6612 fiuba tp nº2 - casa de calidad

66-12 Introducción a proyectos Tp Nº 2 Despliegue de funciones (QFD) Establecimiento de una Especificación Técnica

UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA

66.12 INTRODUCCIÓN A PROYECTOS

Trabajo Práctico Número 2 Despliegue de funciones (QFD)

Establecimiento de una Especificación Técnica

Medidor Digital de Consumo

Eléctrico Residencial Docentes: Ing. E. Castelli

Ing. D. Galli

Alumno:

Pardo, Marco Antonio 79297 [email protected] 11 1551226450

Marco A Pardo NP: 79297


Cuatrimestre: 2º - 2012 DESPLIEGUE DE FUNCIONES (QFD). El alumno deberá relacionar los requerimientos del usuario con las características del diseño utilizando como herramienta la casa de la calidad . Con este esquema el alumno deberá hacer evaluación del producto propuesto en el Informe Nº 1 bajo la percepción del usuario, así como el análisis comparativo con respecto a la competencia, estableciendo además, una vinculación entre los requerimientos del usuario y las características a cumplir, y su Interdependencia con éstas.

Introducción El medidor de consumo eléctrico propuesto está destinado a las distribuidoras de energía eléctrica tanto Cooperativas como también a las grandes empresas del rubro. Todo usuario de un equipo tiene requerimientos específicos sobre éste y éstos deben ser considerados en cualquier diseño para satisfacer de la mejor manera los requerimientos de los posibles compradores. Para analizar los requerimientos de los usuarios del producto se utiliza un procedimiento denominado casa de la calidad, la cual consiste en una matriz con los siguientes campos.

Requerimientos del usuario Matriz de Planeamiento Requerimientos Técnicos Interrelaciones Techo Usuario final

A continuación especificaremos cada uno de estos campos para el producto en cuestión

Requerimientos del usuario Esta parte describe los requerimientos del usuario de manera general en un lenguaje coloquial y sin terminología o especificaciones técnicas.

Seguridad eléctrica Debe cumplir con las normas de seguridad eléctrica.

Confiable Puesto que deberá funcionar durante mucho tiempo en ambientes hostiles debe ser confiable y mantener una baja tasa de fallas. Deberá además asegurar la integridad de los datos en caso de corte de energía.


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Económico Para poder ser instalado en gran escala y poder competir con los medidores electromecánicos de bajo costo deberá ser económico.

Robusto Puesto que va a funcionar en ambientes hostiles con ruido electromagnético, debe ser inmune a este tanto el equipo como de la interfaz de comunicaciones.

Aspecto exterior Aunque por lo general será instalado en lugares de poco acceso, en el caso de las casas es posible que sean visibles desde la calle. Aún así para hacerlo comercialmente atractivo será necesario desarrollar un aspecto exterior atractivo.

Transmisión de Datos El medidor deberá poseer un módulo de transmisión de datos que permita transmitir la información almacenada a la Lectora de Datos Inalámbrica en forma precisa rápida y segura.

Preciso Puesto que se trata de un equipo de medición y que los datos registrados serán usados para generar datos de facturación, el medidor deberá poseer controles de calibración y mantenerla por largos períodos de manera de que los datos medidos sean lo más precisos posibles y que no deriven en facturación errónea por parte de la compañía.

Fácil de utilizar Un medidor eléctrico no tiene interacción intensiva con el usuario. No obstante debe ser fácil de instalar, diagnosticar fallas y configurar por parte de los inspectores de la compañía eléctrica.

Medidas Antifraude Puesto que será utilizado para registrar un consumo que luego influirá en la facturación por parte de la compañía eléctrica debe ser difícil de acceder o reconfigurar por parte de usuarios maliciosos.


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Matriz de planeamiento Su objetivo es cuantificar los requerimientos del usuario propuestos en base a su importancia y prioridad y además la percepción de la performance de las distintas marcas. A cada una de las propiedades mencionadas se le asigna un número acorde a su importancia con la siguiente escala: 5: Muy importante 1: Sin importancia Seguridad eléctrica 5 4 3 2 1

Confiable 5 4 3 2 1

Económico 5 4 3 2 1

Robusto 5 4 3 2 1

Aspecto exterior 5 4 3 2 1

Transmisión de Datos 5 4 3 2 1

Preciso 5 4 3 2 1

Fácil de utilizar 5 4 3 2 1

Medios Antifraude 5 4 3 2 1

A continuación se muestra la matriz de planeamiento en la cual se comparan los requerimientos arriba cuantificados con otros medidores disponibles en el mercado.

