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ELEMENTOS PARA EL DISEÑO DE CONSTRUCCIONES
INDUSTRIALES SOSTENIBLES Y CON MANTENIMIENTO
EFICIENTE
ELEMENTS FOR THE DESIGN OF SUSTAINABLE INDUSTRIAL
CONSTRUCTION WITH EFFICIENT MAINTENANCE
Javier Cárcel-Carrasco
ITM Instituto Tecnología de Materiales. Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: fracarc1@csa.upv.es ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2776-533X
Aurora Martínez-Corral
ITM Instituto Tecnología de Materiales. Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: aumarcor@csa.upv.es ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8222-0864
Fabiola Colmenero-Fonseca
ITM Instituto Tecnología de Materiales. Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: fcolmenerof@outlook.com ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1901-2725
Luis Palmero Iglesias
Dept. Construcciones Arquitectónicas. Universitat Politècnica de València. Valencia, (España).
E-mail: lpalmero@csa.upv.es
Recepción: 18/02/2022 Aceptación: 09/03/2022 Publicación: 14/03/2022
Citación sugerida:
Cárcel-Carrasco, J., Martínez-Corral, A., Colmenero-Fonseca, F., y Palmero, L. (2022). Elementos para el diseño de
construcciones industriales sostenibles y con mantenimiento eciente. 3C Tecnología. Glosas de innovación aplicadas a la
pyme, 11(1), 49-69. https://doi.org/10.17993/3ctecno/2022.v11n1e41.49-69
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RESUMEN
En el diseño de una nueva planta o construcción industrial, afectará de manera crónica las decisiones
tomadas en el primer momento (abilidad de las instalaciones y equipamiento, reducción tiempos
paradas, eciencia energética, acciones medioambientales). En este artículo se presenta un estudio de
caso de una planta industrial donde el diseño está basado en la mejora de la abilidad, mantenimiento y
explotación eciente, así como la eciencia energética y el respeto medio-ambiental, donde los procesos
y decisiones.
PALABRAS CLAVE
Construcción industrial, Mantenimiento industrial, Eciencia energética, Gestión medioambiental.
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ABSTRACT
In the design of a new plant or industrial construction, it will chronically aect the decisions made at the outset (reliability
of facilities and equipment, reduction of downtime, energy eciency, environmental actions). This article presents a case
study of an industrial plant where the design is based on improving reliability, maintenance and ecient operation, as well
as energy eciency and respect for the environment, where key processes and decisions aect largely to the sustainability of
large industrial constructions.
KEYWORDS
Industrial construction, Industrial maintenance, Energy eciency, Environmental management.
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1. INTRODUCCIÓN
El planteamiento de un nuevo proyecto de una construcción o planta industrial, debe tener como n,
marcar las condiciones físicas y económicas para la consecución del producto requerido (Bailey et al.,
2008; Chee et al, 2012). Es vital el conseguir un alto componente de disponibilidad, misión que debe ser
seguida por las operaciones de mantenimiento (Cárcel et al., 2013, 2013a, 2020). Que el mantenimiento
industrial es una actividad estratégica dentro de los órganos tácticos de las empresas, es ampliamente
aceptado por todos los órganos de gestión empresarial, aunque en muchas ocasiones olvidado o relegado
a una segunda posición, o como un “coste económico” a asumir por los órganos de dirección (Cárcel et
al., 2021, 2021a, 2021b, 2021c, 2021d; 2021e).
Toda planta industrial debería ser la fusión perfecta entre el Hombre y la Máquina, trabajando, así como
uno, donde la función principal del hombre es la obtención del mayor rendimiento de las Máquinas e
instalaciones, y con cultura corporativa hacia el mantenimiento, desarrollando los adecuados planes de
mantenimiento, con adecuada eciencia y reducción de costos (Sols, 2000).
La distribución de la planta se orienta normalmente al proceso o al producto, teniendo además un buen
criterio de distribución.
Para la obtención de un buen proceso productivo se deben aplicar métodos de ingeniería, con una
evaluación constante para ver la reacción del personal con respecto a la aplicación del mismo (González,
2005; Sánchez et al., 2021).
