Água Ultra Pura: Características e Aplicações
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É fácil pensar que a água que sai das nossas torneiras pode ser usada em qualquer lugar. Embora a água potável fornecida por um município seja tratada e mantida em padrões específicos de segurança e saúde, ela geralmente contém impurezas que podem ter um impacto significativo em certos processos de fabricação e produtos finais.
A água encontrada na natureza em seu estado natural possui uma série de impurezas. A quantidade e o tipo dessas impurezas variam de acordo com o local de obtenção da água e podem ser classificadas em 5 tipos:
- Sólidos suspensos;
- Compostos orgânicos dissolvidos;
- Compostos inorgânicos dissolvidos;
- Microrganismos;
- Gases dissolvidos.
A água comum é uma mistura bem conhecida de suspensão e íons e também contém proteínas, álcoois, cloraminas, resíduos de pesticidas e detergentes.
A água normalmente contém gases. O excesso de CO2 pode ser dissolvido para formar H2CO3 e, portanto, diminui o pH da água. Os microrganismos vivos na água são bactérias, fungos e algas.
A necessidade da remoção dessas impurezas vai depender de onde a água será utilizada e o grau de pureza necessário irá determinar os diferentes tipos de tratamento para adequar às classificações da água.
Basicamente há 5 tipos de águas utilizadas em laboratórios e indústrias: água potável, água reagente, água purificada, água para injetáveis e água ultrapura.
A água potável é o ponto de partida para a produção dos demais tipos de água. Ela é obtida a partir do tratamento da água retirada de mananciais e segue as especificações determinadas pela Portaria 2914 do Ministério da Saúde que detalha os requisitos de potabilidade da água para consumo humano.
Produzida a partir da água potável por um ou mais processos como filtração, destilação ou deionização, a água reagente é geralmente utilizada na limpeza de materiais e equipamentos e também no abastecimento de equipamentos como autoclaves e banho-maria. Deve atender às especificações estabelecidas na literatura apropriada.
Produzida a partir da água potável ou da água reagente, a água purificada é obtida por uma combinação de processos como múltipla destilação, osmose inversa, eletro-deionização e ultrafiltração, para atender às especificações apropriadas. É geralmente utilizada no preparo de soluções reagentes, meios de cultura, diluições, tampões, análises clínicas, fabricação de medicamentos e cosméticos e outros.
Mais uma das classificações, a água para injetáveis atende aos requisitos químicos da água purificada. Exige controle de endotoxinas, partículas e esterilidade. É utilizada como solvente ou veículo de injetáveis e na preparação de produtos farmacêuticos parenterais, princípios ativos de uso parenteral, produtos estéreis e na limpeza de equipamentos usados para preparação destes produtos.
A água ultra pura é requerida em aplicações mais exigentes, principalmente em laboratórios de ensaios, para diluição de substâncias de referência, em controle de qualidade e na limpeza final de equipamentos e utensílios utilizados em processos que entrem em contato direto com a amostra que requeira água com esse nível de pureza. É ideal para métodos de análise que exigem mínima interferência e máxima precisão e exatidão.
Água ultra pura para uso industrial
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Existem várias tecnologias disponíveis para atender aos rígidos padrões de água de alta pureza em diferentes setores industriais.
Os componentes típicos de um sistema de purificação de água incluem o seguinte:
- Carvão ativado – A água é filtrada através do carbono para remover o material orgânico dissolvido e o cloro;
- Filtragem de partículas – A água é filtrada através de uma barreira física, removendo partículas e microrganismos;
- Ultrafiltração (UF) – Os filtros de membrana removem partículas, bactérias e patógenos extremamente pequenos;
- Osmose inversa – A água é pressionada através de uma membrana semi-permeável na direção oposta ao fluxo natural com força suficiente para exceder a pressão osmótica, rejeitando sólidos dissolvidos;
- Troca Iônica – As resinas removem impurezas iônicas da água e são regeneradas através de um processo químico reversível;
- Eletrodeionização – Combina troca iônica e membranas seletivas de íons com corrente direta para remover impurezas iônicas sem a necessidade de ácidos e produtos químicos cáusticos;
- Luz ultravioleta (UV) – Bactérias, vírus e protozoários são expostos à luz UV, danificando seu DNA e tornando-os inativos.
Diferentes indústrias têm regulamentos específicos a seguir para garantir que a água ultrapura atenda às suas necessidades. Como cada aplicação é única, um sistema de purificação de água pode incluir uma única tecnologia ou uma combinação de várias tecnologias para alcançar os melhores resultados.
1. Farmacêuticos e cuidados pessoais
Nos mercados farmacêuticos e de cuidados pessoais, as regulamentações de água de alta pureza são definidas pela Farmacopeia dos Estados Unidos, USP e organizações equivalentes em outras partes do mundo. A USP fornece padrões mínimos de pureza química orgânica e iônica e contaminação microbiana para proteger a saúde e a segurança dos consumidores que usam os produtos.
