosidade e miscibilidade dos fluidos;

B - Solubilidade (sólidos);

C - Quantidade de energia fornecida pelo misturador;

D - Custo do equipamento.

O dimensionamento do consumo de energia em operações envolvendo líquidos é baseado em quantidades

adimensionais (número de Reynolds e de Froude) que definem uma quantidade chamada número de potência (Np).

Re =D2N

força de inércia/ força viscosa

força inércia/ força gravitacionalFr =DN2

g

34


Np = KReaFrb

Np =P

D5N3

Similaridade

Operação em escala laboratorial x operação em escala industrial (scale-up).

Re, Fr

Escala laboratorial

Re, Fr

Escala industrial=Diâmetro (DT) e altura (H) do tanque

Diâmetro do rotor (D)

Freqüência de agitação (N)

Consumo de energia (P)

P = nNpD5N3r

35


PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NA PREPARAÇÃO DE MISTURAS DE SÓLIDOS

A- Misturadores de volteadura

B- Misturadores por agitação

Misturador de parafuso helicoidal

36


C- Misturadores planetários

D- Misturadores sigma

E- Misturadores de hélice

37


F- Misturadores de pás

+ +

G- Misturadores estáticos

38


EXERCÍCIOS

1) Um equipamento, operando em batelada, mistura amido e um princípio ativo sendo a proporção inicial de cada

componente 40:60, respectivamente. Se a variância das composições das amostras, determinada em termos da fração

de lactose foi de 0,0823, após 300 s de operação, por quanto tempo os dois materiais terão de ser misturados até que a

variância da mistura seja de 0,02? Considere que o número de partículas em cada amostras é igual a 500.

2) Os mecanismos que podem ocorrer na mistura de líquidos são:

a) convecção, turbulência, fricção, difusão.

b) convecção, difusão, fricção, laminar.

c) cisalhamento, condução, turbulência, radiação.

d) turbulência, difusão, convecção, laminar.

e) turbulência, cisalhamento, radiação, laminar.

3) Corrija as afirmações abaixo referentes à operação de agitação:

a) A formação de redemoinhos ocorre quando fluidos muito viscosos são misturados ou quando a agitação é suave.

b) As chicanas são utilizadas com a finalidade de promover redemoinhos no interior do tanque de mistura.

4) Na mistura de líquidos em batelada podem ser utilizados os seguintes equipamentos:

a) misturador planetário, misturador em "V", misturador de duplo cone.

b) extrusora, misturador de duplo cone, misturador helicoidal.

c) misturador de pás, misturador de hélice naval, misturador de turbinas.

d) misturador helicoidal, misturador de fitas, misturador estático.

e) chicanas, misturador de hélice naval, misturador de turbinas.

39


5) Uma mistura é chamada de positiva quando a mesma ocorre espontânea e irreversivelmente. O mecanismo

operante neste caso é a difusão. Para este tipo de mistura é correto afirmar:

a) É necessário fornecer uma quantidade de energia muito grande quando o tempo de mistura é ilimitado.

b) O aumento da energia fornecida para realizar a mistura reduz significativamente o tempo de mistura.

c) Líquidos miscíveis não fornecem misturas positivas.

d) Misturas positivas são formadas preferencialmente por sólidos.

e) Suspensões, como a loção de calamina, são exemplos de misturas positivas.

6) A figura abaixo representa esquematicamente um tipo de elemento de agitação utilizado em operações de

mistura.

a) Qual o tipo de misturador indicado na figura?

b) Por que este equipamento não é recomendado para misturas sólido-líquido?

c) Quais os mecanismos de mistura desenvolvidos neste tipo de equipamento?

Elemento de mistura

7) O que é segregação de pós?

8) O que é fluidez de um sólido? Qual sua importância em indústria farmacêutica?

40


Operações mecânicas envolvendo sistemas sólido - fluido

Teoria da filtração.

Principais equipamentos utilizados para filtração na Indústria Farmacêutica.

Centrifugação. Principais equipamentos utilizados em centrifugação na Indústria Farmacêutica.

