Dentre as inúmeras polêmicas desencadeadas pela pandemia provocada pelo Sars-CoV-2, uma em particular ocupou páginas de jornais e revistas e um tempo desproporcional nos noticiários televisivos. As redes sociais, pródigas em alardear exageros, para dizer o mínimo, tampouco passaram ao largo. Da noite para o dia surgiram especialistas em tudo, particularmente em refrigeração. Em vista disto, a Abrava + Climatização & Refrigeração buscou ouvir alguns técnicos de empresas do mercado. Pela Chemours, manifestaram-se Renato Cesquini, gerente de negócios, e Joana Canozzi, líder de desenvolvimento de negócios e suporte técnico; Silvio Guglielmoni, diretor comercial, falou pela Mayekawa; e Danilo Gualbino, gerente técnico, foi o porta-voz da Emerson.

Quais os requisitos a serem observados no desenvolvimento de instalações que funcionam dentro das faixas requeridas por vacinas que utilizam tecnologias de base genética (nRNA)?

Chemours

Do ponto de vista operacional, basicamente os mesmos requisitos que são considerados para um projeto normal devem ser avaliados para instalações de ultrabaixa temperatura (ULT). Entretanto certos fatores podem ganhar maior relevância nesse tipo de projeto por operar em condições de trabalho mais críticas, como por exemplo o isolamento térmico. Para qualquer tipo de condição de operação, quanto mais eficiente for o isolamento térmico, menor será o fluxo de calor para o meio ambiente e consequentemente melhor o desempenho do projeto em operação. Entretanto para sistemas ULT esse fator pode ser potencializado já que estamos tratando da manutenção de temperaturas muito baixas, assim, o que pode representar pequenas perdas em sistemas de baixa ou média temperatura, tornam-se relevantes perdas em sistemas ULT. O mercado brasileiro de isolamento térmico está passando por um momento único em 2020 devido a eliminação do R-141b para a aplicação como agente de expansão, e o mercado vem oferecendo diferentes soluções. Por esta razão é importante que o projetista mantenha atenção redobrada ao selecionar os painéis que irão compor o isolamento térmico dos sistemas de refrigeração e esteja atento aos requisitos funcionais de cada produto ofertado. Neste cenário, soluções de poliuretano, com isolamento térmico a base de HFOs vêm ganhando espaço em outros países para projetos de ULT por apresentarem alta eficiência energética e desejada estabilidade dimensional.

Já em relação a seleção do fluido refrigerante, como são consideradas faixa de temperaturas mais baixas, por volta de -80°C a -60°C, é preciso que o projetista atente para as características termodinâmicas dos fluidos refrigerantes disponíveis para essa aplicação, ou seja, os fluidos a serem considerados precisam apresentar potencial para atingir as pressões requeridas pelo sistema. Para essa aplicação a Chemours dispõe de duas opções:  FreonTM 95 e FreonTM 23. Embora o Freon TM 23 já venha sendo aplicado a mais tempo no âmbito de sistemas ULT, o Freon TM 95 aparece também como uma opção já consolidada, mas de maior capacidade e melhor eficiência energética que o FreonTM 23. Sistemas complexos de múltiplos estágios também podem ser considerados para viabilizar a aplicação de fluidos tradicionais como R-22 ou R-404A, entretanto esta configuração pode se tornar mais complexa e cara.

Mayekawa

O Grupo Mayekawa possui tecnologias e produtos necessários para atender aos desafios de implantação da Cadeia de Frio para as vacinas contra a Covid-19. Embora muitas delas precisem ser refrigeradas, geralmente em torno de 2°C a 8ºC, a vacina Pfizer-BioNTech Covid-19 precisa ser armazenada a pelo menos  -70ºC, o que pode representar problemas para transporte e armazenamento, especialmente em países de baixa e média renda, onde as instalações de refrigeração podem ser limitadas.

A nova tecnologia de base genética mRNA pode se desfazer facilmente, razão pela qual a vacina necessita de ultrabaixa temperatura. Tudo acontece lentamente conforme você reduz a temperatura, inclusive as reações químicas dos compostos da vacina, como exemplo simples, seria o mesmo conceito de congelar alimentos para evitar que estraguem. Os sistemas convencionais de refrigeração possuem diversas limitações para atenderem temperaturas na faixa de -70ºC, pois para estas aplicações são necessários sistemas específicos criogênicos.