Las armaciones sobre Desarrollo Sustentable hablan de acciones que debemos "tomar en cuenta”
(Medio ambiente) como un reto hacia la protección de nuestro entorno, pero de esto surge una pregunta
¿Por qué armamos como un nuevo reto algo que debió ser obvio?.
La conciencia ecológica busca establecer un vínculo entre el medio ambiente y el individuo, cuyo
propósito es que este último procure el bienestar y equilibrio entre ambas partes, ya que nalmente este
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será el más beneciado, y en el caso de una conciencia medio-ambiental de una empresa, el conseguir la
optimización con el respeto ecológico en sus propias plantas industriales.
Es por lo anterior que la tendencia industrial actual se ha esforzado en lograr que las instalaciones de
producción sean cada vez más ecientes, con la máxima disponibilidad posible, distribuyendo a los
departamentos de tal manera que inuyan positivamente en la forma en la que la planta opera.
1.1. ANÁLISIS DE PRINCIPIOS BÁSICOS
Los objetivos comúnmente más relevantes que se buscan con la distribución de planta son:
- Determinación del equipo, instalaciones y las herramientas para llevar a cabo el proceso productivo.
- Diseño del layout de la planta.
- Distribución de departamentos.
- Disposición de Maquinaria e instalaciones.
- Garantizar la seguridad de los trabajadores.
- Estimación de los costos de inversión por conceptos del equipo y materia prima.
La planta puede ser distribuida de acuerdo a las necesidades de la misma integrando la abilidad y
la disponibilidad requerida, teniendo como resultado diferentes tipos de distribución, como lo son la
distribución orientada al producto, al proyecto, al proceso, la distribución para ocinas, almacenes o
las híbridas (Cárcel et al., 2022). Sin embargo, las empresas deben implementar distribuciones exibles,
es decir, aquellas que les permitan una adaptación a cambios tecnológico y productivos, capaces de
incorporar las características de las distribuciones básicas. Finalmente, lo importante en una distribución
es que esta satisfaga las necesidades básicas de una empresa, que son el ujo continuo de información y
de materiales, ambos de una manera sencilla y fácil.
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Teniendo en cuenta las consideraciones generales para el adecuado proyecto del proceso productivo,
y una losofía de calidad total basada en los círculos de Deming (Figura 1), donde se apuntaron como
principios fundamentales del diseño e implantación de sus instalaciones los siguientes:
• Diseño basado en la abilidad.
- Sistemas redundantes para evitar paradas en producción.
- Posibilidad de actuaciones rápidas ante averías (Sustitución de componentes).
• Diseño basado en la Mantenibilidad.
- Mantenimiento eciente y económico.
- Espacios para mantenimiento adecuados.
- Mejores técnicas organizativas de mantenimiento (TPM, RCM).
- Personal de mantenimiento implicado y motivado.
• Diseño basado en la eciencia energética y energías alternativas.
• Diseño basado en el respeto medio ambiental.
• Diseño basado en la información y la gestión del conocimiento.
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Figura 1. Circulo de mejora continua de Deming.
Fuente: elaboración propia.
2. LAS INSTALACIONES Y LOS PROCESOS EN EL DISEÑO Y EJECUCIÓN
En la industria los parámetros de calidad necesarios son amplios y en continua superación, con continua
evaluación de la demanda energética. Es lógico que, en el planteamiento del diseño de una nueva
factoría, dichos valores quieran estar implícitos desde un inicio. Una fase del comienzo del éxito es
amplicar la sinergia entre los grupos intervinientes: Ingeniería, empresas instaladoras y montadoras,
y sobre todo, el propio conocimiento de la organización (que son los que de verdad saben que quieren,
necesitan, y cómo operan), y que fomentan la colaboración y optimizan la cadena de suministro en la
ejecución, permitiendo una mejora en la comunicación e intercambio de información.
En base a ello, se partió con el diseño del propio polígono industrial donde estarían ubicadas las factorías,
el entorno de respeto medio-ambiental requerido, y las pautas de suministro energético y de uidos,
basado en la abilidad total en la calidad del suministro.