OPERAÇÕES MECÂNICAS ENVOLVENDO SEPARAÇÃO DE SISTEMAS SÓLIDO-FLUIDO

A separação de sólidos e líquidos, genericamente chamada de filtração, é definida como uma operação básica na qual

um componente sólido insolúvel de uma suspensão sólido-líquido é separado do líquido fazendo-se passar a suspensão

por uma membrana porosa (meio filtrante) que retém as partículas sólidas em sua superfície ou em seu interior ou

ambas as coisas de uma vez. A operação de filtração pode ser dividida em filtração, clarificação e centrifugação.

As duas principais razões para realização desta operação em processos farmacêuticos são:

- Remoção de partículas sólidas indesejadas, presentes em um líquido ou no ar;

- Recuperação do sólido quando este é o produto desejado, por exemplo, após uma cristalização.

FILTRAÇÃO

Filtrar consiste em separar mecanicamente as partículas sólidas de uma suspensão com auxílio de um leito poroso.

Quando se força a suspensão através de um leito, o sólido fica retido sobre o meio filtrante, formando um depósito que é

denominado torta e cuja espessura (e resistência à passagem do fluido) vai aumentando durante a operação.

Pode ser realizada por ação da gravidade (peso da suspensão), através de vácuo ou aplicação de pressão.

Algumas das aplicações desta operação são dadas a seguir:

- Melhoria da aparência de soluções (aspecto mais limpo);

- Remoção de partículas que possam ser nocivas em preparações oftálmicas;

- Recuperação de material sólido presente em suspensão;

- Extração de drogas vegetais;

- Esterilização de produtos líquidos ou semi-sólidos;

- Remoção de microrganismos.

Atualmente ainda é possível separar não só as partículas presentes em uma suspensão como também partículas em

solução (moléculas e íons) em função de suas dimensões. Dessa forma tem-se:

- Filtração para partículas de até 10 m;

- Microfiltração para partículas de 10 a 0,2 m;

- Ultrafiltração para partículas de 0,2 a 0,002 m e

- Osmose reversa para partículas de 0,002 a 0,0003 m.

41


Meio filtrante

O meio filtrante é um material permeável constituído de metal (alumínio, aço inoxidável, metais sinterizados), fibras

vegetais (algodão, celulose) ou animais (lã) através do qual haverá a passagem do filtrado com retenção das partículas

sólidas.

A escolha do meio filtrante irá depender de características do filtrado, do sólido a ser recolhido e de características da

própria operação em si. A seleção do meio filtrante pode ser direcionada através das seguintes questões:

- Qual o tipo de suspensão a ser filtrada?

- Qual o tamanho do poro necessário para reter a menor partícula?

- Qual a vazão desejada?

- Qual a pressão de operação?

- Qual a temperatura de funcionamento?

- Qual o processo desejado?

- Qual o volume de filtrado obtido?

- Qual a limitação de tempo (casa exista)?

Uma característica do meio filtrante importante para a operação de filtração é a porosidade (), que é a relação entre o

volume total dos espaços vazios e o volume aparente da rede. Esta fração de vazios representa o espaço disponível

para a passagem de filtrado.

Auxiliares de filtração

Muitas vezes o meio filtrante é recoberto com materiais de pré-revestimento, chamados auxiliares de filtração que se

destinam a colaborar na retenção dos sólidos presentes na suspensão, facilitar a descarga da torta e aumentar a vazão

de filtrado.

Isto é necessário quando os sólidos em suspensão são muito finos (até 40 m) e/ ou formam uma torta compressível

(que se comporta como uma esponja).

Estes materiais são partículas sólidas inertes e não compressíveis que evitam o fechamento das aberturas dos filtros.

Algumas características importantes dos auxiliares de filtração são dadas abaixo:

a) Possuir estrutura que forme um resíduo permeável.

b) Ter tamanho adequado para reter as partículas do sólido em suspensão.

c) Permanecer em suspensão no líquido.

d) Ser inerte frente ao sólido e ao filtrado.