A tecnologia Mayekawa – Pascal Air utiliza como fluido refrigerante o ar, que possui potencial zero de destruição da camada de ozônio e potencial zero de aquecimento global, não é tóxico e tampouco inflamável, tornando-o um elemento perfeito para aplicações de refrigeração de ultrabaixa temperatura, como armazenamentos de vacinas.

Emerson

Cadernos de especificações técnicas que possuam limites de operação, considerações de segurança em operação e dados de ensaio de materiais, por exemplo: Charpy Impact and Tension Tests nas tubulações de baixa temperatura, assim como critérios específicos de confecção adequada de isolamento térmico correto, são alguns dos pontos de partida. EPIs e regras especificas para manipulação de produtos e materiais a ultrabaixa temperatura são recomendados.

Em quê uma instalação operando dentro de tais faixas se distingue de outras requeridas para baixas temperaturas de armazenagem?

Chemours

O diferencial de temperatura entre a temperatura de evaporação e de condensação do fluido refrigerante será maior que a observada geralmente em sistemas de baixa temperatura, logo, a taxa de compressão exigida pelo sistema é maior e os projetistas precisam lidar com essa questão para viabilizar um projeto de ULT, adaptando a necessidade do projeto aos equipamentos disponíveis de forma eficiente. Por esse motivo, as instalações requerem projetos diferenciados de forma que os equipamentos disponíveis possam atender a essa faixa de diferencial de temperatura mais ampla. No que se referem aos fluidos refrigerantes, estes normalmente possuem faixas de aplicação restritas a suas características termodinâmicas, o que irá definir a possibilidade da sua aplicação ou não. Um exemplo é a amônia que possui temperatura de congelamento de – 78°C, logo, apesar de ser conhecida como um fluido refrigerante eficiente, possui aplicação limitada em sistemas ULT, não sendo indicado seu uso. Neste caso é preciso aplicar fluidos com temperaturas de congelamento inferiores às da amônia, como o FreonTM 95 e FreonTM 23. Para viabilizar a aplicação dos fluidos mencionados podem ser utilizadas diferentes configurações de projeto, como os sistemas em cascata combinando ao lado de alta temperatura fluidos já consolidados, como R-22, R-404A/R-507 e HFOs como o OpteonTM XP40.

Mayekawa

Para instalações com esse perfil, que necessitem de temperaturas ultrabaixas, o requisito é utilizar sistemas e equipamentos que atendam esta necessidade. Como já informamos, o sistema de refrigeração Pascal Air é projetado para aplicações de ultrabaixa temperatura, comprovando ser altamente flexível, com uma ampla faixa de controle de temperatura de -45°C até -100°C. Dentro da filosofia Natural Five* da Mayekawa, este sistema, como já mencionado, opera com ar para aplicações de ultrabaixa temperatura.

O sistema usa ciclo aberto, fazendo com que o ar circule diretamente na câmara refrigerada, portanto, mesmo em caso de vazamento, justamente por utilizar o ciclo aberto, não haverá danos ou ameaça à segurança dos usuários nem do local.

O Pascal Air comprime o ar, remove o calor de compressão e expande o ar adiabaticamente para resfriar, como exemplo, as vacinas, numa temperatura de -70°C utilizando apenas o ar.  O Pascal Air é sistema compacto, além disso, é um substituto adequado para sistemas de refrigeração convencionais com compressores em cascata de temperatura ultrabaixa, bem como para sistemas de refrigeração que utilizam nitrogênio líquido. O sistema utiliza um expansor turbo e compressor integrado, em que o compressor e o expansor turbo são conectados no mesmo eixo, com o mesmo motor, com economia de até 25% de energia em comparação com um sistema convencional.

Emerson

Arquitetura de sistemas, pressões e temperaturas de trabalho, materiais empregados e operação dos equipamentos, assim como as regras de segurança na manipulação dos materiais (neste caso das vacinas), são as principais distinções.

