Estudio sobre planta de Retrofit de vehículos de combustión interna a eléctricos.

AGRADECIMIENTOS Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales Estudio sobre planta de Retrofit de vehículos de combustión interna a eléctricos. Dpto. Organización Industrial y Gestión de Empresas Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Autor: Eduardo Navarro Martínez de Velasco Tutor: José Manuel Framiñán Torres Tutor Adjunto: Juan Carlos Meléndez Rodríguez Sevilla, 2023 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales Estudio sobre planta de Retrofit de vehículos de combustión interna a eléctricos. Autor: Eduardo Navarro Martínez de Velasco Tutor: José Manuel Framiñán Torres Tutor Adjunto: Juan Carlos Meléndez Rodríguez Dpto. de Organización Industrial y Gestión de Empresas I Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2023 Trabajo Fin de Grado: Estudio sobre planta de Retrofit de vehículos de combustión interna a eléctricos. Autor: Eduardo Navarro Martínez de Velasco Tutor: José Manuel Framiñán Torres El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: El secretario del Tribunal Sevilla, 2023 Agradecimientos A mi familia, por aguantar mis ideas insensatas. A Juan Carlos, por dedicar su tiempo y disfrutar de la ingeniería conmigo. A Jose Manuel, por enseñarme durante el primer cuatrimestre los conceptos que luego he visto aplicados. Eduardo Navarro Martínez de Velasco Sevilla, 2023 Resumen En este TFG se realizará el estudio de una instalación Industrial que aplicando el concepto y tecnología de Retrofit, realice la conversión de coches de combustión interna a coches 100% eléctricos. Este TFG tiene como objeto analizar el proceso productivo a nivel industrial que ha de llevarse a cabo para poder ser implementado en la industria de la automoción de nuestro país. Abstract This TFG regards the study of an industrial facility which applying the concept and technology called Retrofit, aims to turn internal combustion cars into 100% electric cars. This TFG would try to shed light on the productive process to be carried out, with an industrial scale approach, and the feasibility to be implemented in the automotive industry. Índice Agradecimientos ................................................................................................................................... v Resumen ............................................................................................................................................ i Abstract ............................................................................................................................................. i Índice ................................................................................................................................................ ii Índice de Figuras .............................................................................................................................. iv Índice de Tablas ................................................................................................................................ v Acrónimos Y Notación Matemáctica ................................................................................................... i 1 Introducción ............................................................................................................................ 2 1.1 Objetivos del trabajo fin grado ...................................................................................................... 2 1.1.1 Objetivos principales y secundarios ....................................................................................... 2 1.2 Origen de la Idea ............................................................................................................................ 3 1.3 Concepto de Retrofit ...................................................................................................................... 4 1.4 Objetivos Agenda 2030 .................................................................................................................. 4 1.5 Estado del Arte ............................................................................................................................... 6 1.5.1 Horizonte de Estudio .............................................................................................................. 7 1.5.2 Conclusiones Iniciales ............................................................................................................. 7 2 La movilidad eléctrica y el Retrofit .............................................................................................. 8 2.1 Introducción a la Movilidad Eléctrica ............................................................................................. 8 2.2 Definición del producto .................................................................................................................. 8 2.3 Características objetivo del Producto: Retrofit Window .............................................................. 10 2.3.1 Concepto de Retrofit Window .............................................................................................. 12 2.4 Conclusiones respecto al Producto .............................................................................................. 14 2.5 Benchmarking y dimensionado de especificaciones técnicas del producto ................................. 16 2.6 Componentes a retirar del vehículo de combustión durante el proceso de conversión .............. 20 2.6.1 Motor Eléctrico ..................................................................................................................... 21 2.6.2 Sistema de Baterías .............................................................................................................. 22 2.6.3 Placa Adaptadora .................................................................................................................. 22 2.6.4 Soportes del Motor: ............................................................................................................. 23 2.6.5 Sistema de Gestión de Baterías: ........................................................................................... 23 2.6.6 Inversor/Convertidor ............................................................................................................ 23 2.6.7 Unidad de Control ................................................................................................................ 24 2.6.8 Sistema Aceleración.............................................................................................................. 24 2.6.9 Bomba de Vacío para el Servofreno Eléctrico: ..................................................................... 24 2.6.10 Protecciones eléctricas: ........................................................................................................ 24 2.6.11 Sistema de Carga: ................................................................................................................. 24 2.7 Componentes a retirar del vehículo de combustión durante el proceso de conversión .............. 25 2.7.1 Elementos del Exterior del motor ........................................................................................ 26 2.7.2 Elementos de Transmisión ................................................................................................... 26 2.7.3 Elementos eléctricos............................................................................................................. 27 3 Estudio de proceso ................................................................................................................... 28 3.1 Descripción del proceso a realizar ............................................................................................... 28 3.2 Elección de modelo de sistema de producción ............................................................................. 28 3.3 Definición de Actividades y relaciones de Precedencia. ............................................................... 29 3.4 Implementación de la Calidad en el proceso ............................................................................... 33 3.4.1 Recepción de vehículos ........................................................................................................ 34 3.4.2 Implementación Norma ISO 9001 ........................................................................................ 34 3.4.3 Estación Pre ITV .................................................................................................................... 35 3.5 Iteración del Diagrama de Actividades ........................................................................................ 36 3.5.1 Tiempos de proceso de las Quality Gates ............................................................................ 36 3.6 Diagrama de Actividades Mejorado ............................................................................................ 36 3.7 Datos de Demanda y de Producción ............................................................................................ 36 3.8 Definición de las estaciones y linealización.................................................................................. 36 3.8.1 Diagramas del proceso Productivo ....................................................................................... 37 3.9 Desarrollo de la logística Inversa ................................................................................................. 40 4 Análisis del Marco Legislativo ................................................................................................... 41 4.1 Marco Legislativo en España ....................................................................................................... 