Sílica-gel, terras diatomáceas e areia fina são exemplos de materiais utilizados como auxiliares de filtração. Geralmente

recomenda-se o uso de 1 a 2 kg de auxiliar por kg de sólidos em suspensão, entretanto, a quantidade ideal que deve ser

determinada para cada caso. De maneira geral pode-se dizer que em quantidades pequenas aumentam o número de

ciclos, e quantidade maiores aumentam a perda de carga através da torta sem remover os sólidos.

42


A fim de se recuperar o filtrado adequadamente, obter uma torta com pureza adequada, recomenda-se que seja

realizada a lavagem da torta (geralmente com água) ou a passagem de ar através da mesma a fim de retirarem-se

traços de filtrado.

Operações não estéreis e estéreis

Nas filtrações não estéreis é importante manter-se um grau de limpidez do filtrado que é uma medida da eficiência da

operação. Geralmente o objetivo é eliminar as partículas de até 3 a 5 m de tamanho. As operações estéreis visam

também a remoção de microrganismos que é conseguida através da utilização de filtros de membrana com aberturas de

0,22 a 0,45 m.

Teoria da filtração

Como mencionado anteriormente, característica das partículas sólidas e do filtrado são importantes na operação de

filtração, pois a relação entre elas irá definir o tipo de força necessária para realizar a separação.

Quando a suspensão a ser separada em sólido e líquido atravessa o meio filtrante, três etapas são identificadas:

1) Inicialmente, quando as primeiras partículas do sólido atingem o meio filtrante, formam uma capa que reduz a

superfície filtrante;

2) Com o tempo a espessura desta capa aumenta sendo formada a torta;

3) O conjunto torta + filtro forma um meio que oferece uma resistência adicional à passagem do líquido.

m eio fi ltrante

fi ltrado

torta}

pressão do ar

vácuo

Filtração em funil de Buchner: formação da torta e utilização de auxiliares de filtração

Para manter a velocidade de passagem da suspensão, o líquido deverá vencer a resistência do meio filtrante e da torta,

sendo necessária a aplicação de pressão. A equação que exprime a velocidade de filtração através de um meio filtrante

é:

velocidade de filtração =força motriz

resistência ao fluxo

43


Onde a força motriz para a filtração é a diferença de pressão entre as faces do filtro e a velocidade (razão de filtração) é

dada em volume de filtrado por unidade de tempo.

A razão de filtração em dimensões [V3/t] é equacionada através da equação de Darcy dada por:

KAPL

V

t=

onde: A = área disponível para a filtração (m2); P = débito de pressão no meio filtrante (Pa); = viscosidade do fluido (Pa.s); L = espessura do meio filtrante (m); K = permeabilidade da torta e do meio filtrante (m2).

K e3

5 (1 - e)2 S 2=

Alguns fatores devem ser considerados quanto a eficiência de filtração, entre os quais:

1) Aumento da pressão sobre o meio filtrante aumenta a velocidade de escoamento exceto quando o sólido em

suspensão é compressível.

2) Quanto maior a área superficial menor a resistência à filtração, logo maior a velocidade de filtração.

3) A velocidade de escoamento é inversamente proporcional à viscosidade do líquido e a quantidade de material

depositado sobre o meio filtrante.

4) A espessura da torta é inversamente proporcional à velocidade de filtração;

5) Quanto menor o tamanho das partículas do sólido em suspensão, maior a resistência a passagem do filtrado.

Equipamentos de filtração

Uma filtração em escala industrial deve possibilitar uma velocidade de operação, visando minimizar o custo de produção,

ter preço acessível e funcionamento barato, ser de fácil limpeza e manutenção, resistente a corrosão e capaz de filtrar

grandes quantidades de produto.

A escolha de um equipamento para realizar uma separação sólido-líquido irá depender de alguns fatores entre os quais:

1. Tipo de força necessária para a separação (vácuo, gravidade, pressão);

2. Tipo de suspensão a manusear;

3. Regime de funcionamento (batelada ou contínuo);

4. Volume a ser produzido;

5. Possibilidade de lavagem da torta;

6. Custos (manutenção, mão de obra, reposição de peças, depreciação).

FILTROS POR GRAVIDADE

Filtrações que se realizam a pressão ambiente são de pouca utilidade em escala industrial devido a sua lentidão, e

geralmente este tipo de operação é aplicada no tratamento de água. Entretanto, em escala laboratorial filtros por

44


gravidade são baratos e muito utilizados na recuperação de volumes pequenos, onde a razão de filtração não é

importante.

