ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS COSTES DE MANTENIMIENTO Y CONSUMO ENERGÉTICO DE DIFERENTES TIPOLOGÍAS DE PROPULSIÓN DE AUTOBUSES

V. Macián, B. Tormos, S. Ballester, J. Chiner, L. Navarro, A. Giménez 16 de marzo de 2023

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16 min. de lectura

Vicente Macián Martínez
CMT-Motores Térmicos
Universitat Politècnica de València

Bernardo Tormos Martínez
CMT-Motores Térmicos
Universitat Politècnica de València

Santiago Ballester Bauset
CMT-Motores Térmicos
Universitat Politècnica de València

Josep Chiner Palmi
Empresa Municipal de Transportes de Valencia

Luis Navarro Chirivella
Empresa Municipal de Transportes de Valencia

Antonio Giménez Polo
Empresa Municipal de Transportes de Valencia

RESUMEN

Ante la diversidad de tecnologías de propulsión que coexisten actualmente en las flotas de transporte urbano (Diesel Euro 3 a Euro 6, GNC, Híbridos, Eléctricos), con diferentes tipos de vehículos (estándar 12 m y articulado 18 m), es necesario evaluar de forma comparativa los costes de mantenimiento y el consumo energético que se derivan de la operación de los vehículos teniendo en cuenta todos los factores que influyen como mano de obra, materiales, costes de gestión, subcontratación, coste del vehículo, consumo de energía, costes de las diferentes fuentes de energía, kilometraje recorrido, etc. Además, se debe considerar la evolución de estos a lo largo de la vida del vehículo, con el objeto de obtener el ciclo de vida económico (Life Cycle Cost-LCC). La comparativa de los costes tiene varios enfoques que se pueden analizar a nivel táctico, con el seguimiento y control de las variaciones de los costes que determinará aquellos aspectos del mantenimiento que tienen incrementos por encima de lo esperado para poder analizar las causas y actuar sobre ellos, y a nivel estratégico, que permitirá establecer una política de renovación de flota que combine de forma óptima el impacto económico, la máxima disponibilidad y la mínima repercusión medioambiental.

INTRODUCCIÓN

En primer lugar, a nivel táctico resulta de gran utilidad tener monitorizados todos los costes que se derivan del mantenimiento de los vehículos y poder analizar sus variaciones para tomar las decisiones oportunas que permitan su control y optimización.

En segundo lugar y a nivel estratégico es necesario considerar el escenario actual de las flotas de transporte urbano, que presenta una gran complejidad por la coexistencia de diferentes tipologías de propulsión y se plantea una incertidumbre respecto a que tecnologías van a ser las que desaparezcan, prevalezcan o aparezcan; en un horizonte de 10 años.

Además, tanto en la situación actual como futura es imprescindible contemplar la repercusión medioambiental de las diferentes tipologías con el objeto de minimizar las emisiones a la atmósfera.

DATOS PARA EL ESTUDIO

El periodo considerado va desde el 1 de enero de 2014 al 31 de diciembre de 2019.

Los datos utilizados en el estudio se han obtenido de las siguientes fuentes:

• Base de datos del GMAO de la EMT de Valencia: datos de flota, km recorridos, consumos; tiempos fichados de las operaciones de mantenimiento; costes de los materiales utilizados en las operaciones; facturas de talleres externos.
• Datos de contratos de “Limpieza, repostaje y control de niveles”.
• Datos de “Recursos humanos” para los costes de mano de obra de gestión y otra mano de obra no imputada en el GMAO.
• Datos de costes de ITV para Diesel y GNC, así como los datos de costes de las inspecciones especiales de las botellas y del circuito de GNC.

La flota considerada para la comparativa por tipologías de propulsión comprende 9 marcas y 20 modelos con edades entre 1 y 13 años abarcando desde los modelos de tamaño estándar Diesel Euro 4 hasta los modelos Euro 6, los modelos GNC, los modelos híbridos Euro 6 y los Diesel Articulados Euro 3, incluyendo los dos modelos Eléctricos para la comparativa energética.