41 4.2 Homologación de los cambios del vehículo ................................................................................. 42 4.3 Obtención de los certificados de Taller e Informe de Conformidad ............................................. 44 4.3.1 Proyecto Técnico .................................................................................................................. 44 4.3.2 Certificación final de Obra .................................................................................................... 44 4.3.3 Informe de Conformidad ...................................................................................................... 45 4.3.4 Certificado de Taller ............................................................................................................. 45 4.3.5 Conclusiones respecto a la homologación ........................................................................... 45 4.4 Marco Legislativo en Europa........................................................................................................ 46 4.4.1 Criterios ASG y su implicación .............................................................................................. 46 4.4.2 Documentación por presentar referente a los cambios del vehículo fuera de España ....... 46 5 Análisis Económico y de viabilidad ............................................................................................ 49 5.1 Modelo de Costes de la Planta ..................................................................................................... 49 5.1.1 Costes Directos del Producto: .............................................................................................. 49 5.1.2 Costes Estructuras ................................................................................................................ 50 5.1.3 Costes Legales ....................................................................................................................... 50 5.2 Costes Totales y Precio Objectivo................................................................................................. 52 6 Conclusiones ............................................................................................................................ 53 Referencias ..................................................................................................................................... 54 Glosario .......................................................................................................................................... 10 Índice de Figuras 1. Objetivo 7- Energía sostenible y No contaminante .................................................................................. 5 2. Objetivo 9: Industria, innovación e Infraestructura sostenible................................................................ 5 3. Objetivo 11- Ciudades y comunidades Sostenibles .................................................................................. 5 4. Objetivo 12. Producción y Consumo Responsable ................................................................................... 5 5. Objetivo 13. Acción por el Clima .............................................................................................................. 5 6.. Tipos de Vehículos Eléctricos. ................................................................................................................. 8 7. Factores relevantes a la hora de adquirir un vehículo ............................................................................. 9 8. Openness to the daily use of car electricfication - Residential area. ....................................................... 9 9. Depreciación y costes de mantenimiento de un vehículo de cuatro ruedas operado en torno a 20 km diarios. ........................................................................................................................................................ 11 10. Depreciación y costes de mantenimiento de un vehículo de cuatro ruedas operado en torno a 40 km diarios. ........................................................................................................................................................ 11 11. Depreciación y costes de mantenimiento de un vehículo de cuatro ruedas operado en torno a 60 km diarios. ........................................................................................................................................................ 12 12. Depreciación de componentes en un instante t0. ............................................................................... 12 13. Retrofit Window según la depreciación de un vehículo en años. ........................................................ 13 14. Comparativa de la depreciación de un vehículo respecto a su ciclo de vida ....................................... 14 15.Ilustración de un Jaguar E type al que se le ha realizado Retrofit. ....................................................... 20 16. Interior de un Porsche GT convertido a EV .......................................................................................... 21 17. Placa Adaptadora instalada en el Motor eléctrico ............................................................................... 22 18.Ensamble Motor Placa Caja Cambios. ................................................................................................... 23 19. Ilustración de un Inversor de EV........................................................................................................... 23 20. Bomba Vacío. ........................................................................................................................................ 24 21. Tipos de enchufes para cargadores de EV ........................................................................................... 25 22. Partes de un automóvil. ....................................................................................................................... 26 23. Diagrama de Actividades de Desmontaje con relaciones de precedencia........................................... 30 24.Diagrama de Actividades de Montaje con relaciones de precedencia. ................................................ 31 25. Diagrama de Precedencia de Actividades con Quality Gates. Desmontaje. ........................................ 37 26. Diagrama de precedencia de Actividades y Quality Gates. Montaje. .................................................. 38 27. Definición de Estaciones y KPIs del proceso......................................................................................... 37 Introducción 6 1.5 ESTADO DEL ARTE Para diseñar nuestro Sistema de Producción, debemos tener en cuenta que existen infinidad de configuraciones distintas de vehículos, debido a que cada fabricante oferta varias líneas de productos, varios modelos de cada línea y una gran suma de especificaciones, añadidos y características que pueden variar a gusto del consumidor. Esta enorme variabilidad presenta un gran impedimento, ya que complica en gran medida la estandarización del sistema y el proceso productivo, debido a la singularidad de cada caso y a su probable estudio independiente. Quizás, sea este, el mayor problema al que se enfrenta este TFG. Para superar el escollo de la variabilidad, tomaremos varios modelos de referencia para nuestra planta, que servirán de base de estudio, pudiendo luego abrir el catálogo haciendo el proceso análogo para otros modelos. Por otra parte, debemos contar también con los trámites legales como parte de nuestro sistema productivo, y aunque estos se realizan en paralelo a la producción, quizás los tiempos de obtención de dichos permisos y homologaciones superen a los tiempos de ciclo del sistema. La respuesta a qué modelos escoger, se responderá más adelante. Antes de eso definiremos cómo planteamos el modelo de negocio: Inicialmente, se pensó en el proceso como un servicio de cara al cliente. Usuarios que ya disponían de uno de los modelos que son convertibles en nuestra planta podrían contratan el servicio de Retrofit para obtener un EV a partir de su propio vehículo particular. Este modelo presenta la venta de un servicio, por lo que los inventarios son mínimos ya que los productos que se trabajan no son parte de la empresa en ningún momento. Así, la inversión inicial no parece ser mayúscula, pero quizás presente problemas la programación de producción, ya que se debe satisfacer el tiempo estimado proporcionado a cada cliente. A partir de este planteamiento, y una vez que se decidió que el proceso debía disponer de varios modelos de vehículos, apareció el segundo modelo de negocio, que se centra en la venta de EV directamente a los clientes finales. Por un lado, se tendrá un equipo de compras o se establecerán relaciones con algún proveedor de vehículos de 2ª mano para que entren en el proceso. Una vez realizada la conversión, estos EV se pondrán a la venta para que sean adquiridos por usuarios, sin que sean estos los que traigan el vehículo inicial. Este modelo permite escalabilidad, pero supone la aparición de inventarios en proceso, stocks y un precio de venta notable,ya que deben de incluirse los costes de adquisión de vehículos. La suma de estos factuores dispara los costes de inversión y encarece el proceso. Este modelo supondría la venta de un producto, y no de un servicio. Esto puede ser beneficioso si se consigue un producto atractivo con ventas elevadas, pero podría limitar la producción al ser obviamente el producto bastante más caro que si hablásemos solo del kit de Retrofit y su instalación. Por ende, tras analizar los dos modelos de negocio que hemos identificado, se ha decidido