O uso de CFD na indústria biofarmacêutica traz resultados excelentes. Tanto no scale-up de equipamentos quanto na melhoria de processos com redução de tempo de mistura e energia consumidos.
Um dos grandes desafios da indústria biofarmacêutica é escalar os processos desenvolvidos nos experimentos em laboratórios. Ou seja, partir de um teste de bancada para a produção em escala industrial. A empresa ABEC, fornecedora de biorreatores e fermentadores lida com esse desafio desde a sua criação, há mais de 45 anos.
A empresa ABEC utiliza o software Simcenter Star-CCM+ para desenvolver análises fluidodinâmicas computacionais (CFD). Sempre aprimorando as suas capacidades, à medida que os avanços tecnológicos se tornam disponíveis. Desta forma, atuam de forma efetiva no desenvolvimento de melhores equipamentos para a indústria biofarmacêutica, com custo e tempo de projeto menores.
Os desafios na modelagem de biorreatores
Os clientes da ABEC lidam com uma ampla variedade de escalas e plataformas. Diante disso, prever e modificar com precisão o desempenho do biorreator nessas variadas condições são os principais desafios enfrentados pela indústria biofarmacêutica.
Dentre os cenários possíveis, uma empresa pode ter que passar de uma escala de laboratório, de dezenas de litros, para processos industriais envolvendo centenas ou até milhares de litros.
Para lidar com esses desafios, é importante conhecer todo o processo e como os parâmetros de desempenho são afetados com as mudanças geométricas. Por exemplo, aumento no tempo e nas forças de mistura e mudança de velocidades de operações são parâmetros diretamente afetados com a alteração na escala.
Uso do software Simcenter Star-CCM+ para enfrentar os desafios da indústria biofarmacêutica
A ABEC utiliza o software Siemens Simcenter Star-CCM+ para realizar simulações CFD. A digitalização auxilia no enfrentamento dos desafios da indústria biofarmacêutica.
O processo envolve a modelagem e execução da análise CFD na configuração do laboratório com o objetivo de ajustar e calibrar o modelo. Desta forma, confirmando os resultados calculados com os dados experimentais. Com isso, pode-se então executar uma simulação em grande escala. Ou seja, ter a certeza de que o desempenho medido do equipamento entregue atenderá as expectativas.
Essas análises CFD em grandes escalas proporcionam melhor entendimento do processo. Nelas é possível verificar, por exemplo, como os vários parâmetros como a transferência de oxigênio e a taxa de cisalhamento mudam. Assim, a ABEC utiliza CFD na indústria biofarmacêutica como ferramenta para customizar e otimizar seus biorreatores e fermentadores para seus clientes.
Resultado de sucesso do CFD na indústria biofarmacêutica
Várias aplicações de CFD são viáveis na indústria biorfarmacêutica, como biorreatores. Por exemplo, os projetos de pás de rotor com objetivo de melhorar o tempo de mistura. Em uma aplicação dessa, a ABEC validou o seu modelo no Simcenter Star-CCM+ usando resultados de experimentos em pequena escala. Em seguida, utilizou o modelo CFD validado para extrapolar resultados em escala real.
Essas simulações CFD revelam detalhes dos vetores de velocidade, linhas de fluxo, trilhas de partículas e até mesmo a interface ar-água. Em suma, proporciona insights sobre o nível de mistura, formação de vórtices e arrasto de ar. Dessa forma, é possível conhecer o comportamento esperado do equipamento em escala. Ou seja, permite a realização de experimentos numéricos com o objetivo de determinar oportunidades de melhoria do processo.
Com esse fluxo de trabalho utilizando CFD na indústria biofarmacêutica, a ABEC conseguiu reduzir o tempo de mistura do seu biorreator em 50%. Isso em si já é um alto retorno para a empresa e seus clientes da indústria biofarmacêutica. Mas os benefícios foram além. Ou seja proporcionaram a redução da dependência de experimentação em grande escala. Adicionalmente permitiram e a redução do tempo de colocação dos seus produtos no mercado.
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