La flota considerada para la comparativa por tipologías de propulsión comprende 9 marcas y 20 modelos con edades entre 1 y 13 años abarcando desde los modelos de tamaño estándar Diesel Euro 4 hasta los modelos Euro 6, los modelos GNC, los modelos híbridos Euro 6 y los Diesel Articulados Euro 3, incluyendo los dos modelos Eléctricos para la comparativa energética.

Para el estudio por tipologías se ha considerado oportuno el agrupar los diferentes modelos para disponer de un mayor número de datos y obtener un valor promedio representativo de cada una. En futuros estudios, cuando se disponga de mayor número de datos, se deberán tratar individualmente para obtener unos resultados más precisos.

COMPARATIVA DE CONSUMOS Y KILOMETRAJES RECORRIDO

A continuación, se muestran los datos de consumo de combustible y km recorrido por las diferentes tipologías.

Se puede constatar fácilmente, que los híbridos E6 consumen un 23% menosque los Diesel E6 (todos ellos estándar de 12 m) y a nivel de km recorridos se observa que los Eléctricos son los que menos kilometraje recorren, muy por debajo de los Diesel.

A nivel de kilómetros totales recorridos se han realizado un total de 43,5 Mkm en los 6 años de estudio.

Con el objeto de validar la menor realización de km de los vehículos Eléctricos y GNC, se ha obtenido el número de días de inmovilización por bus y año.

Se destaca la gran cantidad de días inmovilizados en los eléctricos que son un 300% superior a los Diesel E6.

Se justifica que los GNC realizan menos km por el mayor número de días de inmovilización que son un 20% mayor que los Diesel EEV de 12 m.

COMPARATIVA ENERGÉTICA POR TIPOLOGÍAS DE BUSES

Para la comparativa energética se ha utilizado la norma UNE EN 16258:2013

“Metodología para el cálculo y la declaración del consumo de energía y de las emisiones de gases de efecto invernadero en los servicios de transporte (transporte de mercancías y pasajeros)”.

A continuación, se presenta la comparativa energética y emisiones de gases de efecto invernadero de las diferentes tipologías.

** Depende del mix energético.

En cuanto a la comparativa energética, los eléctricos son los más eficientes con 1,59 kWh/ km (del orden de un 30% de la energía total consumida por un motor Diesel, lo que coincide aproximadamente con su rendimiento energético medio urbano), seguidos de los Híbridos de 12 m con 4,11 kWh/ km.

Los GNC son los que peor eficiencia energética presentan con 6,94 kWh/ km (un 30% superior en promedio a un motor Diesel, atribuida a la diferencia del Ciclo Otto y el Diesel en servicio urbano), solo superado por los autobuses articulados.

Si analizamos las emisiones de CO₂, los Híbridos (sin contar los Eléctricos) son los que menores emisiones presentan. Cabe destacar que los GNC emiten algo más CO₂ que los Diesel E6 y que los E4-E5.

El mayor consumo de los vehículos articulados se justifica por su mayor peso y capacidad de pasajeros (un 50% más aproximadamente) por lo que un ratio de consumo o emisiones por pasajero y km sería más favorable para esta tipología.

Otras emisiones contaminantes, reguladas por normativa Euro, deben ser tratadas de forma individual por cada modelo, según sus datos de homologación, ya que todos ellos cumplen con las normas correspondientes que marcan unos límites máximos.

COMPARATIVA DE COSTES DE MANTENIMIENTO

Para la comparativa de los costes de mantenimiento se han tenido en cuenta tanto los costes directos que se imputan a los vehículos como los costes comunes o indirectos que se corresponden con el resto de las actividades de mantenimiento que no se imputan a los vehículos. A continuación, se enumeran los diferentes costes que se han contemplado.