atender al modelo incial, ya que de lo contrario no cumpliríamos con los objetivos marcados por el TFG, y la viabilidad del proyecto sufre debido a los grandes costes de inversión. Introducción 7 1.5.1 Horizonte de Estudio Se ha decidido estudiar en conjunto el proceso completo, prestando más atención al proceso productivo, factores logísticos, económicos, y legales cuyo estudio abarca mi mención del grado. Es por esto por lo que se dividirá el estudio en 3 áreas diferenciadas del proyecto: Ingeniería Básica: Descripción del proceso de conversión, diseño y dimensionado del sistema y logística inversa de los componentes desechados del vehículo original. Económico: Análisis de viabilidad de la planta, estudio de costes para el cliente final y para el promotor del proyecto. Legal: Detalle de toda la regulación que deberá presentarse para homologar el producto final, así como comparativa de la legislación vigente en España respecto a la homónima en otros países de la EU. 1.5.2 Conclusiones Iniciales Por lo tanto, a lo largo de este TFG se intentará arrojar luz sobre el estado actual de la tecnología de movilidad eléctrica, describir generalmente qué se necesita para realizar una conversión a vehículo eléctrico, y cómo puede integrarse este proceso en un sistema productivo industrializado, y se realizará un análisis la legislación pertinente y necesaria a superar para que el producto de nuestra planta sea viable y pueda llegar al consumidor final. La motivación principal de este TFG es la sostenibilidad. Este es el por qué de la idea, más allá de modelar una propuesta de valor rentable, se trata de ofrecer soluciones a los problemas presentes de la industria, aportando una solución respetuosa con el medio ambiente y asequible para el consumidor que aun queriendo optar por la movilidad sostenible, su precio le impide acceder al mercado. La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 8 2 LA MOVILIDAD ELÉCTRICA Y EL RETROFIT 2.1 INTRODUCCIÓN A LA MOVILIDAD ELÉCTRICA ¿Qué es lo que define propiamente a un vehículo eléctrico? Es aquel que es movido parcial o totalmente por energía eléctrica, en lugar de por la clásica energía térmica generada en un motor de combustión de combustible. En el segmento de mercado de los vehículos eléctricos (en adelante EV por sus siglas en inglés, véase figura 6) podemos encontrar, además del vehículo 100% eléctrico, los híbridos auto recargables (denominado HEV en la figura 6) y los híbridos enchufables (PHEV en la figura 6), en nuestro estudio nos referiremos a los vehículos que son movidos exclusivamente por Batería y Motor eléctrico (EV en la figura 6). Esta clasificación se recoge en “Manual de Reformas 7ª Revisión, SECCIÓN: I GRUPO: 2 (2.11) Unidad Motriz. (s.f.). Página 3 de 3” y se incluye este documento en Anexos. 6.. Tipos de Vehículos Eléctricos. 2.2 DEFINICIÓN DEL PRODUCTO Una vez conocemos qué es un EV, la lógica nos impulsa a resolver la siguiente pregunta: ¿Quién querrá un “Retrofitted Electric Vehicle”? (un vehículo eléctrico que ha sido convertido, en adelante REV). Para acotar el mercado, es necesario saber qué especificaciones deben de cumplir nuestros vehículos, y para esto necesitamos saber qué necesidades tienen los consumidores. ¿Por qué se inclinaría alguien por un vehículo “Frankenstein” de segunda mano, en lugar de un flamante EV recién salido de fábrica? Presumiblemente, este motivo podría ser el precio, aunque los consumidores tienen en cuenta varios factores a la hora de adquirir un vehículo nuevo. Para esclarecer nuestras prioridades (y las de nuestros consumidores), recabamos información de estudios sobre las tendencias de los usuarios a la hora de comprar un coche. La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 9 7. Factores relevantes a la hora de adquirir un vehículo Fuente:“Internal combustion engine to electric vehicle retrofiting: Potential customer’s needs, public perception and business model implications” ,Fabian Hoeft,[11] En la “ilustración 7” podemos apreciar que en los juicios de valor que realizan los clientes a la hora de adquirir vehículos, el Precio es, de manera global, el factor determinante. Ahora debemos comprender qué franjas de la población estarían dispuestas a adquirir un REV, y los motivos que los impulsan. En la figura 8 se representa lo dispuestos que los encuestados a esto. En esta última podemos comprobar que el tipo de cliente que más disponibilidad nos presenta será un conductor de una familia urbana, en la que se realicen muchos kilómetros diarios, y que puede inclinarse por un REV si conseguimos un precio competitivo. 8. Openness to the daily use of car electricfication - Residential area. Fuente: “Internal combustion engine to electric vehicle retrofiting: Potential customer’s needs, public perception and business model implications”,Fabian Hoeft, [11] La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 10 En lo respectivo al uso diario al que será sometido nuestro vehículo, según los datos de la Encuesta de Movilidad del INE (Instituto Nacional de Estadística) de 2019, la media de kilómetros que una persona de la población activa y que vive en ciudades conduce al día es de alrededor de 19,7 kilómetros. Además, de la misma encuesta se obtiene que el 7,4% de las personas que utilizan el coche como medio de transporte para ir a trabajar recorren más de 30 kilómetros al día en trayectos de ida y vuelta (INE, 2019, p. 12). Por lo tanto, nuestros clientes objetivos serán clientes que tienen unos requerimientos de vehículo urbano, no superando en ningún caso los 100km diarios, y en tal caso escogiendo transporte alternativo como tren o avión. Por otra parte, el precio será el principal atractivo para decantar a un consumidor por un vehículo, así como el valor añadido del producto (sostenibilidad, plan de amortización y mantenimiento). También tenemos en cuenta que será importante el equipamiento y la estética del vehículo, aunque estos aspectos escapan en parte a nuestro horizonte de estudio. Una vez conocemos qué clientes pueden sentirse atraídos por nuestro producto, reparamos en que existen innumerables marcas y modelos. ¿Puede convertirse cualquier modelo de vehículo? La respuesta es que sí (a nivel mecánico), pero se infiere rápidamente que existen modelos que se ajustan mejor en coste y especificaciones al modelo de vehículo que deseamos producir. Además, como se verá en puntos posteriores, hay segmentos de vehículos que se ajustan mejor al estado del arte del coche eléctrico actual. Serán estos modelos en los que nos centraremos a la hora de que sean objeto del Retrofit. 2.3 CARACTERÍSTICAS OBJETIVO DEL PRODUCTO: RETROFIT WINDOW Una vez obtenidas las necesidades del consumidor, y consecuentemente las especificaciones que debemos responder a la otra parte de la cuestión del punto anterior. Hemos concretado que hay ciertos modelos que serán más eficientes, pero un mismo modelo puede tener kilometrajes, edades y usos distintos. ¿Influye esto a la hora de realizar la conversión? La respuesta a esta pregunta se esconde en la curva de depreciación y amortización del vehículo. Los componentes de un ICV se deprecian a lo largo de su vida útil, bien por transcurso de tiempo natural o bien por su uso (comúnmente conocido como kilometraje).Distintos componentes se deprecian a distintas velocidades. Así, la correa de distribución, por ejemplo, tiene una vida útil muy superior a las pastillas de freno, pero a su vez la carrocería tiene de media una vida útil superior a ambas. En términos generales, puede realizarse una aproximación de la amortización global de un vehículo, dependiendo del uso diario que se le dé al mismo. En las ilustraciones “9, 10 y 11” se ofrece una curva de depreciación dependiendo del kilometraje y el coste de matenimiento del vehículo.: La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 11 9. Depreciación y costes de mantenimiento de un vehículo de cuatro ruedas operado en torno a 20 km diarios. Fuente: “Analysis of critical issues in retrofitting of ICE vehicles”, P. I. College of Engineering y I. Army Institute of Technology Pune, 2021. [12] 10. Depreciación y costes de mantenimiento de un vehículo de cuatro ruedas operado en torno a 40 km diarios. Fuente: “Analysis of critical issues in retrofitting of ICE vehicles”, P. I. College of Engineering y I. Army Institute of Technology Pune, 2021. [12] La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 12 11. Depreciación y costes de mantenimiento de un vehículo de cuatro ruedas operado en torno a 60 km diarios. Fuente: “Analysis of critical issues in retrofitting of ICE vehicles”, P. I. College of Engineering y I. Army Institute of Technology Pune, 2021. [12] 2.3.1 Concepto de Retrofit Window Las “figuras 9, 10 y 11” representan el ciclo de vida del vehículo y la depreciación que sufren debido al uso y el tiempo (diferenciando entre ellas el uso diario al que se someten vehículos de cuatro ruedas). La edad de adaptación más eficiente será esta en la que los componentes que vamos a desechar se han depreciado lo suficiente como para haber sido amortizados, teniendo además en cuenta que los componentes que se mantienen en el vehículo tienen todavía periodo de vida útil suficiente para equipararse con el de los componentes eléctricos a incorporar. Esto se ejemplifica en la ilustración 12: : 12. Depreciación de componentes en un instante t0. Nota: Elaboración propia En la ilustración 12 se aprecia como al realizar Retrofit en un instante temporal “t0”, los componentes “+1” (componentes nuevos incorporados) incian su curva de depreciación,mientras La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 13 que los componentes “0” (componentes que se mantienen en el vehículo) continúan con su curva de depreciación. Esta notación se ha empleado a la hora de diseñar el proceso, y se explicará nuevamente en el punto 3 de este mismo TFG. El eficiente será que el tiempo de vida útil restante del componente “0”, sea igual o mayor al tiempo de vida del componente “1”, amortizando así los componentes que instalamos. Es por eso que realizar Retrofit demasiado pronto provoca que no se amorticen lo suficiente los componentes “-1” (los que sí se extraen) (Ej: Te compras un coche y al mes siguiente le cambias un motor nuevo por un electrico. Esto carece de sentido). Por el contrario, si se realiza el Retrofit demasiado tarde, los componentes que se mantienen estarán demasiado deteriorados, dando lugar a un coche viejo con componentes muy nuevos (Ej: Una dirección de 30 años que funciona mal con un motor nuevo, tampoco tiene mucho sentido). Este concepto es denominado “Retrofit Window”, o ventada de conversión, en español. Se ejemplifica en la “ilustración 13”. 