HOME | ÍNDICE POR TÍTULO | NORMAS PUBLICACIÓN Espacios. Vol. 37 (Nº 19) Año 2016. Pág. 29
Carlos Mario ECHEVERRI Cartagena 1; Carlos Alberto LÓPEZ Cañas 2; Jorge Esteban MONTOYA Cano 3; Andres Felipe ALZATE Graciano 4
Recibido: 09/03/16 • Aprobado: 02/04/2016
2. Aplicación del marco de fundamentación en aerogenerador
RESUMEN: El reto de diseñar y construir maquinaria que se ajuste a los procesos productivos dentro de las organizaciones es un desafío que deben asumir de manera continua las áreas de ingeniería. El curso de proyecto de Elementos de Máquinas de la Universidad EAFIT, es la forma con la cual se prepara al estudiante a asumir este reto dentro un marco metodológico definido bajo el cual puedan orientar sus esfuerzos a la creación de valor como resultado de la integración del recurso humano y conocimiento soportado por tecnología. En este caso de estudio en particular se presentan los resultados de proyectos para los cuales se han desarrollado y construido un aerogenerador bajo el enfoque del marco de fundamentación del Project Management Institute (PMI) detallando el alcance, presupuesto, recursos, fases, tareas clave transformándose en el logro de un prototipo funcional que han sido alcanzados con cronogramas cortos no mayores a 16 semanas. Además, en el presente artículo se demuestra como el marco de fundamentación del PMI, ayuda a transferir herramientas y fortalezas dentro del campo de proyectos en ingeniería que puedan ser utilizadas por ingenieros experimentados en el desarrollo de máquinas para procesos industriales dentro de sistemas productivos complejos. |
ABSTRACT: The challenge of design and build machinery that fits to productive processes inside companies is a defiance that must be assume continuously by engineering areas. The project of elements of machines from EAFIT University is a way in which the student is prepared to assume this challenge within a methodological framework in which they can direct their efforts to the creation of value as a result of the involvement of human resources and knowledge supported by technology. In this particular study case is shown the results of projects which have been built a wind turbine under the framework approach of the Project Management Institute (PMI) detailing a specific scope, budget, resources, phases, key tasks becoming the achievement of a functional prototype that is released to different areas of the university with short schedules that not exceed 16 weeks. Furthermore, in this article it demonstrates how the framework approach of the PMI, helps in the transfer of tools and skills in the field of engineering projects that can be used by experienced engineers in the development of machines for industrial processes in production complex systems. |
Actualmente, la industria manufacturera Colombiana no cuenta con una metodología en el cual el diseño en ingeniería se interrelacione constantemente con la teoría administrativa a través de todo el ciclo de vida de fabricación de equipos y que garantice que, un proyecto de manufactura desde la concepción de la idea hasta la fabricación de la respectiva máquinas termine con una alta confiabilidad, cumpliendo con los requisitos funcionales dentro del cronograma, presupuesto y alcance pactado.
Ahora, este tipo de proyectos por sus condiciones requieren de una minuciosa y correcta gestión, es aquí donde la gestión de proyectos de diseño y fabricación de máquinas se basa en la metodología de PMI (Project Management Institute), que pretende desarrollar un método estructurado, acompañando todas las fases del proyecto desde el levantamiento de requisitos hasta su puesta en producción, garantizando así, la generación de valor de manera sostenible por parte de la industria, trazabilidad durante el proceso de diseño-fabricación e integración.
Puesto que las empresas invierten gran cantidad de recursos para reducir la probabilidad de fracaso de sus proyectos de manufactura, en el presente proyecto se pretende estudiar una soluciona a este problema que se encuentra en términos de diseño de máquinas y equipos, que ayuden a soportar la operación de la organización en términos de tiempo y costo cumpliendo los requerimientos presentados por los sistemas productivos.
Así pues la definición de proyectos de manufactura planeado y ejecutado bajo la metodología de gestión de proyectos del PMI, surge como una propuesta de solución que busca garantizar el éxito de estos esfuerzos, minimizando el riesgo de sobrecostos y finalización del proyecto después del cronograma pactado.
En Colombia la producción de energía eléctrica es generada en su mayoría por fuentes hídricas y pese a tener abundancia, es indispensable pensar en explotar otros recursos que resulten más económicos y renovables, tanto para la empresa generadora como para el consumidor final de los servicios energéticos, además muestra topografía y algunos problemas de seguridad publica impiden llegar el suministro a muchas regiones del país.