COSTES DIRECTOS

• Mano de Obra directa (MOD). Es la mano de obra imputada directamente a los vehículos.
• Materiales (MAT). Son los materiales imputados directamente a los vehículos. No se han considerado los costes de combustibles y Adblue que corresponden a los costes de explotación.
• Talleres Externos (TEXT). Son los costes de las facturas de los Talleres externos imputadas directamente a los vehículos.
• Inspecciones ITV GNC-DIESEL (ITV). Son los costes de la ITV normal para GNC y Diesel más los costes de las inspecciones especiales para los buses GNC como la inspección del circuito de alta presión cada 4 años.

COSTES COMUNES

• Mano de Obra indirecta (MOI). Son los costes de la mano de obra registrada pero no imputada a vehículos como son la mano de obra de reparación de grupos intercambiables como pinzas, alternadores, etc., conducción de maniobras y trasiego de buses, servicios auxiliares de Taller, etc.
• Materiales comunes (MAC). Son los costes de materiales que no se imputan directamente a los vehículos como son los materiales del armario de herramientas, las baterías, el gas del AA, etc.
• Aceites, refrigerantes, neumáticos (ARN). En este apartado se consideran los materiales correspondientes a aceites, refrigerantes y neumáticos, así como las facturas de talleres externos de ruedas que no van imputadas a un vehículo concreto.
• Limpieza Interior, repostaje y control de niveles (LRN). Son los costes correspondientes al contrato de limpieza interior y los costes de la limpieza interior del personal propio de EMT.
• Costes de Gestión (GES). Son los costes del personal directivo y mandos intermedios que trabajan en la gestión del mantenimiento, incluido el personal de almacén.

A continuación, se presentan las tablas con los datos de costes redondeados a dos decimales, si bien en los indicadores reales de la flota se consideran cuatro decimales debido a que se ven afectados por las cifras de millones de km recorridos y por tanto son sensibles económicamente.

COSTES DIRECTOS DE MANTENIMIENTO

Para la comparativa se ha realizado en primer lugar una tabla con los “Costes Directos” que se obtiene por imputaciones a los buses y que se componen de Mano de Obra Directa, Materiales, Talleres externos y costes de ITV e inspecciones oficiales.

COSTES DIRECTOS MOD+MAT+TEXT+ITV (€/km)

Los vehículos GNC y los articulados tienen un coste promedio superior al resto de modelos, siendo también los que mayor edad media tienen, con casi 13 años. Si comparamos los GNC el año 2016 con una edad 9,67 y los Diesel E4-E5 y EEV en el año 2019 con una edad de 9,84 y 9,26 respectivamente sigue siendo mayor el coste de los GNC 0,44 vs 0,42 (€/km).

COSTES COMUNES DE MANTENIMIENTO

Entre los Costes Comunes se consideran todos aquellos que genera la actividad de mantenimiento, pero no se imputan directamente al autobús.

En cuanto a los Costes Comunes se ha producido un incremento de 0,04 €/km en los 4 años considerados, que se ha repartido de forma general entre materiales comunes, limpieza interior, repostaje y control de niveles y Mano de Obra Indirecta.

Los Costes de Gestión se han calculado para el año 2019 y se han considerado constantes para simplificar los cálculos puesto que en 2018 se modificaron los centros de coste y su obtención exacta es compleja.

COSTE TOTAL DE MANTENIMIENTO

A continuación, se muestra el coste total de mantenimiento para las diferentes tipologías.

COSTE TOTAL MANTENIMIENTO €/km

Se destaca que la tipología con mayor coste de mantenimiento son los Diesel articulados con casi 0,25€/km más que los Diesel E4-E5.

Por otra parte, los Eléctricos son los que menor coste presentan, aunque este dato no es comparable directamente dado que son los vehículos más nuevos.

COSTE DE LA ENERGIA (GASOIL, GNC, ELECTRICIDAD)

Para el cálculo de los costes de la energía se ha partido de los datos de consumos mensuales y km recorridos y se han agrupado primero por vehículo, luego por modelo y finalmente por la tipología.