13. Retrofit Window según la depreciación de un vehículo en años. Nota: Elaboración propia. Esta ventada depende No sólo del uso diario (uso dirario del vehículo), sino también de la edad natural de los componentes (años desde su fabricación) y del trato que reciba el vehículo (siendo este un factor muy variable y complejo de estudiar). En la figura 14, y en su tabla resumen “tabla 2”, se muestra la edad de adaptación sugerida para un vehículo de cuatro ruedas en función del uso al que han sido sometidos. El punto eficiente para el vehículo menos utilizado se encuentra entre la edad de 9 a 10 años, 8 a 9 años para el medio utilizado y 7.5 a 8 años para un vehículo de cuatro ruedas muy utilizado. [13] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10 Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15 Año 16 Año 17 Año 18 Año 19 Año 20 Retrofit Window Franja de Conversión Depreciación del vehículo % La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 14 14. Comparativa de la depreciación de un vehículo respecto a su ciclo de vida Nota: Adaptada de “Analysis of critical issues in retrofitting of ICE vehicles”, Rajlaxmi Darekar, 2021. [13]. N.º Years Average Km Having a daily run of 20 km/day 9 65,000 Having a daily run of 40 km/day 8 115,000 Having a daily run of 60 km/day 7.5 160,000 Tabla 2. Amortización según el uso diario. Nota: Elaboración Propia a partir de la siguiente referencia [13] Por lo tanto, será conveniente realizar Retrofit en la franja anterior, es decir, a vehículos en el rango de 7 a 10 años como máximo, debiendo descartar así vehículos demasiado jóvenes (< 7 años) y vehículos demasiado viejos (>10 años). 2.4 CONCLUSIONES RESPECTO AL PRODUCTO El kit de conversión y el desmontaje de los elementos requiere que se acoplen los sistemas incorporados a la automática y electrónica del vehículo, así como que se instalen las protecciones pertinentes al nuevo sistema eléctrico. Esto requiere de un proceso productivo, que se deliberará posteriormente el cómo se llevará a cabo, debido a las limitaciones de clientes potenciales, Una vez tenemos los clientes que estarán dispuestos a comprar nuestro producto, las necesidades que deben satisfacerse, y a qué rango de vehículos podemos optar, analizaremos qué modelos ofrecen más oportunidades al Retrofit dentro de los requisitos económicos y materiales del cliente. Se ha realizado un estudio de mercado en el que se analizan numerosos modelos y sus ventas de años anteriores para obtener un número de vehículos que podrían ser susceptibles a una conversión, y por tanto parte de nuestro proceso. En el anexo se adjunta el proceso completo, aunque sí es reseñable comentar las siguientes tablas: La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 15 Modelos que estudiar1 N.º Apariciones en Top 10 Peso Medio (KG) Ventas 2013 Ventas 2014 Ventas 2015 Ventas 2016 Ventas 2017 Ventas 2018 Ventas 2019 Total, Unidades Seat Ibiza 5 1065 23152 31.418 27562 31936 33.802 31.474 25.134 174125 Opel Corsa 6 1.165 20090 20708 23371 26904 26.750 22.847 22.352 163022 Volkswagen Polo 6 1.181 20284 20284 23803 25424 23.860 28.170 19.717 161542 Renault Clio 5 1.178 19958 23.022 20698 25366 28.873 28.798 25.555 149248 Dacia Sandero 4 1.115 N/D 25.338 20936 25070 26.794 31.121 33.882 137803 Peugeot 208 4 1.177 N/D N/D N/D 21596 20.943 20.742 21.205 84486 Citroën C3 4 1.105 N/D N/D N/D 12674 19.982 20.801 21.650 75107 Fiat 500 (urban) 3 940 N/D 10735 N/D 13261 N/D 26.997 17.295 68288 Hyundai I20 3 1.088 N/D N/D N/D N/D 12.078 12.743 10.674 35495 Ford Fiesta 3 1.110 N/D N/D N/D 12466 10.900 11.580 N/D 34946 Tabla 3.Ventas Anuales de vehículos Utilitarios Nota: Elaboración Propia a partir de distintas referencias [13, 14, 15, 16,17, 18] A partir de los datos anteriores, se realiza una segunda iteración los modelos que mayor número de apariciones en el ranking, y por lo tanto, mayor número de unidades en circulación. Se ha valorado en especial que la mayoría de las unidades se encuentren en una franja de edad de entre 6 y 10 años, siendo este el rango de edad del vehículo óptimo para la realización de Retrofit que se definió en el punto anterior. Se ha realizado un estudio de mercado en el que se analizan numerosos modelos y sus ventas de años anteriores para obtener un número de vehículos que podrían ser susceptibles a una conversión, y por tanto parte de nuestro proceso. En el anexo se adjunta el proceso completo, aunque sí es reseñable comentar las siguientes tablas: 1 Se ha tenido en cuenta el número de veces que el modelo ha entrado en el top 10 de ventas anuales en España, siendo así “N/D” en la tabla distintivo de la ausencia de ese modelo en dicho ranking La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 22 • La subida de precios debido a las condiciones materiales de los ultimos meses (crisis de semiconductores, metales raros muy encarecidos, inflación y crisis energética) se ha visto reflejada en los motores eléctricos. Aún así, en el mercado europeo, el motor que más se ajusta a nuestras especificaciones es el NexGen Hyper 9. A pesar de que quizás esté sobredimensionado, disponemos de información al respecto al haber sido estudiado en otros TFG (Banegil Collado, Tomás Manuel 2021). Al indagar en el mercado asiático, encontramos un abanico tanto de gama como de precios mucho más amplios, ajustándose más a nuestros requerimientos tanto de coste como de especificaciones. Aunque sean más favorables para nuestro proyecto, debido a la falta de información acerca de estos productos, se continuará con el NexGen Hyper 9. 2.6.2 Sistema de Baterías Otro componente clave y genuino de un EV es el sistema de baterías. Estas son el reservorio de energía eléctrica del EV. Ya que las baterías representan directamente la autonomía del vehículo, y en el punto 2.2 se llegó a que los clientes potenciales No requieren más de 100-150 Km de autonomía diaria, se refleja en los comentarios de la “tabla 6” las necesidades de potencia y capacidad de las baterías Las baterías se instalarán en el capó y en la parte del depósito de combustible, para mantener y balancear el peso del vehículo de tal modo que varíe lo menos posible el centro de masas respecto al original.Esto se explicará posteriormente más en detalle en la sección 3 de este TFG. 2.6.3 Placa Adaptadora Este elemento no se incluye en un EV de serie, por lo que junto con los soportes son elementos incorporados que debemos diseñar para que nuestro vehículo funcione correctamente. Esta es en enlace único para juego de Motor y caja de cambios, por lo que para cada modelo de vehículo originario deberemos diseñar su propia geometría de Placa adaptadora. “Uno de los aspectos más importantes en la conversión es como conectar la caja de cambios al nuevo motor eléctrico. Esto se hace normalmente con una placa adaptadora que ajusta en ambas caras de la caja de cambios y el nuevo motor. Esta placa se tiene que diseñar y fabricar con una muy alta precisión, ya que la geometría de la transmisión puede peligrar si hubiera errores. Hay fabricantes que venden ya placas terminadas y probadas. La otra opción costaría más tiempo, pero puede ser más barata, y es diseñarla uno mismo.” [18] 17. Placa Adaptadora instalada en el Motor eléctrico Fuente: “Elektrum Cars©”, [18] La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 23 18.Ensamble Motor Placa Caja Cambios. Nota: Adaptado de documento “DISEÑO DE LOS SOPORTES MOTOR Y ACOPLES DE TRANSMISIÓN PARA LA CONVERSIÓN DE UN MAZDA MX5 A VEHÍCULO ELÉCTRICO” Tomás Manuel Banegil Collado, 2021. 2.6.4 Soportes del Motor: Los soportes permiten colocar en los mismos anclajes del motor original a nuestro motor eléctrico. Así la instalación se vuelve más sencilla, la homologación más accesible, y además se amortiguan las vibraciones que provoque el motor para una conducción más cómoda. Deben ser diseñados y mecanizados, y al igual que la Placa adaptadora, son exclusivos para cada modelo de vehículo, por lo que debemos de contar con un diseño por línea de producto con Retrofit. Corresponden a los elementos señalados en rojo en la “ilustración 18”. 2.6.5 Sistema de Gestión de Baterías: El sistema de Gestión de Baterías (por sus siglas en inglés BMS) Incluiremos tanto el sistema de gestión electrónico como el sistema de climatización de la batería. Este sistema hoy en día viene instalado con los paquetes de baterías o en su defecto en el inversor de corriente, por lo que se corresponde a un controlador tradicional que gestiona la carga y descarga de cada módulo de nuestro paquete. 2.6.6 Inversor/Convertidor El convertidor de corriente cumple dos funciones esenciales. Si la energía de la fuente de carga es corriente alterna, el convertidor trasforma la corriente alterna en corriente continua, ya que la batería del vehículo acumula la corriente en forma de continua. El convertidor también trasforma la corriente alterna obtenida en las frenadas regenerativas. [19] Muchos convertidores vienen de serie acoplados en sistemas con motores para que funcionen de manera eficiente, aunque también es posible su instalación por separado. 