Por este motivo surge la idea de busca una fuente de energía limpia y renovable que ayude a mitigar estos problemas, sobre todo en poblaciones rurales y de alta montaña, que si bien no cuentan con corrientes de aire muy intensas como en zonas costeras; también se podría aprovechar esta energía electromecánica obtenida de la transformación eólica con un diseño de aerogenerador eficiente y de buen rendimiento que prodúzcala energía suficiente para suplir las necesidades básicas de una familia promedio, gracias a la utilización de un recurso inagotable, limpio, sustentable y al menor costo posible. Es a esto a lo que desde la materia de Proyecto de Elementos de Máquinas y Equipos en el departamento de Ingeniería de Producción de la Universidad EAFIT se le está apuntando, generando soluciones a problemas de primer nivel bajo los lineamientos del marco de fundamentación del PMI, que garanticen el alcance del proyecto, el costo y el calendario previamente pactado.
Mirando el futuro de la humanidad, los principales esfuerzos se dedican a la búsqueda de vías para el desarrollo sostenible. Para ello, se requiere de energía en cantidades mucho mayores que las reservas disponibles en la actualidad, que se basan principalmente en los combustibles fósiles. Por lo tanto, es vital para evaluar y conservar los recursos disponibles, para consolidar la viabilidad económica de tecnologías renovables sub desarrolladas, y la búsqueda de nuevos métodos de recolección de energía, conversión, almacenamiento, ahorro y uso. Todos deben ser eficientes, renovables y respetuosos del medio ambiente (Traversa & Idriss, 2012).
La energía eólica proporciona una opción respetuosa del medio ambiente para la seguridad energética en momentos en que la disminución de las reservas de combustibles fósiles amenaza el desarrollo sostenible a largo plazo de la economía (P. Zhang & Huang, 2011), siendo considerada como una potencial fuente de energía limpia en todo el mundo (Teodorescu, Liserre, & Rodriguez, 2011). Así, los aerogeneradores son aquellos que convierten la energía cinética presente en el viento en energía mecánica en electricidad (Tummala, Velamati, Sinha, Indraja, & Krishna, 2016).
La determinación de los beneficios económicos de la industria de la energía eólica depende principalmente de una serie de factores tales como la inversión original, costo operacional, horas efectivas equivalentes por año y en la tarifa de alimentación (Z. Zhang, 2010). Existen diferentes análisis del potencial de generación de energía, configuración de paso controlado y costos, realizados en diferentes partes del mundo como en China (Tan et al., 2013) (Lin, Tu, Liu, & Li, 2016), Nigeria (Ajayi, Fagbenle, Katende, Aasa, & Okeniyi, 2013) (Ohunakin, Oyewola, & Adaramola, 2013) y Europa (Barstad, Sorteberg, & Mesquita, 2012) (Cradden, Harrison, & Chick, 2012).
En los últimos años, la energía eólica ha experimentado un rápido desarrollo en China. La capacidad instalada de energía eólica alcanzó 47 GW a finales de 2011 y se espera llegar a 150 GW en 2020. Con el rápido desarrollo de la energía eólica, la penetración de su uso es cada vez mayor (Li, Qin, Wang, Li, & Chen, 2013). Varios países, con el fin de satisfacer su demanda creciente de energía con la instalación de grandes parques eólicos de escala tanto en tierra como en costa. En 2014, China tiene una capacidad instalada de alrededor de 114.609 MW de energía eólica contribuye 31,0% de la potencia eólica total, seguido de EE.UU., Alemania, España y la India, que producen 65.879 MW, 39.165 MW, 22.987 MW y 22.465, respectivamente, como se muestra en la Fig 1. (Global Statistics, 2014).
De esta manera la Universidad EAFIT, desde el departamento de Ingeniería de Producción, con el fin de retomar todos los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera y enfocando la realización de una maquina desde una perspectiva más amplia, comprendiendo la importancia de las variables de un proyecto en el entorno global de las máquinas y herramientas, los sistemas de producción, conociendo los principales tipos de máquinas en nuestro entorno y entendiendo una de las principales fuentes de energía renovable se procedió a la fabricación de un aerogenerador por parte de los estudiantes cursantes de la materia Elementos de Máquinas y Equipos.
Figura 1. Mayor capacidad instalada acumulada en 2014 (Global Statistics, 2014).
La gestión de proyectos se ha convertido en una poderosa manera de integrar las funciones de las organizaciones y motivar a los grupos para alcanzar mayores niveles de rendimiento y productividad (Fernandes, Ward, & Araújo, 2015). También puede ser definida como el conocimiento, herramientas y técnicas para el control de requerimientos, configuración de un horario y alcance realista, definición de responsabilidades y gestión de expectativas (Brill, Bishop, & Walker, 2006).