FILTROS DE PRESSÃO

Operam a pressões superiores a atmosférica.

A suspensão é bombeada através do meio filtrante.

A pressão pode ser constante durante a operação ou ser aumentada gradualmente a fim de se manter o fluxo

adequado.

Filtro prensa de placas e quadros

A - Conjunto de câmaras de filtração verticais constituídas de quadro metálico oco (por onde a suspensão é

alimentada) e por uma placa recoberta em ambas as faces pelo meio filtrante. As dimensões utilizadas para as placas

variam de 15 cm a 1,5 m de lado e de 0,5 a 1,5 cm de espessura, para os quadros a espessura varia de 0,5 a 20 cm.

B - Podem ser utilizadas de 10 a 100 superfícies filtrantes de uma só vez de acordo com as características do

material a ser filtrado.

C - A torta obtida pode ou não ser lavada após a filtração por um líquido de lavagem, sendo os filtros utilizados para

esta operação chamados lavadores ou não-lavadores.

Filtro prensa (esquema)

Vantagens Desvantagens

Montagem simples Custo elevado (mão-de-obra)

Facilidade para visualizar vazamentos Operação intermitente

Manutenção simples Operação demorada (lavagem da torta)

Ocupa pouco espaço

Filtro de discos

A - Conjunto de placas horizontais (meio filtrante) montadas verticalmente dentro de um recipiente cilíndrico e que

permitem o deslocamento livre do líquido.

45


B - Operam por lote ou continuamente.

C - Aplicam-se comumente às indústrias de processos de química fina como antibióticos, pesticidas ou pigmentos,

quando a carga de impurezas insolúveis é baixa, o produto desejado é a torta.

D - A lavagem neste equipamento é bastante eficiente e a umidade final obtida é baixa.

E - Os filtros de placas horizontais também são bem aceitos no manuseio de materiais inflamáveis, tóxicos e

corrosivos.

F - Os tamanhos do filtro podem variar, mas geralmente a área máxima é 60 m2 e são projetados para operar a uma

pressão de 6 bar (6 atm).

Filtro de discos horizontais


Remoção da pilha de pratos é mais simples Necessidade de um pé-direito alto na edificação

Bom apoio para a torta formada Lacre é complexo

São usadas em aplicações com tortas espessas e

pesadas

Requer monitoramento preciso da pressão dentro do

vaso

46


Filtros de cartucho

A - São filtros onde meio filtrante é um tubo constituído de material polimérico (PVC, PTFE, nylon) posicionado

verticalmente em relação à saída de filtrado.

B - Os filtros de cartucho podem ser utilizados em operações de clarificação e esterilização, purificação e

desmineralização de água.

C - Possuem grande área filtrante.

D - Apresentam vantagens quanto a capacidade de filtração e a facilidade de manutenção, entretanto, variações de

pressão no meio filtrante de acordo com a concentração da suspensão e entupimento da membrana filtrante podem

reduzir a eficiência desta operação.

FILTROS DE VÁCUO

São filtros de funcionamento contínuo, indicados para operações que requerem filtros de grande capacidade.

A saída do filtrado, a lavagem, a drenagem do filtrado e a descarga da torta são realizadas simultaneamente.

Normalmente operam a vácuo, mas podem ser operados sob pressão.

Filtro de tambor rotativo (Filtro Oliver)

A - Tambor cilíndrico que gira a baixa velocidade (0,1 a 2 rpm) em torno de um eixo longitudinal e encontra-se

conectado a uma bomba de vácuo central.

B - Sua superfície é dividida em pequenos compartimentos, recoberta pelo meio filtrante.

C - A medida em que o tambor é submerso na suspensão a filtração é realizada e o filtrado é conduzido para fora to

tanque de suspensão.

D - A torta após seca é lavada e raspada da superfície do tambor.