19. Ilustración de un Inversor de EV Nota: Adaptada de “El Confidencial”, 2021,[22] La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 24 2.6.7 Unidad de Control Como en cualquier sistema electrónico, la Unidad de Control electrónica (por sus siglas ECU en inglés) es el elemento responsable de gestionar el funcionamiento de todo el motor eléctrico. Se encargará de recibir la señal de aceleración del sistema, y estar conectada a todo el sistema electrónico de nuestro vehículo original y a los sensores originarios del vehículo, tanto de conducción propios, como de seguridad y confort. El módulo electrónico recibe las órdenes del conductor y de los sensores, que luego son leídas y procesadas para controlar el sistema de propulsión. 2.6.8 Sistema Aceleración Traduce el comportamiento del acelerador (actuador) en una señal eléctrica. Sistema que emplea como insumo corriente eléctrica alterna de la red para mediante el inversor, almacenarla como corriente continua en las baterías. En caso de cargar desde un sistema de carga rápida la corriente entrante es directamente eléctrica. 2.6.9 Bomba de Vacío para el Servofreno Eléctrico: Los ICV (vehículos Combustión Interna por sus siglas en inglés) tienen una bomba de vacío que ayuda a poder accionar el freno hidráulico aumentando la presión en el sistema de frenos. Para suplir este sistema que no está presente en los EV, se incluye un homónimo en versión eléctrica que supla esta función. 20. Bomba Vacío. Nota: Adaptado de ”Elektrum Cars©”. [19] 2.6.10 Protecciones eléctricas: Toda la aparamenta 3 necesaria para cumplir la norma de la instalación. Se incluyen tanto relés como fusibles e interruptores magnetotérmicos para accionar y proteger los componentes del vehículo y a sus pasajeros. 2.6.11 Sistema de Carga: La conexión a la corriente eléctrica se realiza a través de la toma de carga. En este caso, un vehículo eléctrico puede contar con varias opciones de recarga, que dependerán del tipo de cargador usado. Para ello, será necesario que el vehículo equipe una toma para varios tipos de carga, a fin de que el usuario pueda repostar desde con corriente alterna monofásica hasta corriente continua trifásica. [19] Incluimos la siguiente figura para mostrar los tipos de cargadores disponibles en el mercado: 3 Equipo, aparato o material previsto para ser conectado a un circuito eléctrico con el fin de asegurar una o varias de las siguientes funciones: protección, control, seccionamiento, conexión. [46] La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 25 21. Tipos de enchufes para cargadores de EV Estos varían dependiendo del tipo de carga que admiten (Corriente Alterna “AC por sus siglas en inglés”, Corriente Continua “DC por sus siglas en inglés”, o ambas) y también del amperaje máximo que admiten (reduciendo o aumentando el tiempo cargar). Duración aproximada requerida Potencia Características Carga a baja potencia <3,7 kW Desde 9 horas hasta 5,5 horas 2,3 kW (10 A-230 V) 3,7 kW (16 A- 230 V) Se prevé que sea la recarga diaria de viviendas unifamiliares y de edificios, y que se realicen en horas nocturnas. Carga a potencia normal > 3,7 kW <22 kW Desde2 horas hasta 1 hora 11 kW (10 A-400 V) 22 kW (32 A- 400 V) Es la más indicada para recarga fuera de la vivienda. Son puntos repartidos entre lugares acceso público como parkings, centros comerciales, etc. Carga a alta potencia > 22 kW Desde 45 min a 25 minutos 43,6 kW (63 A-400 V) Sistemas de Carga Ultrarrápidos que todavía están en desarrollo y expansión. Tabla 7. Tipos de Recargas de Vehículos eléctricos. Nota: Elaboración propia a partir de especificaciones de vehículos comerciales. 2.7 COMPONENTES A RETIRAR DEL VEHÍCULO DE COMBUSTIÓN DURANTE EL PROCESO DE CONVERSIÓN Para poder incorporar a nuestro chasis todos los componentes que convertirán nuestro ICV en un REV, necesitamos primero extraer los componentes del vehículo original propios del sistema de combustión y todos los elementos que intervienen de alguna forma en un proceso que deja de sernos útil. Como se detalla más adelante en este TFG, los componentes recibirán su trato correspondiente para tratar de valorizar los residuos de nuestro proceso. Dicho esto, indicaremos (sin detalle en la mayoría, ya que no son elementos que estudiar) los componentes que deben sustraerse del vehículo: La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 26 22. Partes de un automóvil. Fuente: “partesdel.com”. [20] 2.7.1 Elementos del Exterior del motor Se prescinde de los siguientes componentes: • Filtro del aire • Carburadores • Bombas de gasolina • El depósito: Se sustituirá y en su emplazamiento se instalarán el sistema de carga y las baterías • Sistema de escape: se extraen: el tubo de escape, el colector de escape y el catalizador. • Circuito de Refrigeración, Radiador y Sistema de Ventilación completo: No son necesarios debido a que el motor eléctrico incluye refrigeración líquida interna. 2.7.2 Elementos de Transmisión En cuanto a la trasmisión, a pesar de que los EV de nueva fabricación son automáticos (debido a que se regula el par mediante la ECU), la mayoría de los proyectos de Retrofit mantienen la caja de cambios manual, ya que se permite así variar el par de salida del motor, teniendo los mínimos cambios en la estructura del vehículo, cosa que facilita la homologación y reduce sus costes. Los motores eléctricos no tienen marchas, por lo que regulan la potencia instantánea (Par del motor) a través de un controlador externo, ya sea manual o automatizado. [21] El nuevo motor eléctrico se acopla la caja de cambios que poseen los ICV para que las antiguas marchas ofrezcan ahora distintos pares (emulando las marchas del coche tradicional). Es por esto por lo que esta no será descartada. A pesar de que en este caso nosotros operaremos de esta manera, existe otra vertiente que extrae también la caja de cambios y el embrague. Esta solución aun siendo algo más elegante a mi parecer, encarece el proyecto tanto en costes de componentes como de homologación. Al mantener la caja de cambios, aparece la necesidad del diseño de la placa adaptadora descrita en el punto anterior. El diseño de esta placa es crucial, ya que un mal acople daña los ejes y genera muchas vibraciones, lo que hace la conducción muy incómoda. Además de la caja de cambios, muchos de los proyectos mantienen también el sistema de embrague, mientras que otros utilizan la palanca de cambios para enviar señales a un controlador eléctrico que regula el par del motor. Se cita un ejemplo de cada alternativa de la misma empresa. [14] [22] La Movilidad Eléctrica y el Retrofit 27 Si se suprimirán: • Cilindro de accionamiento del embrague y pedal del embrague. • Volante de Inercia: Deja de ser necesario, debido a que a diferencia de en los motores de 4 tiempos, los motores eléctricos tienen un par de salida constante y no discontinuo. Aún así, en muchos proyectos se mantiene soldado a la placa adaptadora para un acople correcto, aunque pierde su función inicial. 2.7.3 Elementos eléctricos • Batería de serie del vehículo: Debido a que se instalará un sistema de baterías, no es de utilidad. • Motor de Arranque: No se necesita un motor eléctrico para accionar el motor de combustión. • Dinamo: No será necesaria, debido a que por definición el motor de corriente alterna es reversible y por tanto es capaz de generar energía eléctrica cuando se acciona el freno del vehículo. [8] Estudio de Proceso 28 3 ESTUDIO DE PROCESO 3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO A REALIZAR Tras comprender el proceso y qué necesitamos para realizar la conversión, nos surge la duda acerca de cómo realizarla. Simplificando a grandes rasgos el proceso, es un proceso de desensamblado y montaje de los nuevos componentes, extrayendo primero los componentes originales del vehículo que serán eliminados del vehículo, para incluir posteriormente los nuevos componentes de movilidad eléctrica. Antes de comenzar el desarrollo de esta sección, cabe destacar el carácter iterativo del proceso de diseño del sistema productivo, incorporando y modificando el proceso productivo conforme identificamos los requisito que deben cumplirse.. Debido a esto, aunque este dividido en distintas subsecciones, se avanza en todas ellas de manera conjunta y transversal, por lo que debe entenderse este diseño como un todo, más que como un análisis individual del proceso. 3.2 ELECCIÓN DE MODELO DE SISTEMA DE PRODUCCIÓN A la hora de plantear un modelo en el que se realicen todos los cambios oportunos para obtener un REV, revisamos la tipología de procesos que existen para inferir cuál se adecúa mejor a nuestro proceso. Diseñar un proceso basado en un taller de fabricación (como los tradicionales talleres de reparación) en este caso sería contraproducente, ya que aunque sí bien es cierto que nuestros operarios dispondran de cierta polivalencia, los tiempos de proceso en el taller serán altos y por tanto nuestra capacidad de abastecer al mercado irrisoria. A diferencia que los talleres, que se caracterizan por su capacidad de flexibilidad ante trabajos de distinta naturaleza, las líneas de fabricación se caracterizan por las sucesivas operaciones que se realizan en un producto a lo largo de las estaciones. Es lógico concluir que esto encaja con las necesidades que tenemos a la hora de realizar la conversión de un vehículo. Las líneas permiten, a diferencia de los talleres, obtener un producto completo en menos tiempo y de una manera más eficiente (siempre que esté correctamente diseñada, de lo contrario resulta totalmente lo opuesto). A pesar de que a priori la línea se ajusta bastante a lo que buscamos, esta tiene sus inconvenientes. Las operaciones de nuestro proceso serán realizadas por mecánicos, y por lo tanto, están sujetas a la variabilidad del factor humano, así como a la variabilidad inherente de cualquier proceso. La variabilidad condiciona el proceso debido a que hace las estimaciones imprecisas y genera desajustes en los tiempos de proceso de cada operación y en sus respectivos tiempos de transporte.