Un proyecto es un esfuerzo temporal que se lleva a cabo para crear un producto, servicio o resultado único. La naturaleza temporal de los proyectos implica que un proyecto tiene un principio y un final definidos. El final se alcanza cuando se logran los objetivos del proyecto, cuando se termina el proyecto porque sus objetivos no se cumplirán o no pueden ser cumplidos, o cuando ya no existe la necesidad que dio origen al proyecto (Project Management Institute, Inc., 2013). También puede ser visto como un vehículo para poner en práctica la inversión de capital en un nuevo o un mejorado activo (Labuschagne & Brent, 2005).
En un proyecto típico, muchas tareas se ejecutan simultáneamente, una con la otra. Otra característica clave de los proyectos es la existencia de relaciones de precedencia entre las tareas. Estas relaciones suelen definir las restricciones que requieren una tarea a ser completada antes de que otra comience (Hall, 2012).
La metodología de administración de proyectos es un enfoque estructurado compuesto por un conjunto de procesos con actividades claramente definidas destinadas a la ejecución de proyectos (Terlizzi, Meirelles, & de Moraes, 2016). Ahora bien, una administración de proyectos sistemática consiste en métodos, herramientas y módulos. Se puede ver como la aplicación secuencial de procesos estructurados para el propósito de la institucionalización de prácticas estandarizadas. Utilizando un enfoque bien estructurado y bien implementado, las capacidades se pueden almacenar y transferir con el tiempo, el espacio y el contexto. Además, la administración de proyectos puede hacer que las organizaciones sean menos vulnerables a la pérdida de conocimiento tácito almacenado en las memorias individuales (Ibert, 2004).
En el caso del proyecto del aerogenerador bajo el marco de fundamentación del PMI, se utilizó la metodología en cascada, la cual se define como una secuencia de actividades a ser seguidas en orden, donde la estrategia principal es definir y seguir el progreso del desarrollo del proyecto hacia puntos de revisión bien definidos, es decir, se avanza en la realización del proyecto y se reparan los errores; es un proceso de continuo de realización y reparación. Dentro de las principales características del método en cascada se encuentran:
En la figura 2 se presentan las herramientas utilizadas del marco de la dirección de proyectos en el proyecto de construcción del aerogenerador.
Figura 2. Herramientas del marco de la dirección de proyectos.
Como requisito para los estudiantes que participaron en la fabricación del aerogenerador se les presentó construir un aerogenerador capaz de convertir energía eólica en energía eléctrica por medio de un modelo a bajo costo, con formas y dimensiones establecidas por los mismos estudiantes.
De esta manera se redactó el acta del proyecto que tenía como alcance: El proyecto llegará hasta que se halla construido un aerogenerador con los requisitos funcionales mencionados anteriormente y que posterior a esto pase satisfactoriamente unas pruebas funcionales que serán realizadas por el director del proyecto. Una vez se llegue a este punto el proyecto se dará por terminado. Cabe resaltar que el alcance del proyecto tiene una fecha límite que se debe respetar.
Esta fecha limite se estableció en un periodo de realización del proyecto de 16 semanas, en las que al finalizar estas, los estudiantes deberían entregar toda la documentación referente al trabajo tales como, acta del proyecto, EDT del proyecto, diagrama de Gantt, planes de administración de comunicaciones, adquisiciones, mitigación y contingencia, planos, cartas de proceso y manuales de seguridad, uso, ensamble de máquina y bitácora del proyecto, todo esto a través de la herramienta tecnológica de la universidad (EAFIT Interactiva) la que permitió gestionar los entregables en las fechas pactadas.
El primer paso en el proceso de planeación consistió en planificar la gestión del alcance a través de la recopilación de requisitos funcionales, no funcionales y técnicos. Posteriormente, se definió el alcance, desarrollando una descripción detallada del proyecto y del producto, especificando los límites del producto mediante la explicación de los requisitos recopilados que fueron incluidos y los que fueron excluidos en el alcance del proyecto.
Seguidamente se creó la Estructura de Desglose de Trabajo (EDT) (ver figura 3), subdividiendo los entregables del proyecto en componentes más pequeños, proporcionando una visión estructurada de lo que se debía entregar. De esta manera se definieron las actividades necesarias para realizar cada uno de los entregables y se continuó secuenciando las actividades.
Figura 3. EDT del proyecto
De esta forma se procedió al diseño de la máquina, realizando sus respectivas pruebas de resistencia y mecanizado a través de la herramienta tecnológica Solidworks (ver figura4), posteriormente se procedió a estimar los recursos, la duración y desarrollar el cronograma, dando como resultado el diagrama de Gantt (ver figura 5) a través del software Microsoft Project.