La segunda fase consistió en el propio diseño de las factorías y sus instalaciones con los criterios basados
en el apartado anterior, en un entorno de abilidad total, mantenibilidad y operación ágil y estructurada,
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respeto medio-ambiental y máxima eciencia energética, así como la consideración de los mecanismos
para la captación de la información útil y con ello la adecuada gestión del conocimiento.
2.1. EL DISEÑO BASADO EN LA FIABILIDAD
La abilidad es el recurso fundamental para conseguir la optimización de los equipos productivos e
instalaciones y minimizar el número y tipo de fallos que puedan producir el paro en la producción.
Se partió, con los criterios siguientes en referencia a la energía eléctrica, que conllevo al desarrollo de los
proyectos de distribución eléctrica:
• Suministros redundantes desde la propia subestación, con disponibilidad de potencia hasta 35.000
k W.
• Posibilidad de suministro alternativo desde distintas subestaciones, evaluando el costo y la
abilidad, con un modelo optimizado optimo a las exigencias del servicio.
• Centros de entrega redundantes en la propia urbanización.
• Sistemas telemandados remotos de control y conmutación de redes, automáticos, para la utilización
ante acciones críticas.
De igual manera dentro de la propia distribución interior de la factoría, algunas de las decisiones
importantes para el aumento de dicha abilidad en el conjunto de las instalaciones y servicios fueron las
siguientes:
a) Aumento de la abilidad eléctrica:
Con una potencia instalada superior a los 25000 Kw, la distribución interior está formada por 16
transformadores secos de 1250 kVA cada uno, centralizados en tres centros de transformación
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independientes, con un diseño basado en los centros de gravedad de las cargas. Algunas de las
características generales tomadas son:
• Sistemas redundantes en las instalaciones eléctricas de media tensión (20 kV), tanto a nivel de
líneas como transformadores de potencia, como la redundancia en las redes principales de BT
(400/230V).
• Sustitución de los cables de potencia de BT por canalizaciones electricadas prefabricadas, con
el n de reducir la probabilidad de fallo por dichos componentes y capacidad de carga en un
momento dado.
• Cuadros eléctricos de potencia tipo OKKEN, con interruptores de potencia extraíbles, con el n
de prever de una manera rápida y ecaz, posibles sustituciones sin afectar a la producción.
• Sistemas de alimentación ininterrumpida mediante SAIs dinámicos (Volantes de inercia).
• Sistema de monitorizado y control de la distribución eléctrica. Control de las instalaciones de
iluminación.
b) Aumento de la abilidad térmica, frío industrial y distribución de agua:
• Sistemas térmicos (agua y vapor)
Con una potencia térmica instalada para servicio de agua cliente y producción de vapor de 15200 kW,
formada por 4 calderas con regulación de necesidades térmicas, da servicio a las necesidades de agua
caliente y vapor para las actividades de producción, con un diseño basado en la optimización energética
y necesidades puntuales.
• Sistemas redundantes distribución de agua
Sistemas de impulsión de agua sanitaria, de limpieza, osmotizada, formada por 2 plantas de ósmosis,
con control informatizado centralizado, y sistemas con regulador por variador para conseguir presiones
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constante y alto nivel de eciencia energética. Además de la redundancia en los sistemas de bombeo, se
ha ejecutado sistemas anillados en la distribución, con múltiples válvulas de bypass (posibilidad de otras
vías de suministro, maniobras y mantenimiento).
• Sistemas de frío industrial
Sistema combinado de refrigeración industrial mediante compresores de amoniaco y de CO2, con ciclo
de eciencia energética con recuperación de calor. Con una potencia frigoríca instalada de 17660
kW, formada por 11 compresores con regulación automática de necesidades frigorícas, da servicio a
las necesidades de producción y almacenamiento de cámaras frigorícas, con un diseño basado en la
optimación energética y necesidades puntuales. Con capacidad de reserva para sustituciones, paradas y
acciones de mantenimiento.