(no se tarda siempre lo mismo en apretar un tornillo, a pesar de que realice la actividad la misma persona con la misma herramienta). Es por esto que quizás una célula de fabricación pueda absorber en un mayor grado la variabilidad del proceso, aumentando la eficiencia de éste. Una célula de fabricación en U (ya sea de persecución, de posiciones fijas o de solape) es un sistema que se basa en la distribución de las actividades a lo largo de una serie de estaciones distribuídas en “U” siguiendo un flujo regular. Así, los operarios pueden supervisar más de una operación (ya sea moviendose a lo largo de las estaciones conforme se mueve el producto, o realizando tareas en varias operaciones dada su polivalencia). La célula en U brinda una mayor flexibilidad (en cuanto a multiproducto se refiere), aunque quizás este sea el factor menos determinante, ya que nuestros modelos son francamente similares. Además, se reduce la variabilidad general del proceso, dabo que no se dan lugar a tanto desajuste entre las operaciones que deben ser realizadas (si el operario “persigue” el producto y este le realiza todas las operaciones, no se producen retrasos en lo que a transporte se refiere). No obstante, las células en U reducen la capacidad de producción, y aunque son más baratas de implementar, los tiempos de ciclo también serán mayores. Como el objetivo de este TFG es la consecución de un sistema de producción que sea capaz de ofrecer productos competitivos a nivel de mercado, se decide implementar una línea de producción, buscando un precio unitario más bajo a pesar de los posibles problemas en cuanto a equilibrado que puedan presentarse. Estudio de Proceso 29 Respecto al tipo de línea que implementar, buscamos analizar los procesos que se diseñan en la industria del automóvil, para obtener una idea de cómo son diseñados. Aún así, esto se concluirá en los siguientes puntos, ya que requerimos de mayor información acerca del proceso para poder reconocer qué tipo de línea puede favorecernos más. 3.3 DEFINICIÓN DE ACTIVIDADES Y RELACIONES DE PRECEDENCIA. Para definir las actividades, conocer qué se ha de tener en cuenta y el orden en el que deben que llevarse a cabo las operaciones, decidimos ponernos en contacto con tres mecánicos de distintos talleres. Con las recomendaciones y experiencia de nuestros mecánicos, hemos definido las siguientes actividades, divididas en dos procesos principales, montaje y desmontaje, sintetizadas en sendos diagramas: Estudio de Proceso 30 23. Diagrama de Actividades de Desmontaje con relaciones de precedencia. Nota: Elaborado apartir de entrevistas a mecánicos Estudio de Proceso 31 24.Diagrama de Actividades de Montaje con relaciones de precedencia. Nota:Elaborado apartir de entrevistas a mecánicos Estudio de Proceso 38 26. Diagrama de precedencia de Actividades y Quality Gates. Montaje. Nota: Elaboración Propia. Estudio de Proceso 36 3.7 DATOS DE DEMANDA Y DE PRODUCCIÓN Para obtener los datos de la demanda posible emplearemos el método de los Ratios Sucesivos. De los datos de ventas de modelos desglosados en años en la “tabla 4”, podemos agregar los modelos susceptibles de ser convertidos en su correspondiente “Retrofit Window”, dando un total de 377.532 vehículos. Este dato inicial indica todos los vehículos que podríamos convertir ya que si fecha de matriculación se encuentra dentro del Retrofit Window. Así, es importante destacar que conforme avanzan los años, el modelo debería ser revisado para incluir una nueva franja temporal que se ajuste al rango de conversión, además de revisar qué vehículos en unos años serán los más abundantes en el parque automovilístico y por lo tanto más rentable realizar un kit de conversión genérico para su modelo. Hecha la aclaración anterior, y a partir de este dato, suponiendo que todos los vehículos tienen los mismos costes y características para nuestro proyecto, aplicamos el método de ratios sucesivos para estimar la demanda: • 377.532vehículos a convertir en España El 80% de los usuarios realizan menos de 100 km diarios (Fabian Hoeft, 2021, [11], pg 3), siendo estos los que se beneficiarán de nuestro modelo de negocio. • 302.026 vehículos que realizan menos de 100km/día. En España, la intención de comprar un coche próximamente, sea nuevo o de ocasión fue del 43% en 2022 [24]. • 129.872 usuarios con intención de comprar un coche , que realizan menos de 100 Km diarios y que disponen de uno de los modelos susceptibles a ser convertidos. El precio estimado de una conversión oscila desde 5000 € hasta los 13000 € (Fabian Hoeft, 2021, [11], pg 2), siendo este un precio asumible por el grueso de consumidores que buscan un coche de ocasión, ya que el 54,5% de los españoles gasta entre 6000€ y 15000€ al adquirir un coche de segunda mano. [25] • 70.780 usuarios con intención de comprar un coche, dispuestos a asumir el presupuesto de nuestra conversión, que realizan menos de 100 km diarios y disponen de un “modelo convertible” desde el punto de vista de nuestro estudio. 3.8 DEFINICIÓN DE LAS ESTACIONES Y LINEALIZACIÓN. Antes de comenzar, y a modo de simplificación de este TFG, no introduciremos valoraciones de variabilidad en los tiempos de las estaciones, ya que son tiempos aproximados de nuestros mecánicos y por lo tanto, no disponemos de fuentes para la toma de variabilidades fiables. Si este proyecto fuese llevado a cabo, puntualizar que deberían de tenerse en cuenta las variabilidades ya que son un factor determinante a la hora de diseñar y manejar los sistemas productivos. Si en este TFG no se lleva a cabo es por falta de datos reales, no por ser un factor de escasa relevancia. Así, se comienza el proceso de linealización con los datos de las actividades, que dan un total de 18,9 horas de trabajo (suma de todos los tiempos de proceso de las actividades). A partir de aquí, intentaremos agrupar las actividades en estaciones con tiempos de proceso similares, dando como resultado una línea más o menos eficiente, en función de la congestión de las estaciones, el Takt time o tasa de salida (cada cuanto sale un producto de la línea) y la eficiencia (cuanto tardamos de más respecto a la suma de tiempos inicial). Se incluyen ahora las ecuaciones que gobiernan dichas variables. Estudio de Proceso 37 𝑅(%)=∑(𝑡0) 𝜏 ∗ 𝑁º𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝜏 = 𝑀𝐴𝑋(𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜𝑗) Nota: Siendo “j” cada una de las estaciones que se han creado, R denota el rendimiento de la Línea., 𝜏 es el Takt Time y t0 es la suma de todas las actividades. Se busca obtener una línea lo más equilibrada posible, ya que se prefiere esto a pesar de tener un Takt algo superior. Esto es debido a que a menor Takt time, mayor producción, pero menos equilibrada está la línea y por lo tanto el tiempo de ciclo es mayor (cada unidad permanece más tiempo en la línea, a pesar de que el intervalo entre productos es menor). Además, puede preverse una variabilidad notable, y esto puede dañar el equilibrado, aumentando el inventario en proceso y los costes operacionales. Al ser un producto de gran valor añadido, preferimos una línea más eficiente que eficaz. En el documento Excel “Linealización Proceso” adjunto en anexos se pueden ver varias iteraciones en las que hemos agrupado las actividades para conseguir distintas configuraciones y sus correspondientes valores de tasa de salida y de rendimiento. Adjuntamos ahora los datos de la iteración 2, que es la que nos proporciona mayor rendimiento: 27. Definición de Estaciones y KPIs del proceso. Nota: Elaboración Propia.. Al reconocer que el equilibrado no es perfecto, debemos descartar una línea tipo síncrona, ya que la variabilidad de nuestras operaciones ocasionará retrasos inevitables en la línea. Es por esto que la línea tendrá un carácter asíncrono en la que los productos avanzarán a lo largo de esta conforme vayan sido terminados, provocando un modelo tipo “push”. Aún así, se mantendrá la estación Off line, para reprocesar los trabajos que hayan sido defectuosos a lo largo de la línea y detectados en los Quality gates. Es por esto que la línea tendrá un carácter acotado, que mantenga el pulso descrito en la “ilustración 27”. Aún así, es importante señalar que este pulso no tiene en cuenta la estación Off-line, ya que el tiempo de esta dependerá del tipo de trabajo que haya sido defectuoso, y de la frecuencia con la que se necesita reprocesado (datos de los que No disponemos). Es por esto que aun no disponiendo de datos, es lógico inferir que la línea tendrá un Takt time efectivo algo mayor al descrito. 