As diferenças estão localizadas nos componentes do sistema ou na concepção do projeto?

Chemours

Em ambos os aspectos, tanto os componentes do projeto precisam ser adequados para trabalhar nas condições de operação requeridas, quanto a concepção do projeto precisa ser desenvolvida dentro dos parâmetros requeridos para atender as variáveis de projeto.

Mayekawa

Como já explicamos, no sistema Mayekawa Pascal Air é utilizado o próprio ar como fluido criogênico e elementos móveis para fazer este fluido circular em um ciclo termodinâmico. O fluido é tipicamente comprimido à temperatura ambiente, pré-resfriado em um trocador de calor e, em seguida, expandido em alguma temperatura baixa. O fluido de baixa pressão que retorna passa pelo trocador de calor para pré-resfriar o fluido de alta pressão antes da entrada do compressor. As principais diferenças deste conceito estão localizadas na concepção do projeto e, por consequência, nos componentes utilizados.

Diferente do sistema convencional de refrigeração, em que ocorre a mudança de fase (líquido-vapor) do fluido refrigerante, o ciclo do Pascal Air é realizado mediante o início e a manutenção de condições no estado vapor do fluido refrigerante (AR) em um regime de oscilação cíclica, de modo que, em uma parte definida do sistema que gera o ciclo, o fluido esteja em expansão com absorção de calor e, em seguida, resfriado e em outra parte esteja em compressão com rejeição de calor. Portanto, a parte aquecida rejeita calor para o ambiente externo e a parte arrefecida extrai o calor das vacinas armazenas a ultrabaixa temperatura, provocando assim o efeito de resfriamento.

Emerson

Em ambos, o projeto deve ser concebido de acordo com os limites de aplicação dos materiais empregados, levando em consideração as normas aplicáveis e técnicas de fabricação e montagem do equipamento final.

Quais os componentes exigidos por instalações que funcionarão em faixas ultrabaixas de temperatura?

Chemours

Sistemas de refrigeração projetados com base no ciclo termodinâmico de compressão a vapor, mesmo que em faixa de temperatura ultrabaixa, requerem basicamente os mesmos componentes tradicionalmente conhecidos: compressor, trocadores de calor, válvula de expansão e dispositivos de controle. Obviamente é necessário que esses componentes sejam projetados para trabalharem nas pressões e temperaturas requeridas para a faixa de temperaturas requeridas, no caso entre -60°C a -80°C. Como comentamos na resposta, além da parte associada à refrigeração é importante observar o sistema como um todo, incluído também o isolamento térmico e a eficiência do sistema.

Mayekawa

O principal componente do sistema é o conjunto de expansão e compressão do fluido refrigerante onde encontra-se o principal know-how de cada fabricante, além de trocadores de calor e sistemas de controles microprocessados, válvulas e controles. Os componentes exigidos para construção de equipamentos com a finalidade de obtenção de temperaturas criogênicas são totalmente diferentes dos sistemas de refrigeração convencionais por não trabalharem com a mudança de fase do fluido refrigerante.

Emerson

Compressores, evaporadores, visores, filtros secadores, elementos de expansão, isolantes térmicos, transdutores, sensores de temperatura.

Em tese, como deverá ser a concepção do projeto de uma instalação que venha a trabalhar com faixas ultrabaixas de temperatura?

Chemours

Este tipo de projeto tende a ser um pouco mais complexo por exigir requisitos de engenharia mais específicos, pois são desenvolvidos considerando sistemas de múltiplos estágios ou em cascata. Em relação ao fluido refrigerante, é importante que sejam observadas e respeitadas as temperaturas de descarga adequadas para não comprometer a vida útil do compressor e do sistema como um todo. Ainda em relação à vida útil do equipamento, é importante se observar o tipo de lubrificante adequado para a faixa de temperatura aplicada, pois algumas variedades de lubrificantes podem não apresentar bom desempenho em baixíssimas temperaturas e é primordial garantir a lubrificação do compressor em sistemas ULT, sendo de suma importância a garantia da adequada miscibilidade entre o fluido lubrificante para baixíssimas temperaturas. De forma geral sistemas operando com FreonTM 95 e FreonTM 23 requerem lubrificantes do tipo Poliolester, mas é importante que características específicas sejam indicadas pelo fabricante do compressor.