Ambas as classes têm níveis mínimos específicos para determinados parâmetros. Isso inclui o conteúdo de carbono orgânico total (TOC), bem como a quantidade de bactérias e endotoxinas. Outro parâmetro importante é a condutividade, que fornece uma indicação de materiais inorgânicos presentes na água e geralmente é expressa em unidades de microsiemens (µS) por centímetro.
Uma variedade de tecnologias de tratamento de água é utilizada para atingir esses padrões de qualidade e normalmente inclui uma combinação de abrandadores, filtragem em carvão, luz UV, ultrafiltração, osmose inversa, troca iônica, eletrodeionização e filtragem final. Além disso, o sistema de tratamento de água deve ser higienizado regularmente para impedir o crescimento de bactérias usando a tecnologia química, de calor ou de ozônio.
2. Indústria médica
O mercado de assistência médica tem necessidades muito específicas de qualidade da água de alta pureza, vinculadas a várias aplicações em hospitais, instalações de atendimento clínico e instituições de pesquisa médica. As autoridades de padrões nacionais e internacionais estabeleceram diretrizes de qualidade da água para garantir o atendimento da mais alta qualidade aos pacientes.
A água de alta pureza é fonte de água de alimentação para equipamentos em quatro áreas principais de aplicação, descritas nas seções a seguir:
- Química clínica e patologia: água de grau reagente é necessária para testes e análises laboratoriais. A má qualidade da água pode afetar a eficácia e a precisão dos testes, a operação do equipamento e a eficiência geral do processo.
- Reprocessamento de dispositivos médicos: a água de alimentação de alta pureza é usada para lavadoras, desinfetadoras e esterilizadores a vapor para limpar e esterilizar instrumentos cirúrgicos e dispositivos médicos. A orientação sobre a qualidade da água é fornecida pelas especificações da Associação para o Avanço da Instrumentação Médica (AAMI). A baixa qualidade da água pode causar danos ao instrumento, reduzir a eficiência da limpeza e muito mais.
- Diálise: água de alta pureza é usada como água de alimentação para máquinas de diálise e para reprocessamento e reutilização de dialisadores. A qualidade incorreta da água pode ter um efeito adverso na saúde do paciente e na qualidade do tratamento.
3. Aplicações na indústria de semicondutores
Água ultrapura é usada extensivamente na indústria de semicondutores. O consumo de água de grau molecular pela indústria de semicondutores pode ser comparado com o consumo de água de uma pequena cidade; uma única fábrica pode utilizar água ultrapura a uma taxa de 5500 m3/dia.
A água ultra é utilizada para lavar materiais semi-condutores após a aplicação de produtos químicos, para diluir os produtos químicos, em sistemas de imersão de fotolitografia ou como composição para fluido de arrefecimento em algumas aplicações críticas. A água ultra pura é mesmo, por vezes, usada como uma fonte de umidificação do ambiente.
Porém, a aplicação mais importante da água ultra pura é na limpeza, quando a base do circuito integrado é criado. Para utilização como um agente de limpeza e condicionamento, as impurezas que podem causar a contaminação do produto, eficiência ou impacto no processo (por exemplo, taxa de corrosão) devem ser removidos da água. Em processos de polimento químico-mecânica, a água é usada em adição aos reagentes e partículas abrasivas.
4. Caldeiras de alta pressão
Em vários setores industriais, passou-se a utilizar a biomassa como uma fonte nobre de geração de energia, tais como os setores de celulose, sucroalcooleiro e agroindústrias. Resíduos florestais (casca de pinus, eucalipto, acículas) e o bagaço de cana de açúcar deram impulso à cogeração de energia.
Para fazer o melhor uso destes combustíveis na geração de eletricidade, as empresas destes setores passaram a utilizar caldeiras de alta pressão (que vão de 50 até 100 bar de pressão) gerando vapor para as turbinas, e o vapor remanescente sendo utilizado nos processos industriais como agente de aquecimento, ou transportador de calor.
Isto requer uma qualidade cada vez maior do vapor que será utilizado nas turbinas e este vapor depende da qualidade da água que está na caldeira. O vapor que deixa a caldeira pode provocar erosão, corrosão e depósito (incrustação) nas palhetas das turbinas.
Por várias razões, um tratamento rigoroso deve ser utilizado para a água da caldeira, com o objetivo de preservação dos equipamentos.
Para atingir a qualidade de água de make-up requerida pelos fabricantes de caldeiras de alta pressão, recomenda-se duas tecnologias: osmose inversa ou troca iônica, tecnologias que competem entre si, e às vezes, se complementam.
O investimento com equipamentos certos e programas de tratamento de água ajustados às necessidades do processo previnem muitos danos aos equipamentos e à saúde.
A Flush Engenharia desenvolve soluções para o tratamento de água, utilizando técnicas avançadas de tratamento, incluindo os processos de separação por membranas, garantindo a pureza da água tratada para as mais diversas aplicações.
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Por Gabriela Marques dos Ramos