3.8.1 Diagramas del proceso Productivo Una vez definidas las estaciones y las actividades que se realizan en cada una, ofrecemos una vista esquemática en perfil y planta de la línea de producción. Nótese que estos diagramas sirven a modo de esquema, y por lo tanto en el proceso real podría obtenerse o alterarse el diseño en función de los datos reales: 2ª ITERACIÓN Estación Actividades Tiempo estimado (h) Tack Time (h) 2,6 Desmontaje 1 1,2,3,5 2,6 Tiempo producción (h) 20,8 2 4,9 2,3 3 7,8 2,5 Rendimiento 0,908653846 4 9,1 2 5 11,12 2 (2 turnos de 8 horas) 14,66666667 Montaje Rendimiento por hora (55 min efectivos) 0,916666667 6 13,15 2,5 Nº uds /día 5,641025641 7 14,16 2,5 Nº uds/ año 1241,025641 8 17,18,19,20,21 2,5 Demanda Total 70780 Market Share 1,75% Estudio de Proceso 38 Estación 1 (1,2,3,5) Estación 2 (4,6) Estación 3 (7,8) Estación 4 (9,10) Estación 5 (11,12) Estación 6 (13,15)Estación 7 (14,16) Estación 8 (17,18,19,20,21) DESMONTAJE MONTAJE RECEPCIÓN (0.1,0.2,0.3) ESTACIÓN PRE ITV QUALITY GATE 1 QUALITY GATE 4 QUALITY GATE 3 QUALITY GATE 2 28.Vista planta del proceso productivo. Nota: Elaboración propia en Autocad a partir de la linealización del proceso. Estudio de Proceso 39 29. Diagrama en Autocad del perfil de las Estaciones del Proceso. Nota: Elaboración propia que ilustra cómo se suceden las estaciones en el proceso productivo. Es conveniente destacar que a lo largo de las estaciones, los vehículos serán desplazados por un mecanismo de arrastre de manera síncrona, y que en las estaciones que se requiera, se dotarán de sistemas que levanten el vehículo. Estas dos características no se han representado para mantener la simplificad del diagrama. Estudio de Proceso 40 3.9 DESARROLLO DE LA LOGÍSTICA INVERSA Del proceso de Desmontaje se obtienen componentes que deben de ser tratados de manera correcta y responsable. El combustible y refrigerante extraído debe ser correctamente depositado en un punto limpio o valorizado por alguna industria. Respecto a los componentes que no nos son útiles, intentaremos valorizarlos, reduciendo su impacto ambiental y nuestros costes operativos de nuestro proceso: Hemos contactado con varios desguaces para informarnos de la posibilidad de que pudieran hacerse cargo de los componentes de los vehículos, así como el precio al que venderíamos los componentes. Este es la lista de componentes que nos proporcionaron muy amablemente: Esta lista fue proporcionada por “Desguaces La Torre®”, cuyos precios eran superiores a otros desguaces: • Filtro del aire (20€) • Carburadores (30€) • Bomba de gasolina (30€) • Depósito (60€) • Sistema de escape: el tubo de escape, el colector de escape y el catalizador. (200€) • Circuito de Refrigeración (60€ solo tuberías) • Radiador y Sistema de Ventilación completo (100€) • Embrague (30€) • Cilindro de accionamiento del embrague y pedal del embrague. (30€) • Volante de Inercia (60€) • Batería por defecto del vehículo (35€) • Motor de Arranque (30€) • Dinamo (30€) Estos ingresos quedarán reflejados en nuestra lista de Materiales (por sus siglas Bom en inglés), recogida en el anexo, cubriendo para cada vehículo parte de los costes de adquisición de nuevos componentes eléctricos. Análisis del Marco Legislativo 41 4 ANÁLISIS DEL MARCO LEGISLATIVO 4.1 MARCO LEGISLATIVO EN ESPAÑA En España, todo vehículo que circula legalmente ha debido superar la Inspección Técnica de Vehículos (por sus siglas ITV). Todo cambio a un vehículo, por lo tanto, debe de ser aprobado y homologado por la ITV, y esta se rige por el Manual de Reformas (elaborado por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio en colaboración con los órganos competentes en materia de ITV de las Comunidades Autónomas, que establece las descripciones de las reformas tipificadas, su codificación y la documentación precisa para su tramitación) en su séptima revisión tras el Real Decreto 866/2010 [27]. El derecho español es un derecho jerárquico, por lo que hay que atender a los organismos supraestatales, además de ser un derecho comunitario, así debiendo atender a las normativas europeas. Este Manual de Reformas emana del marco legislativo que crea el Parlamento y el Consejo europeos (septiembre de 2007) en el que se sientan las bases para la homologación de vehículos de motor y sus remolques, sistemas, componentes y unidades técnicas independientes destinadas a dichos vehículos [27]. Para que un vehículo pueda circular en la vía pública se necesitan una serie de permisos: • ITV en rigor • Permiso de circulación • Seguro del vehículo Para poder conseguirlos, el coche debe de estar debidamente homologado por el fabricante y las empresas de certificación del país, de acuerdo con la ley vigente. Todas las reformas que se realicen necesitan estar certificadas en España por un laboratorio designado por el ministerio de industria. Se estudiarán las condiciones necesarias y las modificaciones permitidas para que estos vehículos sean legales en la vía pública, no solamente en circuitos cerrados. En el siguiente diagrama se aprecia el orden y jerarquía de la normativa en España: 30. Orden de evolución y conexión de las normativas españolas. Referencias 42 Nota: Adaptada de “DISEÑO DE LOS SOPORTES MOTOR Y ACOPLES DE TRANSMISIÓN PARA LA CONVERSIÓN DE UN MAZDA MX5 A VEHÍCULO ELÉCTRICO” Tomás Manuel Banegil Collado, 2021. [19] 4.2 HOMOLOGACIÓN DE LOS CAMBIOS DEL VEHÍCULO El “Manual de reformas” (incluído en Anexos Revisión 7) distingue a los vehículos por categorías, y dependiendo del tipo de vehículo objeto de la reforma se le requieren unos documentos u otros. Así, únicamente nos atañe lo referente a la “categoría M” (“Vehículos a motor destinados al transporte de personas y que tengan por lo menos cuatro ruedas, o tres ruedas y un peso máximo superior a 1 tonelada”) [28]. Del apartado del Manual “5. Documentación Exigible” obtenemos los siguientes documentos a entregar para obtener la homologación: • Proyecto Técnico (Que debe Incluir los siguientes documentos) ▪ Memoria ▪ Objeto de la Reforma ▪ Características del vehículo antes y después de la Reforma ▪ Descripción de la Reforma ▪ Cálculos Justificativos ▪ Pliego de Condiciones ▪ Planos • Certificado de dirección final de obra • Informe de Conformidad • Certificado de Taller • Documentación Adicional • Conjunto Funcional • Inspección específica. Puntos a Verificar. • Normalización de la anotación de la Reforma en la Tarjeta ITV • Información Adicional A priori debieramos entregar toda la documentación anterior, pero es conveniente puntualizar que esta documentación NO siempre es requerida de manera completa, depende del grado de reforma y del grupo funcional en el que se alojen los cambios. Estudiaremos ahora , para cada función, qué cambios requieren homologación según el Manual de Reformas y qué nivel de documentación requieren: Encontramos la información deseada en la “SECCIÓN: I GRUPO: 2 (2.11) Unidad Motriz: Modificaciones sobre la configuración de la Unidad Motriz del Vehículo.” DOCUMENTACIÓN NECESARIA o Proyecto Técnico o Certificación final de obra o Informe de Conformidad (Para la emisión del informe de conformidad será imprescindible que el vehículo transformado disponga de ficha de rescate.) o Certificado del Taller Conjunto Funcional: El titular del vehículo o la persona por él autorizada aportará: - Copia de la Resolución de la Autoridad de homologación. - Informe según Anexo II. Referencias 43 - Certificado del taller según Anexo III INSPECCIÓN ESPECÍFICA. PUNTOS A VERIFICAR SEGÚN MANUAL DE PROCEDIMIENTO DE INSPECCIÓN DE LAS ESTACIONES ITV (SECCIÓN I) • Capítulo 5. - Emisiones • Capítulo 6. – Frenos • Capítulo 9. - Motor y Transmisión (Gobierno de España, Manual de Reformas, 2022, SECCIÓN: IGRUPO: 2 (2.11) Pg 1-3) Revisando el resto de puntos del manual, al conservar la transmisión original, no es necesario presentar ninguna modificación de ésta, ni tampoco del sistema electrónico del vehículo, ya que se mantiene la tecnología de serie, salvo la manera en la que se alimenta al sistema. Las agujas o panel eléctrico seguirán indicando revoluciones y velocidad, y el display de gasolina representará el nivel de batería restante Es importante NO sobrepasar con el nuevo motor la potencia máxima del original, ya que tendríamos que incurrir en mayores procedimientos de inspección. Referencias 44 4.3 OBTENCIÓN DE LOS CERTIFICADOS DE TALLER E INFORME DE CONFORMIDAD Como hemos visto en el punto anterior, para que nuestro vehículo pueda derrapar como es debido, necesitamos los certificados y homologaciones que hemos relatado anteriormente. Ahora vamos a ver qué se necesita para obtener cada uno con algo más de profundidad. 4.3.1 Proyecto Técnico Es un documento de Ingeniería en el que se Según el Manual de Reformas, el Poryecto Técnico es un documento en el que se detalla la ingeniería de la reforma, se identifica al técnico competente,y las características del vehículo (incluyendo marca, tipo, variante, denominación comercial, número de identificación y matrícula. En caso de que el vehículo reformado coincida con un tipo homologado en primera o sucesivas fases, no se necesitará un proyecto técnico para llevar a cabo la reforma. Asimismo, si se trata de una restitución o desinstalación de elementos y el vehículo resultante está cubierto por una homologación de tipo, tampoco se requerirá un proyecto técnico. El proyecto técnico debe detallar todas las transformaciones que se pretenden legalizar en el vehículo, incluyendo las modificaciones relacionadas con Regulaciones de la Comisión (CRs) para las cuales el proyecto técnico no es obligatorio. No es necesario incluir cálculos específicos para estas últimas (Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana, 2021). Es por esto que las empresas pioneras del sector están intentando obtener una homologación de producto final, en la que se recoja toda la conversión de un proceso global y se reduzca la complejidad legal. Aún así, esta iniciativa todavía no ha dado sus frutos, por lo que deberíamos entregar un proyecto técnico por cada vehículo hoy en día. 4.3.2 Certificación final de Obra De acuerdo con el Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana (2021), en el proceso de identificación para la legalización de reformas en un vehículo, se debe proporcionar información detallada que incluya el técnico competente, el vehículo (marca, tipo, variante, denominación comercial, número de identificación, matrícula y fotografías