Funcionam automaticamente São caros

Ocupam pouco espaço Mais adequados para a separação de sólidos que se

desprendem facilmente do meio filtrante.

Possuem alta capacidade de filtração

Filtro de tambor rotativo ou Filtro Oliver

47


CENTRIFUGAÇÃO

A força centrífuga pode ser utilizada para promover a força motriz necessária para realizar uma separação sólido-líquido

ou líquido-líquido.

Se uma partícula de massa m, gira em uma centrífuga de raio r, a uma velocidade v, há uma força centrífuga F atuando

sobre esta partícula igual a mv2/r. Esta mesma partícula também encontra-se sob ação do campo gravitacional, sendo

atraída a uma intensidade G dada por mg, onde g é a aceleração de gravidade.

O efeito centrífugo (C) é dado pela razão entre estas duas forças F/G, ou seja, v2/gr.

Este tipo de separação é útil quando as partículas em suspensão não precipitam facilmente (diferença de densidades

entre o sólido em suspensão é o líquido é pequena) e a operação demoraria muito tempo para ocorrer naturalmente. A

aplicação de uma força centrífuga pode acelerar a separação e irá depender da densidade do sólido, da velocidade de

rotação e do raio da centrífuga. Este tipo de separação é utilizado a mais de 100 anos, desde a invenção da centrífuga

por De Laval com o objetivo de separar a gordura do leite.

Esquema centrífuga

EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA CENTRIFUGAÇÃO

De um modo geral, as centrífugas podem ser divididas em centrífugas de filtração e centrífugas de sedimentação. A

realização de testes preliminares de peneiramento (ou sedimentação) pode indicar rapidamente o tipo de equipamento a

ser utilizado em uma separação por centrifugação.

Em uma operação de filtração são utilizadas centrífugas de cestos perfurados e na sedimentação são utilizados

recipientes de paredes sólidas, onde sob a ação da força centrífuga ocorre a sedimentação das partículas em direção às

paredes.

Separação líquido-líquido

Centrífuga de Discos (clarificadora / sedimentadora): A centrífuga do tipo com rotor de discos com vaso sólido opera a

velocidades de 3 mil a 20 mil vezes a gravidade e proporciona um sistema de clarificação contínuo que é satisfatório

para materiais com um conteúdo de sólidos de 1 a 2% ou menos. É projetada para separação sólido/líquido ou duas

fases líquidas em base contínua. Os sólidos sedimentam na parede do vaso e são descarregados manualmente ou

automaticamente por aberturas intermitentes do vaso. A pilha de discos aumenta grandemente a área efetiva de

48


sedimentação ou clarificação, e as fases líquida e sólida movem-se para cima ou para baixo na superfície dos discos. O

líquido descarrega através de um ou mais discos

Centrífuga de discos clarificadora Centrífuga de discos com descarga por bocais

Centrífuga Tubular: este tipo de centrífuga consiste em um tubo

sólido fechado em ambas as extremidades, e que normalmente é

alimentado com dois líquidos de densidades diferentes, por uma

entrada no fundo. A fase mais pesada se concentra contra a

parede do cilindro, enquanto a fase mais leve flutua sobre ela. As

duas fases são separadas por meio de um defletor que as

descarrega em dois fluxos distintos. Se a alimentação do

processo for do tipo líquido/sólido ou líquido/líquido/sólido, faz-se

necessário uma limpeza regular mas, se não há a presença de

sólidos suspensos, o processo pode ser contínuo

Centrífuga de câmara tubular (tipo Sharpless)

.

49


ESTUDO DE CASO: Principais operações unitárias envolvidas na produção de formas farmacêuticas sólidas.

Formas farmacêuticas sólidas como cápsulas e comprimidos são empregadas na administração oral de fármacos.

Algumas vantagens de suas utilizações incluem a facilidade de manipulação, administração e identificação. A

estabilidade desta formas farmacêuticas (quando comparadas com as preparações líquidas), conseguida graças à

ausência de água, permite uma conservação prolongada. Neste capítulo serão analisadas algumas das principais

operações unitárias envolvidas na formulação de comprimidos.