Nuevo dispositivo 5 4 3 2 1 E-CON 5 4 3 2 1 E-MON Class 3000 5 4 3 2 1 E-MON Class 4100 5 4 3 2 1

Seguridad eléctrica

Veris H1863 5 4 3 2 1 Nuevo dispositivo 5 4 3 2 1 E-CON 5 4 3 2 1 E-MON Class 3000 5 4 3 2 1 E-MON Class 4100 5 4 3 2 1

Confiable


Económico


Robusto


Aspecto exterior


Transmisión de Datos


Preciso

Veris H1863 5 4 3 2 1


4


Nuevo dispositivo 5 4 3 2 1 E-CON 5 4 3 2 1 E-MON Class 3000 5 4 3 2 1 E-MON Class 4100 5 4 3 2 1

Fácil de utilizar


Medios Antifraude

Veris H1863 5 4 3 2 1

La tabla arriba ilustrada puede ser resumida en una tabla más reducida representando a los diferentes medidores con figuras geométricas según se ilustra a continuación En base a estos valores es posible calcular la tasa de satisfacción esperada que cuantifica la performance deseada para satisfacer cada requerimiento. Se define además el factor de mejora de la siguiente manera

0, 2( ) 1M E OF P P= − + Donde

M

E

o

F factor de mejoraP performanceesperadaP performanceobtenida decada producto

El factor 0,2 representa que el factor de mejora debe ser mayor a la unidad en un 20% la diferencia entre la performance esperada y la planeada. es la performance obtenida para los productos comerciales y la que se planea obtener para el producto propuesto. El factor de mejora se calcula a continuación para el proyecto propuesto.

oP

Otro factor denominado punto de venta agrega peso a aquellas características que pueden ayudar a hacer el producto más atractivo en el mercado y toma un valor de entre 1 y 1,5. Entonces se puede calcular un peso total de cada característica según

. .T I MP P F PV=

Donde TP : peso total

IP : peso de importancia logrado en la encuesta

MF : factor de mejora

VP : factor de punto de venta


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Peso

de I

mp

ort

an

cia

Nu

evo

Dis

po

siti

vo

E-C

ON

E-M

ON

Cla

ss 3

000

E-M

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Cla

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1863

Tasa

de S

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Fact

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Peso

To

tal

Seguridad Electrica

5 4 5 4 5 4 4 1,00 1,20 6,00

Confiable 5 3 5 4 4 3 4 1,20 1,00 6,00

Económico 4 3 2 1 2 1 4 1,20 1,50 7,20

Robusto 3 4 5 3 5 3 3 0,80 1,30 3,12

Aspecto exterior

3 3 3 3 3 4 4 1,20 1,50 5,40


4 5 4 5 5 3 4 0,80 1,40 4,48

Preciso 3 4 5 4 4 3 3 0,80 1,10 2,64

Fácil de utilizar

4 2 4 3 4 2 5 1,60 1,30 8,32

Seguro 5 3 4 3 4 3 4 1,20 1,00 6,00

Requerimientos técnicos En el diseño de un producto existe una serie de requerimientos técnicos propuestos por la empresa según su percepción de los requerimientos del usuario.

Satisface estándares de

la produ

cción

Tecnología de comun

icación

Potencia M

áxim

a Sopo

rtada

Resolución

con

versores A/D

Frecue

ncia de Mue

streo

Dim

ension

es

Vida

Útil

Velocidad Co

mun

icación


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A continuación se relacionan los requerimientos de usuario con las características planteadas por el diseñador en base a su grado de interrelación mediante una matriz de dos dimensiones donde se indica el grado de relación entre las características por medio de tres símbolos. Así se indica relación alta, media y baja según el símbolo que aparezca mientras que la ausencia de relación se indica mediante un casillero en blanco.