Se han considerado los precios medios de Gasoil y GNC de los años 2016-2017-2018-2019, también se ha considerado el coste del consumo energético de los eléctricos en kWh:

Además, en los Diesel que equipan SCR con ADBLUE se ha considerado el coste de este producto que se ha sumado al coste total del consumo de combustible de los modelos que lo equipan.

En cuanto a los GNC se ha considerado también el coste energético (electricidad) de la estación de compresión y suministro de GAS, para ello se ha utilizado el coste de 2019 de 19.221€ y se ha calculado el porcentaje que supone respecto del total de coste del gas consumido por bus/año en 2019, aplicándolo a los años 2018-2017-2016 mediante un factor de corrección de 1,02.

A continuación, se muestra el coste total de la energía para las diferentes tipologías.

Con el menor coste destacan los Eléctricos seguidos de los híbridos de 12 m que tienen un coste inferior a los GNC y todos ellos menores que los Diesel.

Los Articulados tienen el coste de combustible mayor, seguidos de los Diesel 12 m.

EVOLUCIÓN DE LOS COSTES DE MANTENIMIENTO CON LA EDAD

Con los datos de los costes de mantenimiento reales se ha realizado un ajuste a una curva exponencial de cada uno de los modelos considerados y las diferentes tipologías de las que se dispone de datos representativos. Se ha aplicado la variación del IPC respecto del 31/12/2019 para los años 2014-2018.

A continuación, se muestran algunas tablas y las gráficas para el ajuste a una curva exponencial de los modelos más representativos.

Para vehículos Diesel se muestran los datos de un modelo Euro 4.

Para los vehículos GNC se muestran los datos de un modelo GNC EEV.

Con las ecuaciones de ajuste obtenidas se han calculado los costes del año 1 al año 16 y se han realizado las gráficas siguientes para los 6 modelos más representativos de las diversas tipologías:

Los híbridos son los que tienen el coste más elevado, si bien sólo se dispone de menos de 4 años de uso y la extrapolación a 16 años es poco representativa. Le sigue el Diesel EEV que a partir del año 13 supera al resto de modelos. Como se ha comentado sólo se dispone de datos de dos años para los vehículos Eléctricos por lo que no es representativa su extrapolación.

A continuación se gráfica la evolución de los costes de mantenimiento de las cinco tipologías de vehículos analizadas.

En la gráfica, se observa que los Hibridos tienen un coste de mantenimiento por encima del resto, incluso de los Articulados.

En cuanto al GNC, tiene un coste por encima de DIESEL EEV en el año 11 y a partir del año 12 es inferior.

Los Diesel E4-E5 son los que tienen el coste de mantenimiento más bajodesde el año 8 al 16.

DETERMINACIÓN DEL LCC DE LOS MODELOS Y TIPOLOGÍAS

Una vez obtenidos los costes de mantenimiento, se puede realizar el cálculo del ciclo de vida económico del vehículo para establecer el momento de renovación óptimo.

Otros datos representativos de la flota se indican seguidamente dando valores aproximados:

• Consumo medio de combustible del periodo 2016-2019: Para simplificar los cálculos se considera constante durante toda la vida del vehículo.
• Los vehículos GNC están en Nm3 /100 km y los DIESEL en l/100 km.

CONSUMO MEDIO

• La prima total de seguros e impuestos en el 2019 por la Responsabilidad Civil (RC) y el Seguro Obligatorio de Viajeros (SOVI) de estos coches fue de 5.600 € por vehículo.
• El precio de compra estimado se ha obtenido actualizando los precios a 31/12/19 y promediando en las diferentes tipologías.

* Precio medio ponderado

• Se ha considerado un precio medio del litro de gasoil y de GNC de los años 2016 a 2019.

• Se ha considerado el valor de reventa de un vehículo en cada año en función de la tabla de valoración del Ministerio de Hacienda para la venta vehículos turismos corregido ligeramente. Por otra parte, a partir del año 12 se han utilizado los valores habituales de otras flotas ya que el Ministerio no indica.