2.2. EL DISEÑO BASADO EN LA MANTENIBILIDAD
Uno de los pilares básicos de la disponibilidad es la mantenibilidad. Es por ello que fue uno de los
criterios fundamentales en el diseño de la planta industrial: Conseguir los requerimientos necesarios
para un mantenimiento eciente, ágil, y económico para la máxima disponibilidad operacional, con los
mejores modelos y herramientas para la evaluación de su costo.
Las opciones para ello fueron:
• La normalización y homogenización del mayor número de equipos y componentes utilizados en
las instalaciones industriales.
• La aplicación de tácticas de mantenimiento, basadas desde la base con un TPM (Mantenimiento
productivo total) en los niveles de producción, con la incorporación de mecánicos productivos,
hasta los requisitos de un mantenimiento basado en la abilidad (RCM) utilizado en los equipos e
instalaciones más avanzadas y críticas, con incorporación de técnicas de gestión del conocimiento
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como elementos de auto-aprendizaje y decisión, para la reducción de tiempos de actuación ante
averías o fallos cíclicos y no cíclicos (Figura 2).
Figura 2. Principios de mantenimiento de factorías ecientes.
Fuente: elaboración propia.
• El diseño de las salas técnicas, patinillos y posibles zonas de actuación de mantenimiento, con
criterios de espacio suciente, y acceso practicable en cualquier momento, que posibilite con
facilidad y agilidad posibles sustituciones y maniobras comunes de mantenimiento. Este aspecto,
normalmente olvidado en los diseños, es vital para la futura operación, rentabilidad en operación
y eciencia en las actividades ante fallos o mantenimientos rutinarios.
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2.3. EL DISEÑO BASADO EN LA EFICIENCIA ENERGÉTICA Y ENERGÍAS ALTERNATIVAS
Una determinación fundamental del presidente de la compañía y apoyada por la dirección general de
la empresa y el director de ingeniería, fue el diseño basado en la máxima eciencia energética y el uso
de energías alternativas, uno de los aspectos tácticos y económicos que deben estar presente en todas las
organizaciones de mantenimiento.
De entre los muchos criterios utilizados y ejecutados, se podrían destacar:
• Control centralizado e informatizado, de la instalación eléctrica y control instantáneo de consumos
generales y locales, con implantación de sistemas de medición en todas las líneas generales en los
cuadros diseñados.
• Control informatizado de los sistemas de iluminación de toda la factoría y su sectorización a
distancia, y de manera local mediante sectorizaciones parciales (sólo en marcha con tarjeta
acceso). Todo el sistema de iluminación interior uorescente dispone de sistema de regulación de
ujo, para mayor optimización en uso y mayor vida operativa de las lámparas.
• Implantación en diseño y ejecución de variadores de velocidad con control electrónico en sistemas
de bombeo y distribución de uidos, con el n de optimizar la eciencia energética, regulación
na de presiones y caudales, menor desgaste del equipamiento y por consiguiente reducción de
los costes de mantenimiento y aumento de la vida útil.
• En los sistemas de refrigeración industrial, uno de los recursos principales de la factoría, con el
n de aumentar la eciencia energética y abilidad del sistema, se instaló un sistema combinado
de refrigeración industrial mediante compresores de amoniaco y de CO2, con ciclo de eciencia
energética con recuperación de calor. Con la recuperación de calor se consigue aprovechar
la descarga de los compresores de amoniaco que es de 70ºc y pasarla por un intercambiador
de amoniaco/agua, que por seguridad se vuelve a pasar por otro intercambiador agua/agua,
consiguiendo que esa energía residual sea aprovechada para que el agua que nos llega de la
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red de distribución a 15º (por ejemplo) se caliente a unos 30º, este aumento de 15º, además de
conseguir ahorro energético, ayuda a la condensación del amoniaco ahorrando energía en las
torres de condensación. Así mismo todos los compresores están dotados de variadores electrónicos
de velocidad para optimizar sus prestaciones y maximizar la eciencia energética.