Sat

isfa

ce e

stán

dar

es d

e la

pro

ducc

ión

Dim

ensi

ones

Tec

nolo

gía

de

com

unic

ació

n

Corr

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Máx

ima

Sopor

tada

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Res

olu

ción c

onve

rsore

s A/D

Frec

uen

cia

de

Mues

treo

Vel

oci

dad

Com

unic

ació

n

Seguridad Electrica

Confiable

Económico

Robusto

Aspecto exterior


Preciso

Fácil de utilizar

Medidas Antifraude

Alta relación Media relación Baja relación


7


P

Techo El techo de la casa de calidad es una matriz de forma triangular que extiende la matriz de requerimientos del diseñador e indica la relación mutua de estos requerimientos. En el caso de que sean independientes no habrá relación alguna mientras que en el caso de haber relación se distinguen dos casos. Puede ocurrir que dos requerimientos se opongan, esto es, que la mejora de uno tienda a degradar a otro lo cual se indica con un signo menos ( - ). Si por el contrario el desarrollo de un requerimiento resulta en una mejora de otro, esto se indica mediante un signo más ( + ).

Objetivo del Proyecto Esta parte es una conclusión de las informaciones que aparecen en cada sección de la casa de la calidad y está compuesta por 3 partes.

Prioridades Técnicas: Son las importancias relativas de cada requerimiento técnico para satisfacer las necesidades de los usuarios. Se calculan en base a los datos de la matriz de planeamiento e interrelaciones. Los puntajes de la matriz de interrelaciones se multiplican por el peso total de la matriz de planeamiento según,

int .TEC TP P=


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Donde

TECP es la prioridad técnica

intP es el puntaje de la matriz de interrelaciones

TP es el peso total de la matriz de planeamiento

El puntaje por interrelaciones es

Relación Símbolo Puntaje Alta 9

Media 4

Baja 1

Ninguna 0

Ahora es posible elaborar el gráfico de peso de cada requerimiento técnico, el cual se ilustra a continuación


9


A continuación se evalúan los valores de estos requerimientos técnicos para los equipos de la competencia

Sat

isfa

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dar

es

de

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Tec

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Vel

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dad

com

unic

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n

Nuevo Dispositivo

5 200x150x100 mm RF 200 A 10 Años 10 bits 100 Hz 9600 bps

E-CON 4 168x130x82 mm RS-232/ RS-485

200 A 16 Años - - -

E-MON Class 3000

5 241,3x171,45x95,25

mm

Modem telefonico, RS-232/ RS-485, Ethernet, ModBus

200 A - - - 9600 bps

E-MON Class 4100

5 177,8x152,4x50,8

mm RF 200 A - - 1280 Hz -

Veris H1863

4 211x193x76 mm RS-232/ RS-485

400 A - - 1280 Hz 19200

bps

Nota: El item “Satisface estándares de la producción” hace referencia a cuantos de los estándares más importantes se cumplen IEC 62053/62052/61268/ 60687/61036

Targets u objetivos El último componente de la casa de la calidad consiste en la asignación de los valores que se desea alcanzar para los requerimientos técnicos. Cada valor es el que se considera que satisface mejor las necesidades del usuario y serán tenidos en cuenta durante el proceso de diseño.

Sat

isfa

ce e

stán

dar

es d

e la

pro

ducc

ión

Dim

ensi

ones

Tec

nolo

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Corr

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Máx

ima

sopor

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a útil

Res

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ción c

onve

rsore

s A/D

Frec

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cia

de

mues

treo

Vel

oci

dad

com

unic

ació

n

Objetivo 5 130x100x50

mm RF 200 A 20 Años 10 bits 100 Hz 9600 bps


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Diagrama completo de la casa de la calidad Habiendo desarrollado todas las partes del diagrama de la casa de la calidad es posible ahora resumirlos todos en el diagrama completo


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ESTABLECIMIENTO DE UNA ESPECIFICACIÓN TÉCNICA: El alumno desarrollará, a partir de lo hallado en la Casa de Calidad, la Especificación Técnica completa para la solución por él propuesta para la necesidad encontrada en el Informe Nº 1. Dicha Especificación Técnica debe ser realizada considerando que la misma será utilizada para la fabricación del equipo. Deberá contemplar también todas aquellas normas nacionales o internacionales así como las recomendaciones de los organismos de aplicación y legislación vigente.