Figura 4. Modelación 3D en Solidworks
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Figura 5. Diagrama de Gantt
Con el plan de adquisiciones, que busca obtener los proveedores de mejor calidad y precio, ubicados estratégicamente en un lugar cercano al centro de trabajo se procedió a la fabricación y ensamble del aerogenerador iniciando con el diseño detallado, la realización de los planos de taller, los cuales contienen la información de mecanizado.
Luego se procedió al mecanizado de las piezas, la mayoría de estas fueron mecanizadas en los laboratorios de manufactura de la universidad para realizar así el ensamble estructural del aerogenerador. En la Figura 6 y 7se observa el proceso de fabricación del aerogenerador, las piezas fabricadas en los laboratorios, el proceso de ensamble y el acabado final del producto.
Figura 6. Proceso de fabricación del aerogenerador
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Figura 7. Aerogenerador
La ruta crítica es la secuencia de actividades que representa el camino más largo a través de un proyecto y determina la menor duración posible del mismo (Lechler, Ronen, & Stohr, 2005), así se garantizó que esta secuencia de actividades se fueran realizadas dentro del cronograma pactado para evitar retrasos y reprocesos.
El control, se realizó por medio de un seguimiento semanal y entregas de avances, que permitieron observar el desarrollo y el estado actual en que se encontraba el proyecto; además se pudo realizar acciones correctivas o de mejora, que permitieron cumplir con los objetivos del proyecto.
En cuanto al proceso de cierre, se realizó un proceso de experimentación y análisis, para luego comprobar el éxito del proyecto y se generó un informe gerencial dirigido a los interesados, para que evaluaran los resultados del mismo. Finalmente, se expuso el proyecto en la feria "EXPO-INGENIERÍA", realizada, en la universidad EAFIT al finalizar el semestre.
También se hizo entrega por parte de los estudiantes de los diferentes manuales para la correcta utilización de la máquina, como son el manual de, manual de ensamble de la máquina y la bitácora del proyecto, permitiendo así documentación para futuros nuevos proyectos de este tipo. Finalmente se realizó el acta de cierre con la que se dio por concluido el proyecto
Con la fabricación de máquinas bajo el marco de fundamentación propuesto por el PMI, se pusieron en práctica conocimientos adquiridos durante la materia Proyecto de Elementos de Máquinas y Equipos y durante la carrera de Ingeniería de producción en general, como fundamentos de diseño mecánico, materiales, procesos de manufactura.
Se establecieron estructuras de diseño basadas en entradas de detalle, permitiendo representar todos los componentes del aerogenerador en conjunto como un producto donde se analiza el cumplimiento de especificaciones que cumplan con las exigencias del cliente y estandarizando el proceso de su fabricación.
Fue posible establecer un tipo de aerogenerador que cumpliera con parámetros básicos establecidos para su diseño y desarrollo, tales como, fácil fabricación, asequible a todo tipo de personas como alternativa de obtención de energía de una forma ecológica y duradera, materiales que puedan soportar a la intemperie cambios climáticos por un periodo largo de tiempo sin afectar su función principal y de bajo costo en mantenimiento y producción.
Finalmente se recomienda la utilización de una herramienta tecnológica que permita gestionar y documentar el proyecto a través de un solo software independiente de la ubicación geográfica de los actores del proyecto en tiempo real, ya que para este proyecto se utilizaron diferentes software (EAFIT Interactiva, Microsoft Project y Solidworks 2013) por lo que la información no quedaba centralizada dificultando el acceso a esta.
Ajayi, O. O., Fagbenle, R. O., Katende, J., Aasa, S. A., & Okeniyi, J. O. (2013). Wind profile characteristics and turbine performance analysis in Kano, north-western Nigeria. International Journal of Energy and Environmental Engineering, 4(1), 1–15. http://doi.org/10.1186/2251-6832-4-27
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1. Ing. Mecánico. MsC. en Ingeniería. Docente investigador, Universidad EAFIT, Medellín, Colombia, Correo-e: cechever@eafit.edu.co
2. Ing. Metalúrgico. MsC. en Gestión Tecnológica. Analista Investigación Universidad EAFIT, Medellín, Colombia. Correo-e: clopezc3@eafit.edu.co
3. Ing. De producción. Estudiante Maestría en Ingeniería, Universidad EAFIT, Medellín, Colombia, Correo-e: jmonto73@eafit.edu.co
4. Estudiante Ingeniería de Producción , Universidad EAFIT, Medellín, Colombia, Correo-e: aalzat16@eafit.edu.co