• En la apuesta por la utilización de energías alternativas, se procedió al diseño de una instalación
fotovoltaica integrada en la zona industrial con potencia dentro de la factoría de 1.200 KW (400
kW en suelo y 800 kW sobre techos). Esto conere un aporte fundamental de energía solar, además
de conseguir otros aspectos tales como uniformidad en la autonomía de la energía eléctrica
suministrada (Estabiliza las caídas de tensión y la calidad de la energía eléctrica proveniente de
las subestaciones).
2.4. EL DISEÑO BASADO EN EL RESPETO MEDIO AMBIENTAL
Otros de los principios fundamentales, marcados por la dirección de ingeniería, fue el respeto medio-
ambiental (Cárcel et al., 2021e), no sólo en lo realmente obligatorio por normativas sectoriales, sino el
adoptar las mayores medidas adicionales (Martínez Corral et al., 2022), que hicieran del proyecto una
factoría totalmente respetuosa con el medio-ambiente. Algunas de las medidas adoptadas:
• Una primera fase fue el conseguir una Autorización Ambiental Integrada del complejo industrial,
construyendo una depuradora de última generación, con capacidad de tratamiento de 2000m3/
día y una carga de 66.700 habitantes equivalentes (h.e.).
Para mayor aprovechamiento de las aguas residuales, esta una vez depurada en óptimas condiciones, es
subida mediante unas estaciones de bombeo a un lago articial que se tiene en la zona de la entrada al
polígono, desde esa agua, además de hacer una función ornamental, es utilizada para la utilización de
riego de toda la jardinería del complejo industrial.
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• Aprovechamiento aguas pluviales, del interior de la factoría, con autorización de Confederación
Hidrográca del Júcar. Para ello se construyó una red de recogida de pluviales, habilitándose
un pozo de bombeo y tres depósitos de 1000m3 cada uno para almacenar el agua de lluvia.
Dichos depósitos tienen un sistema de control y ajuste de hipoclorito para mantener el agua en
condiciones óptimas. Los usos fundamentales de esa agua son:
1. Producción de agua descalcicada para la refrigeración de los condensadores evaporativos
(torres de refrigeración)
2. Suministro de agua para baldeos y limpieza de exteriores, y riego de la jardinería interior
de la parcela
3. Limpieza de placas solares.
4. Abastecimiento a la fuente ornamental existente en la parcela
• Instalación industrial, libre de baterías para los sistemas de alimentación ininterrumpida, que son
del tipo dinámico con volantes de inercia.
• Todos los transformadores se han considerado de tipo seco, para evitar el tratamiento y toxicidad
de los aceites.
2.5. EL DISEÑO BASADO EN LA INFORMACIÓN Y LA GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO
La información y datos es esencia vital para la funcionalidad óptima de los servicios de mantenimiento.
En instalaciones complejas, se precisa la recolección de datos, con el n de adecuar los programas de
mantenimiento (Figura 3), control y operación de instalaciones y seguimiento de paradas o fallos.
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Figura 3. Evolución de un programa dinámico de mantenimiento RCM, e información requerida.
Fuente: UNE-EN200001-3-11, 2003.
Es por ello incidir, desde la propia denición del proyecto, una tendencia en las actividades de
mantenimiento para la adaptación de los procesos de gestión del conocimiento, integrado básicamente,
por la generación, la codicación, la transferencia y la utilización del conocimiento, dado que por el
propio desempeño de dicha actividad táctica, puede considerarse este, en un enfoque kantiano en el
cual interactúan personas, instalaciones y entorno (gura 4), en el cual deben ser estudiadas todas las
variables en conjunto.
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Figura 4. Enfoque kantiano de la actividad de mantenimiento.
Fuente: elaboración propia.
Consecuencia de ello y como fase fundamental es la captación adecuada de información, para un posterior
procesamiento y tratamiento, generador del conocimiento propio en la organización y herramienta
fundamental de mantenimiento, integrando la información útil y estratégica del servicio, mejorando la
cadena del servicio a prestar.