Mayekawa

Um ponto fundamental na concepção do projeto é que a instalação opere com temperaturas estáveis (dentro de +- 1 °C), com a rápida correção dos desvios de temperatura mantendo a segurança e eficácia dos produtos armazenados. Outro diferencial do Pascal Air é que este possui em sua concepção um número reduzido de elementos e peças móveis e é isento de óleo em qualquer parte do sistema, com demanda extremamente reduzidas de manutenção para mantê-lo em funcionamento permanente com máximo desempenho e menor risco para os produtos armazenados.

Emerson

Primeiramente, verificar a carga térmica envolvida, o tipo do material a ser resfriado, ou seja, com ou sem embalagens, tempo de exposição e tempo de armazenamento, para que seja possível verificar a distribuição de ar adequada, assim como o tamanho do equipamento e regras de controle da temperatura.

Qual a viabilidade econômica de uma instalação deste tipo?

Chemours

O custo do fluido refrigerante em um sistema de refrigeração pode variar de 3 a 5% do total do projeto, não sendo a variável mais representativa no custo total do equipamento. Produtos como o FreonTM 95 e o FreonTM 23 já vêm sendo comercializados há bastante tempo no mercado para aplicações de baixíssimas temperaturas. Apesar de se tratar de uma aplicação bastante específica, para um determinado nicho de mercado, são soluções amplamente disponíveis que não limitam economicamente o projeto de um equipamento ULT.  O projetista pode ainda promover melhor eficiência do sistema agregando melhores controles e/ou adicionando ciclos de refrigeração em cascata. Para esse tipo de projeto, geralmente combinados ao FreonTM 95 são utilizadas opções como R-404A/R-507, ou mesmo alternativas à base de HFOs como o OpteonTM XP40 (R-449A) que além de serem mais sustentáveis por apresentarem GWP até 67% inferior, contribuem para a eficiência energética do sistema através da redução do consumo de energia para a operação do equipamento em até 12%, otimizando seu custo operacional ao longo da vida útil do equipamento.

Mayekawa

As tecnologias aplicadas em diversos segmentos, com sistemas desenvolvidos e comercializados em escala industrial mundialmente, permitem a utilização de equipamentos para ultrabaixa temperatura com viabilidade econômica para o processo de distribuição e produção de vacinas no atual cenário da Covid-19, suprindo rapidamente estas demandas.

 

Empresas de logística, como a UPS, já anunciaram instalações dentro desses requisitos. Isso já não se constituiria em base para o desenvolvimento de instalações de armazenamento em cada país?

Chemours

Sem dúvidas é um grande passo para o ajuste de toda a cadeia. Para garantir a segurança do produto, respeitando a faixa de temperatura requerida, não basta que os locais de armazenamento e aplicação da vacina estejam adaptados, é preciso que toda a cadeia do frio que contempla todo o caminho desde a indústria até o paciente, cumpra com os requisitos exigidos pelos laboratórios farmacêuticos. Vale ressaltar que além da UPS outras empresas que atuam globalmente já utilizam soluções ULT, como as empresas especializadas em transporte marítimo. Logo, vemos a indústria do frio preparada para essa demanda: há sim tecnologia disponível para garantia e manutenção da cadeia do frio requerida pelas vacinas de nRNA.

Mayekawa

Entre os modais de transporte para a conservação da temperatura enquanto os produtos estiverem em trânsito da fábrica ao centro de armazenamento central, da saída do armazenamento central até os hospitais e centros de imunização, existirão soluções como a utilização de contêineres e caixas capazes de manter um isolamento térmico eficiente para conservação de temperatura a -70°C. Estas embalagens e contêineres são constituídas de materiais super isolantes com partículas de sílica e revestimentos a vácuo, por isso é possível manter uma temperatura constante pelo período máximo de 10 dias sem a utilização de refrigeração.