Finalmente, para determinar el ciclo de vida económico (LCC) se acumulan todos los costes descritos anteriormente a lo largo de la vida del vehículo, obteniendo de esta manera los costes totales en los que incurre la empresa por la propiedad y explotación del vehículo. Todos los costes se han actualizado a fecha de 31/12/19.

El Coste Medio Anual (CMA) indica el Coste Acumulado hasta el año de vida del vehículo dividido por el tiempo de vida del mismo, de manera que el mínimo Coste Medio Anual determinará el momento óptimo para la renovación del vehículo, ya que presenta el menor gasto posible en la explotación del vehículo.

Así pues, para calcular el Coste Medio Anual (CMA) de cada año se ha utilizado la siguiente fórmula:

Con los datos anteriores se calculan los valores de cada uno de los costes implicados en la determinación del coste medio anual. A continuación, se muestran los cálculos de los vehículos Diesel E4-E5 y los de los GNC como ejemplo.

LCC VEHICULOS DIESEL E4-E5

Se observa que en el año 10 se encuentra el valor más económico del Coste Medio Anual. Destaca que la variación entre el año 8 y el 12 es de menos de 0,01 €/km, debido a que al representar varios modelos juntos se diluyen las diferencias por el coste de mantenimiento.

LCC VEHICULOS GNC

Se observa que en el año 15 se encuentra el valor más económico del Coste Medio Anual.

COMPARATIVA DEL LCC POR TIPOLOGÍAS

Si comparamos las cinco tipologías en relación al coste por km en función del coste medio anual y el coste total acumulado en 16 años.

Los vehículos GNC tienen un coste mayor que los Diesel EEV (~0,30€/km). El año óptimo de renovación en los GNC es el 15 y en el caso de los Diesel EEV es el año 10.

Los Articulados son los que mayor coste presentan, seguidos de los Híbridos que tienen casi el mismo coste y tienen el año óptimo de renovación en 14 años, si bien su coste por viajero sería mucho mejor.

Se observa los vehículos Diesel de 12 m E4-E5 son los más económicos y los HIBRIDOS son los más caros (con un coste en el año 14 con 2,16 €/km con una edad óptima de renovación de 12 años).

En cuanto a km recorridos los GNC son los que menos realizan con un total de 595.498 km en los 16 años que supone un 30% menos que los DIESEL EEV.

En la gráfica se aprecia claramente que la tipología Diesel, ya sea E4-E5 o EEV tiene un coste por debajo del resto de tipologías, siendo los Híbridos y los Articulados los que mayor coste presentan.

CONCLUSIONES

Las conclusiones del estudio son:

A nivel general, la situación actual de la mayoría de las flotas de transporte y de la EMT de Valencia en concreto, es la coexistencia de varias tipologías de propulsión, cada una de ellas con sus ventajas e inconvenientes y es por tanto muy arriesgado determinar una tipología como la mejor de todas.

Por otra parte, con los datos que se muestran en el estudio a nivel general se pueden dar las siguientes conclusiones.

• Los Diesel EEV y los GNC EEV tienen unas emisiones de CO₂ similares, siendo en este aspecto los Híbridos los que menos emiten (exceptuando a los Eléctricos).
• Los GNC tienen un coste medio anual por km superior a los Diesel.
• Los Diesel EEV tienen un coste medio anual superior a los Diesel E4 y E5.
• Los Híbridos tienen un coste medio anual de mantenimiento muy elevado, pero a nivel de coste de explotación ofrece unos valores adecuados.
• Los Eléctricos tienen un coste de adquisición muy elevado y la disponibilidad está muy lejos de lo que sería deseable para una flota de transporte urbano. Además, y a nivel de infraestructuras, la mayoría de las flotas no tienen redes eléctricas adecuadas para abordar una electrificación masiva.

Por todo ello, la coexistencia de todas estas tipologías y algunas más que están apareciendo como el Hidrogeno, el GLP o los Híbridos aligerados será habitual en los próximos años.

AGRADECIMIENTOS

Queremos agradecer a la EMT de Valencia el compartir sus experiencias en mantenimiento y la motivación por la mejora continua del sistema de mantenimiento.12.