Os comprimidos constituem uma das formas farmacêuticas mais utilizadas. São preparações sólidas que contém

princípios ativos, preparados com o auxílio de adjuvantes (excipientes), obtidos por aglomeração de um volume

constante de partículas. Formulações farmacêuticas na forma de comprimidos apresentam uma redução da área

superficial devido aos processos de granulação e compressão. Podem se apresentar na forma revestida e não-revestida,

além das formulações especiais (efervescentes, liberação modificada, mastigáveis, hipodérmicos, sublinguais, etc).

A granulação tem por objetivo transformar pós (na forma cristalina ou amorfa) em agregados sólidos (granulados),

sendo uma das operações mais importantes na formulação de formas farmacêuticas sólidas. De acordo com a utilização

os grânulos podem apresentar diâmetros que variam de 0,2 a 4,0 mm mas, na maior parte dos casos (na formulação de

comprimidos e cápsulas) o diâmetro oscila entre 0,2 e 0,5 mm. Os granulados possuem algumas características

importantes que tornam vantajosas sua utilização:

- Diminuição da segregação em uma mistura de pós: devido às irregularidades existentes entre os pós que são

misturados (densidade, tamanho de partícula, forma) partículas finas ou mais densas tendem a se depositar no fundo do

equipamento de mistura e, partículas menos densas ou maiores tendem a ocupar a parte superior do equipamento de

mistura. Em um grânulo, todos os componentes da mistura são distribuídos homogeneamente, isto é, não há

segregação.

- Otimização das propriedades de fluxo: as propriedades de fluxo de pós são prejudicadas quando as partículas

apresentam diâmetros muito pequenos, formas irregulares e propriedades de superfícies (forças de atração entre as

partículas) intensas.

50


- Melhorar características de compactação: a granulação torna a compactação mais fácil e produz comprimidos mais

resistentes. Alguns pós são de difícil compactação mesmo quando são adicionados agentes aglutinantes.

- Redução da formação de poeiras: esta vantagem é importante especialmente quando há manipulação de materiais

que apresentam toxicidade. É importante que o granulados obtidos sejam resistentes à ação mecânica e não sejam

friáveis (não se quebrem facilmente).

- Menor volume ocupado: grânulos apresentam maior densidade que a mistura de pós, por isso ocupam menor

volume por unidade de peso.

Logo, o granulado ideal deve possuir:

1. Forma e cor mais regulares possível;

2. Distribuição granulométrica estreita;

3. Menos de 10% de partículas primárias livres (pós) de baixa granulometria;

4. Boa fluidez;

5. Umidade (não menos que 3%);

6. Resistência mecânica adequada;

7. Solubilidade em água ou nos fluidos orgânicos.

A obtenção de granulados pode ser realizada por via seca ou por via úmida (onde há a utilização de um aglutinante

líquido). Além do princípio estão presentes no grânulo agentes desintegrantes (auxiliam na dissolução no meio líquido),

diluentes (auxiliares para a manutenção do peso e da forma) e os aglutinantes (promovem a ligação entre as partículas e

podem ser sólidos ou líquidos).

Granulação a seco: aplica-se a materiais que não são resistentes à umidade (misturas que contém um carbonato e

um ácido orgânico sólido), são sensíveis ao calor ou quando são muito solúveis nos líquidos de molhagem. Neste tipo de

granulação as partículas primárias (pós) são agregados uns aos outros por ação de uma pressão elevada. A formação

dos grânulos é garantida pela adição dos aglutinantes pulvéreos como pro exemplo celulose microcristalina (CMC),

lactose, dextrose, sacarose, sulfato de cálcio, poligol 4000 e trifosfato de cálcio.

A granulação por via seca possui três etapas essenciais:

1. Compactação: é a agregação das partículas primárias nos chamados compactos. A ação de forças

intermoleculares, em especial as forças de van der Waals são de fundamental importância para a formação desses

agregados. A compactação pode ser realizada em compactadores ou através da passagem do material em pó entre dois

rolos.