Portanto, para a cadeia de logística poderiam ser utilizadas as seguintes tecnologias:

– Pascal Air Mayekawa com capacidade de até 60 Kw, a temperatura de -70°C, para armazenamento de uma grande quantidade de vacinas no local de produção;

– Super isolantes para fabricação de embalagens e contêineres para manter a temperatura das vacinas para o rápido transporte sem utilização de refrigeração agregando gás carbônico congelado a -78,5°C, conhecido como gelo seco. Este modal está sendo proposto para utilização da empresa de logística UPS para o transporte de vacinas;

– Pascal Air Mayekawa com capacidade de até 60 Kw a temperatura de -80 °C para armazenamento em centros de distribuição de grande capacidade nos países destinatários que realizarem importação para a distribuição aos centros de imunização e hospitais;

– Resfriadores verticais de pequena capacidade, 0,30 Kw com temperatura de -80 °C, para o armazenamento em longo período de uma pequena quantidade de vacinas.

Emerson

Depende das regras de distribuição e planos de vacinação. No caso do Brasil, temos uma área territorial muito grande, com diversas questões a se preocupar, por exemplo, meios de transporte, locais de armazenamento, quantidade de vacinas disponíveis por habitante, por localidade; isso vai influenciar também no que deve ser projetado.

No caso de ser absolutamente imprescindível o desenvolvimento de instalações que trabalhem em tais faixas de temperatura, o mercado estaria capacitado para fornecer os componentes necessários?

Chemours

Ao que tudo indica é realmente imprescindível que se utilizem as faixas de temperatura indicadas pelas farmacêuticas como requisito de projeto. A Chemours está totalmente apta a fornecer os fluidos refrigerantes requeridos pelos mais diferentes conceitos de projetos: desde sistemas que combinem diversos estágios de compressão operando exclusivamente com FreonTM 23 (R-23) ou FreonTM 95 (R-508B) até soluções em configuração de cascata combinando FreonTM 23 (R-23) ou FreonTM 95 (R-508B) com R-22, R-404A/R-507 ou até mesmo HFOs como o OpteonTM XP40 (R-449A).

Mayekawa

Os sistemas de ultrabaixa temperatura (criogênicos) encontram-se em pleno desenvolvimento com aplicações e estudos nas mais diversas áreas como: produzir campos criogênicos para foguetes, em máquinas de ressonância magnética, desenvolvimento de pesquisas em biogenética,  telescópios de alta precisão, micro resfriadores e sensores infravermelhos para aplicações militares e aeroespacial, miniaturização de dispositivos elétricos e ópticos, desenvolvimento de sistemas supercondutores, entre outros, comprovando que o mercado está capacitado para fornecer todo os componentes necessários para o desenvolvimento dos sistemas com ultrabaixa temperatura.

Emerson

Sim, com pequenas modificações e aprovações de projeto, temos no Brasil algumas empresas acostumadas a fornecer equipamentos para temperaturas críticas.

Sabendo-se que existem refrigeradores laboratoriais de linha que operam em tais faixas de temperatura, mas de capacidade reduzida de armazenagem, estaríamos falando de que tipo de instalação?

Chemours

Os refrigeradores laboratoriais fazem parte da cadeia do frio que poderá ser adaptada para atender os cenários de distribuição de vacinas de forma ampla. Ou seja, esses equipamentos podem ser utilizados em locais de aplicação de vacinas que irão armazenar pequenas quantidades do medicamento. Entretanto, sistemas de maior porte são requeridos para evitar a ruptura da cadeia produtiva e garantir o fluxo de distribuição dos produtos desde a indústria até o paciente. Do ponto de vista dos fluidos refrigerantes, as mesmas soluções já aplicadas em equipamentos de pequeno porte serão aplicadas também nos sistemas de maior capacidade de armazenamento, ou seja, FreonTM 23 (R-23) e FreonTM 95 (R-508B) seguem sendo opções, assim como R-22, R-404A/507 e OpteonTM XP40.

Emerson

Depende da logística que pretendemos atender, ou seja, quantos centros de imunização precisaríamos ter para considerar apenas pequenos refrigeradores; precisamos pensar em locais de grande porte para armazenar e mesmo servir de centros de imunização em grandes cidades.