Se ha desarrollado e implementado un modelo de gestión del conocimiento para la actividad de
mantenimiento, con la captación del conocimiento tácito estratégico de los técnicos y operarios, así
como la captura y gestión de información técnica de las instalaciones y equipamiento, para el control,
visualización, obtención de datos operativos y registro de fallos, que permite tener controlado todos los
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parámetros fundamentales de las instalaciones y equipos, que optimizan el control de la abilidad de las
instalaciones, la previsión de los programas de mantenimiento, así como un control y optimización de
la eciencia energética, demostrando que la aplicación de modelos de gestión del conocimiento dentro
de los departamento de mantenimiento de la empresa, permite optimizar los procesos y mejorar la
disponibilidad del servicio y mejores resultados económicos para la empresa.
Dentro de las actividades internas de la empresa industrial, el mantenimiento necesita conocimientos
técnicos profundos, alta experiencia en su personal y tradicionalmente ha sido la estructura dentro de
la empresa donde existe mayor componente de conocimiento tácito. Dado que sus funciones afectan
directamente a la abilidad de los sistemas e instalaciones, eliminación de paradas no deseadas y actuación
ante procesos críticos, se ve la necesidad de la adecuada gestión de dicha información/conocimiento
dado que puede tener un gran valor estratégico para la empresa.
3. CONCLUSIONES
Se han descrito los principios generales de una implantación de nueva planta industrial, donde decisiones
y consideraciones tomadas en un primer momento por la concienciación y decisión de una dirección
general, con criterios de calidad, eciencia y miras a medio plazo, han conseguido una implantación
industrial que marca un referente en la industria alimentaria.
Basados en unos principios fundamentales tales como Diseño basado en la abilidad, Mantenibilidad,
eciencia energética y energías alternativas, el respeto medio ambiental y el diseño basado en la
información y la gestión del conocimiento, se ha conseguido, una industria, que cumpliendo todas las
expectativas de producción (requisito fundamental en cualquier planta industrial), ha ido un paso más,
cumpliendo las condiciones de mantenibilidad ecaz en el futuro, junto con un respeto ecológico.
La sinergia con los órganos intervinientes en la ejecución de la planta industrial unido a la determinación
y el compromiso de la dirección de ingeniería de la propia empresa, han sido determinantes para
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conseguir, a un nivel de inversión y costes adecuados, conseguir una planta con capacidad de mejora
y rentabilidad económica, control de la información y el conocimiento, para las funciones futuras de
explotación y mantenimiento que se deben cumplir.
Dado que el conocimiento es la base de la competitividad de la industria en el siglo XXI, se tiene un
compromiso con la investigación y desarrollo en las áreas técnicas de mantenimiento (algo poco común
en la industria en general).
En el caso argumentado, se ha conseguido una planta industrial donde los sistemas técnicos de gestión
de mantenimiento buscan superar metas de productividad, mejorando la implantación y las políticas
basadas en los cálculos de la abilidad de diseño, buscando la ecacia global atendiendo a la operativa,
desarrollando una losofía de la utilidad y la necesidad, tanto a nivel de procesos (de gestión u operativos)
como de conocimiento sustantivo, presente en el comportamiento humano. Se unen los principios del
mantenimiento, con el factor energético (tanto de equipamiento e infraestructuras como del conjunto del
sistema), con el n de monitorizar el rátio de eciencia energética, reducir los costes de mantenimiento,
incrementar la abilidad técnica en los sistemas estratégicos de la industria y aumentar el ciclo de vida
del equipamiento, con el respeto medio-ambiental. La construcción industrial tratada en el presente caso
ha recibido numerosos premios a la excelencia.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo se ha llevado a cabo en el marco del proyecto CONDAP "Habilidades digitales para mentores
en el lugar de trabajo en aprendizajes del sector de la construcción" nanciado por la Comisión Europea
dentro de la Acción Clave 2: Cooperación para la innovación e intercambio de buenas prácticas, número
de referencia 2018-1-UK01-KA202-048122. Así mismo, este trabajo se ha llevado a cabo en el marco del
grupo de investigación PREDILAB, dentro de la investigación realizada en la Universidad de Castilla La
Mancha y titulada "Metodología y sistemas para la mejora del mantenimiento y la eciencia energética
en la rehabilitación y reutilización del patrimonio industrial. Fase 1 y 2.
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