51


Esquema de um compactador: a) Allexanderwerk; b) Hutt

2. Trituração ou cominuição: etapa onde são efetivamente formados os grânulos. O compacto é triturado em moinhos,

granuladores rotatórios, oscilantes ou granuladores tamisadores. O tipo de equipamento escolhido irá determinar as

características do granulado obtido.

3. Tamisação ou calibração: permite a seleção dos grânulos com dimensões uniformes dentro de uma faixa

granulométrica desejada. Defeitos observados na distribuição do tamanho dos granulados podem causar alterações na

escapa seguinte de transformação e na qualidade do produto. O material seco de tamanho inadequado pode ser

reaproveitado no processo.

Esquema de uma granulação por via seca indicando as principais operações unitárias envolvidas

fárm acoadjuvante

com prim ido

tam isação aglom erado

calibração

lubrificantecom pressão

m oagem

m istura

m istura

52


Granulação por via úmida: compreende a formação de uma massa úmida a partir das partículas primárias

utilizando-se um líquido de granulação (geralmente água, um álcool ou uma mistura de ambos) que dissolva

ligeiramente o pó. Um aglutinante (gelatina, amido, gomas, pectina, dextrina, CMC) por ser dissolvido pode ser

incorporado a este líquido de granulação, ou adicionado à mistura de pós, para garantir a adesão entre as partículas

quando o granulado estiver seco.

A granulação por via úmida apresenta como principais etapas:

1. Umidificação: consiste na adição do líquido de granulação ao pó seco. Consiste em uma operação de mistura

sólido-líquido, onde o teor de sólidos é elevado. Logo são utilizados equipamentos que promovam uma elevada tensão

de cisalhamento durante a mistura da massa úmida visando garantir a homogeneidade (misturadores em sigma,

planetários, nauta)

2. Granulação: o método tradicional consiste na passagem da massa úmida através de uma matriz perfurada (tamis)

produzindo os grânulos úmidos. Granuladores rotatórios podem ser utilizados com esta finalidade.

Esquema de um granulador oscilante ou rotatório

3. Secagem: o granulado úmido é submetido à secagem por diferentes métodos (secagem em leito fluidizado,

secagem em bandejas).

Esquema de uma granulação por via úmida indicando as principais operações unitárias envolvidas

fárm acoadjuvante líqu ido s

co m prim ido

tam isação grânulo saglo m erado

secagemcalibração

lubrificanteco m pressão

m istura

m isturam istura

m oagem

53


Outros tipos de equipamentos que realizam simultaneamente a molhagem e a granulação (misturadores/ granuladores)

da massa ou ainda, a granulação e secagem do material são utilizados atualmente:

Granulador Collete-Gral

Granulador Diosna ou Fielder (além da granulação o material pode ser seco por uma corrente de ar)

54


Granulador de leito fluidizado

A grande vantagem na utilização deste tipo de equipamento está na redução do número de manipulações que o material

sofre.

Granulador single pot Granulador de leito fluidizado

55


Granulador de leito contínuo Instalação para produção de granulados

Esquema de um granulador por fluidização em spray drying (FSD)

56


Extrusão/ esferonização

Este processo dá origem a pellets e esferas de tamanho uniforme destinados à produção de fármacos de liberação

controlada. Sua grande vantagem em relação aos demais métodos é a possibilidade de incorporar grandes quantidades

de fármacos sem produzir partículas grandes. As principais etapas envolvidas são:

- Mistura seca dos componentes (garantir a homogeneidade do material pulvéreo);

- Umidificação da massa;

- Extrusão1 (obtenção de partículas extrusadas de tamanho uniforme);

- Esferonização (transformação do material extrusado em partículas esféricas);

- Secagem (redução do conteúdo de umidade);

- Tamisação2 (seleção de uma faixa de tamanho de partículas).

1 ver equipamento para a redução de partículas. 2 esta operação é opcional

Esquema de um esferonizador

A extrusão/esferonização é uma técnica versátil para a obtenção de pellets esféricos entretanto, quando comparada às

demais técnicas de granulação por via úmida, é um processo mais laborioso e por isso tem seu uso limitado a obtenção

de partículas esféricas ou quando outras técnicas de granulação não são aplicáveis.