del vehículo después de la reforma), las reformas realizadas y los talleres donde se han ejecutado las reformas. Las fotografías deben mostrar el aspecto general del vehículo y los detalles de la reforma realizada. El certificado de dirección final de obra debe estar identificado de forma inequívoca en todas sus páginas, con las páginas numeradas e indicando en todas ellas el número final de páginas, incluyendo los anexos. Además, hará referencia a la identificación inequívoca del proyecto, incluyendo los datos profesionales del titular y el número o código de proyecto técnico, indicando el nivel de modificación. Se debe certificar que se han realizado las reformas en el vehículo referenciado de acuerdo con el proyecto técnico y la documentación adicional correspondiente. La fecha del Certificado de Dirección Final de Obra siempre será igual o posterior a la fecha del Certificado de Taller (Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana, 2021). Para poder obtener nosotros mismos la acreditación de expedición de Certificados de Obra, debemos obtener una Habilitación profesional (Junta de Andalucía, 2023, [26]). Para esto es necesario realizar unos trámites, y cumplir con las normas de nuestra provincia y comunidad autónoma en materia de industria, capacidades técnicas y el cumplimiento de normas, requisitos y responsabilidades. En la “referencia 26” se encuentra un listado de normas que cumplir, y el proceso de tramitación de la solicitud. En resumen, muy tedioso, pero eficiente una vez obtenido, ya que nos acreditamos a nosotros mismos que la reforma se ha llevado a cabo del modo debido. Referencias 51 vehículos). Dicho esto, un precio aproximado acerca del coste de este proceso de homologación se encuentra en este extracto: “El proceso de reforma para homologar un retrofit requiere que se realicen diferentes ensayos por cada característica técnica que se modifique (motor, transmisión, frenos, reparto de masas...). Sánchez explica que realizar todo este proceso para homologar un solo vehículo cuesta unos 7.000 euros en ensayos. Si queremos conseguir la misma certificación para homologar un kit con el que transformar un número limitado de coches en España el precio se multiplica. En eCoche© aseguran que "homologar un paquete de baterías genérico puede costar hasta 70.000 euros, coste que va separado de la homologación del vehículo". Como solución posible para superar este elevado precio, se explica que las diferentes empresas que se dedican a este propósito se unen para compartir costes de homologación.” (Jesús Martín, Motorpasión.com, 2019) [33] De lo que hemos podido obtener, aproximadamente el coste de 1 vehículo (componentes e instalación) se equipara con el de los ensayos, ya que estos destruyen la batería y posiblemente el sistema eléctrico del vehículo. Además, deben pagarse unas tasas, que conciernen a los costes de tramitación del proyecto de Ingeniería y los certificados del taller, así como las tasas de ITV del vehículo ; El coste de una homologación de una reforma en el coche, más allá del coste de la pieza, ronda los 300 euros y puede llegar hasta 500 euros, si se trata de cambios mayores. En todo caso, si se realizan varias modificaciones a través de talleres de garantías y con piezas legales, se puede abaratar el coste de pasar por ITV (45€) o de certificar las piezas individualmente (aprox 100-150€). [34] Con la información anterior, supondremos que el coste de homologación de nuestro vehículo será igual al coste de producción de la 1 unidad por modelo, que será la que sufrirá los ensayos, más los 500 € que deben pagarse por cada uno en materia de tasas y ensayos. Ya que estamos hablando de 5 homologaciones, el precio total será 5 veces el coste de producción de 1 vehículo tipo, más 5 veces las tasas de homologación. Esto se recoge en los Anexos, documento Excel “Bills of Materials”, hoja “Modelo de Costes”. Referencias 52 5.2 COSTES TOTALES Y PRECIO OBJECTIVO Con los precios anteriores y las unidades que podemos producir, podríamos concluir en los siguientes PVP: Costes Descripción Costes (€) Coste materiales Suma de la adquisicón de componentes 5.787,00 € Costes unitario de Producción 44 €/h operarios * Tiempo Ciclo 915,20 € Costes unitario de Estructuras 20 €/h estructuras * Tiempo Ciclo 416,00 € Costes homologación 5*(Coste producción + Tasas homologación) 38.091,00 € Coste homologación Unitario Coste legal/ Nº uds (anuales) 30,72 € Coste total unitario 7.210,36 € Precio (incluyendo un 25 % márgen) 9.012,94 € Tabla 10. Costes Generales Viendo los costes anteriores, somos capaces de ofrecer un PVP que ronde los 9000€, incluyendo nuestro beneficio industrial. Este precio dista del precio que ofrecen nuestros competidores, pero debemos tener en cuenta lo dura que es la legislación en España, ya que no se reciben ayudas y la homologación tan rígida penaliza nuestro proceso. Además, se está suponiendo que se nos permite homologar un vehículo como conjunto replicable y que por lo tanto no requerimos realizar el proceso cada vez que entreguemos una unidad. Si nos pusiésemos en el supuesto de que el estado subvencionase el Retrofit al igual que subvenciona la adquisición de vehículos híbridos y eléctricos hasta con los 7000€ que ahora mismo se otorgan, el Retrofit tendría una seria ventaja competitiva respecto al EV de nueva fabricación. Aún así, si compraramos nuestro precio con el del EV más barato en el mercado, estamos reduciendo la Barrera de entrada del sector hasta un 50%. Análisis Económico y de Viabilidad 53 6 CONCLUSIONES Lo primero que me gustaría destacar es el escenario desfavorable en el que este TFG se ha desarrollado: Vivimos ùltimamente una reciente crisis de Semiconductores, una escalada de varios órdenes de magnitud en los precios desorbitados del Litio ( octuplicados en la última década y la gran dependencia de la industria del EV a este). Además, no podemos olvidarnos del periodo la inflación provocada por el inicio de la guerra de Ucrania, generando una escalada de precios en los últimos años. Por otra parte los fabricantes de EV han reducido su márgen para ser ganar cuota de mercado. Tesla ha provocado este movimiento reduciendo su margen a principios de este año (anteriormente en nada menos que 10.000$ por vehículo. [35] [36] Cuando los precios suben, y la inflación sube, la gran empresa lucha de manera mucho más eficiente contra la subida de costes que un minorista, por lo que sus precios son más competitivos y por lo tanto nuestra diferenciación con respecto a ellos disminuye. Si el objetivo principal de este TFG era proporcionar al consumidor una alternativa asequible para todos los bolsillos, creo que es justo decir que no se ha cumplido totalmente. Es por esto que intentamos ofrecer un enfoque a gran escala que pueda competir contra la industria de movilidad eléctrica, aun estando distantes de los presupuestos que emplean las casas de automoción. Por otra parte, el desarrollo de la tecnología de Baterías permitirá la reducción de los precios de los componentes (el 70% de los costes del vehículo son motor y baterías). Este sector está desarrollándose a gran velocidad, pudiendo hablarse incluso de carrera tecnológica, por lo que esto podría permitir que en pocos años se produzcan baterías de bajo coste, reciclables y con precios competitivos. Esto es, en mi opinión, el factor determinante para la adopción o desaparición de la movilidad eléctrica, y en particular del Retrofit, ya que se reducirán en gran medida los costes y por tanto el mercado permitirá la entrada de más consumidores . Además, veo conveniente destacar que en la actualidad el sector eléctrico goza de subvenciones de hasta 7000 € para la adquisicón de un vehículo de 0 emisiones. En España, esta subvención NO se ofrece en el momento de la adquisición, sino meses después de esta, por lo que no es una ayuda directa al acceso a este mercado. Además, esta suvención se percibe como un ingreso extraordinario de patrimonio, por lo que se le cobran impuestos al final del año fiscal. En resumen, desde mi punto de vista es una ayuda poco eficiente para el usuario, y eficiente a nivel político y económico para el estado. Si se compara con otras ayudas de otros países para el mismo sector, estos ofrecen exenciones fiscales, compensando así la compra con una taxación más laxa y no susceptible de impuestos al no contar como ingreso patrimonial. La conversión de ICV a EV NO es elegible para estas subvencones a día de hoy (a pesar de Si obtiene el vehículo la pegatina de 0 emisiones por parte de la DGT). Estas ayudas podrían facilitar en gran medida las conversiones y hacerlas ampliamente viables para la mayoría, reduciendo las emisiones no únicamente en el ahorro de combustible, sino en las emisiones generadas por la producción de nuevos componentes. Si el gobierno facilita estas ayudas para la electrificación del parque automovilístico en España, lo coherente desde mi punto de vista sería facilitar además el Retrofit de vehículos, haciendo del parque uno más sostenible y duradero. La tecnología de conversión de vehículos sí puede realizarse a escala industrial,y como se ha demostrado ofrece precios más competitivos y opciones medioambientalmente sostenibles para el consumidor.El principal escollo que se encuentra, como se ha relatado anteriormente, es la homologación, y diria que junto con el elevado precio de las baterías, son los factores que distancian el Retrofit de una adopción a gran escala. Referencias 54 REFERENCIAS [1 ] L. i. d. c. e. p. Á. Sauras, «La idiotez del coche eléctrico por Álvaro Sauras,» [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=WBIKw5GJeNo. [Último acceso: 10 Enero 2023] [2 ] «quecochemecompro,» [En línea]. 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