Compressão

Consiste na aproximação forçada de partículas (grânulos), formando uma entidade sólida, porosa e de geometria

determinada. A compressão é realizada em uma matriz pela ação de punções (uma superior e outra inferior) resultando

na redução do volume final do material.

São conhecidos dois tipos de equipamentos para compressão: as máquinas excêntricas (ou alternativas) – possuem

uma única punção – e as rotativas ou rotatórias.

57


Os principais componentes de uma máquina compressora são:

1. Reservatório de distribuidor: garantem a alimentação do granulado e sua distribuição nas matrizes.

2. Punções e matrizes: conjunto que define o tamanho e a forma do comprimido.

3. Guia: orienta o movimento das punções.

4. Sistema de controle: realiza o controle de parâmetros da compressora de acordo com as especificações desejadas

para o comprimido (dureza e peso por exemplo).

Revestimento

O revestimento tem por objetivo aplicar sob a superfície externa de um comprimido um material (resinas, açúcares,

plastificantes, ceras, corantes, etc) que lhe confira propriedades e benefícios em relação à forma não-revestida tais

como:

- Mascarar o sabor ou odor desagradável;

- Proteção dos princípios ativos à ação do ar e da luz;

- Prevenir incompatibilidades;

- Tornar fácil a identificação através do uso de corantes;

- Melhor aparência torna melhor a aceitação (venda);

- Torna operação de enchimento e de acondicionamento mais fáceis.

- Utilizados para a liberação controlada ou entérica (sistemas multiparticulados).

Embalagem ou acondicionamento

A função do acondicionamento é dar ao medicamento é promover a conservação aumentando o tempo de vida útil dos

mesmos. A embalagem deve ser econômica, dar proteção em relação a fatores ligados ao clima (calor, umidade,

luminosidade) e aqueles de origem biológica, física e química. Deve identificar adequadamente o produto e contribuir

tanto para a sua praticidade quanto para a sua aceitação.

QUESTÕS PARA ESTUDO DIRIGIDO

1) Qual o objetivo da operação de filtração?

2) Como podem ser divididos os diferentes tipos de filtração quanto à força motriz?

3) Analisando-se a equação de Darcy, qual o efeito da variação dos seguintes parâmetros na vazão de filtrado (para

cada caso justifique sua resposta):

a) Aumento da área superficial do meio filtrante.

b) Diminuição do débito de pressão.

c) Aumento da temperatura.

4) Qual o objetivo da filtração esterilizante? Cite exemplos de sua utilização.

58


5) Cite três fatores que devem ser considerados na escolha de um equipamento de filtração.

6) O que é porosidade de um meio filtrante?

7) O que é um auxiliar de filtração? Cite exemplos.

8) O que é um filtro de cartucho? Cite exemplos de sua utilização.

9) Esquematize um filtro de discos e explique resumidamente seu funcionamento.

10) O que é granulação? Como esta operação pode ser realizada?

11) Quais as principais operações unitárias envolvidas na produção de granulados por via seca? (ver esquema)

12) Quais as principais operações unitárias envolvidas na produção de granulados por via úmida? (ver esquema)

13) Deseja-se preparar um granulado para utilização em comprimidos efervescentes. Sabendo-se a formação de

bolhas (liberação de CO2) em um comprimido efervescente deve-se a presença de um ácido orgânico fraco e um

bicarbonato, em meio aquoso, este granulado poderia ser preparado por via úmida?

14) Cite três vantagens da utilização de granulados ao invés de pós na preparação de formas farmacêuticas sólidas.

15) A granulação em si é uma operação muito complexa pois envolve muitas etapas, algumas muito delicadas. A

compressão direta (CD) é o processo ideal para produção, em escala industrial de medicamentos. É adequada para

substâncias que possuem fluxo livre, propriedades de coesão e que possibilitam ser compactadas diretamente.

Lembrando-se que a mistura deve ser homogênea para a preparação de formas farmacêuticas sólidas, responda:

a) Qual o principal inconveniente que deve ser evitado na CD quanto à mistura de sólidos?

b) Quais os fatores que devem ser considerados a fim de evitar este inconveniente?

59

Documents

Apostila operações i