Descripción Técnica Medidor de consumo eléctrico monofásico para servicios residenciales y comerciales de bajo consumo. El medidor permite la medición con funciones avanzadas como medición de factor de potencia, potencias activas y reactivas y posee una interfaz de comunicación serie para la lectura. El módulo medidor deberá complementarse con una Estación de Recolección de Datos para permitir la recolección de Datos por parte de las empresas prestadoras de servicios. Este módulo de transmisión deberá permitir la transferencia de datos de cada uno de los módulos medidores a las empresas Distribuidoras de Energía para permitir que estas puedan realizar la facturación de los respectivos consumos medidos. Es importante destacar el hecho de que la Estación de Recolección de Datos es un módulo del producto del cual se fabricarán en una proporción aproximadamente de como máximo 1 cada 10.000 módulos del Medidor de Consumo Eléctrico Residencial. Esto se basa en el hecho de que se supone que cada Estación de Recolección pueda ser móvil y recolectar la información de 10.000 usuarios de una determinada comunidad.

Datos Técnicos

- Dispositivo Medidor Digital de Consumo Eléctrico Residencial Clase 1 en Energía Activa (IEC 62053 / IEC 62052) Clase 2 en Energía Reactiva (IEC 61268) Tensión: 220V a 240V Corriente: hasta 200A (Clase 200 según ANSI) Factor de potencia: de -1 a +1 con 1% de error para PF > ±0,5 Frecuencia: 50Hz ± 5% Humedad: 0-95% no condensada Rango de Temperatura: -20°C a 50°C Display: 6 dígitos LED 7 segmentos Vida útil: 20 años Corriente de arranque: 150mA Consumo: 2W


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Medición de Corriente Aislada de línea por transformador de intensidad Relación: 2500:1 Aislación: 100MΩ @500V Tensión Máxima Soportada: 1500V Frecuencia de corte filtro de entrada: 4,8kHz Error: 0,6% Desvío de fase: 0,75°

Comunicación Medio físico: par de cobre Interfaz eléctrica: RS485 (balanceada) Topología: BUS Protocolo de comunicaciones: MODBUS Conector a PC para descarga de datos y configuración: DB9 hembra Conexión al BUS: por bonera estándar de dos contactos Velocidad de comunicación: 9600bps Máxima cantidad de esclavos por BUS: 64 La lectura de datos de varios medidores conectados a un mismo BUS se debe realizar mediante una conexión al medidor maestro. Modulo de Comunicación Tx-RF (transmisor RF): Hardware: Modulo transceptor de radiofrecuencia (APC200-43) Alcance en visión directa: hasta 600mts a 9600bps Rango de frecuencias: 430-470Mhz Separación de canales: 200Khz Interface: TTL Interface: RS232 o RS485 Sensibilidad de recepción: -113dmb@9600bps Buffer de datos: 256 bytes Rango de tensión de alimentación: +3.3V a 5.5V Consumo corriente (recepción): 28mA Consumo corriente (transmisión): 40 mA Temperatura de operación: -30ºC a +85ºC Dimensiones: Largo = 39mm, Ancho = 19mm, Espesor = 7mm

Operaciones posibles mediante la comunicación

• Descarga de datos • Reset • Calibración • Autodiagnóstico • Configuración de dirección y función de maestro/esclavo


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Calibración Debe realizarse con una corriente de 15A y factor de potencia de 0,5 y corrige

• Ganancia • Errores de fase • Offset

Alarmas antifraude

• Contador de cortes de energía • Circulación de corriente inversa • Contador de tiempo de funcionamiento del medidor

Etapa de medición Hardware: Integrado ADE7753 de Analog Devices Error máximo de medición de corriente y voltaje: 0.1% Normas soportadas: IEC 60687/61036/6268/62053-21/22/23 Frecuencia de Muestreo: 1kHz Compensación en fase, temperatura y offset

Etapa de Control Hardware: Microcontrolador AT89S8252 de ATMEL Frecuencia de Procesamiento: 12MHz Ciclo de máquina: 1μs Memoria de programa: 8kbytes Memoria EEPROM: 2kbytes

- Estación de Recolección de Datos: - Modulo de Comunicación Rx-RF (receptor RF): Hardware: Modulo transceptor de radiofrecuencia (APC200-43)

Alcance en visión directa: hasta 600mts a 9600bps Rango de frecuencias: 430-470Mhz Separación de canales: 200Khz Interface: TTL Interface: RS232 o RS485 Sensibilidad de recepción: -113dmb@9600bps Buffer de datos: 256 bytes


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Rango de tensión de alimentación: +3.3V a 5.5V Consumo corriente (recepción): 28mA Consumo corriente (transmisión): 40 mA Temperatura de operación: -30ºC a +85ºC Dimensiones: Largo = 39mm, Ancho = 19mm, Espesor = 7mm

- Modulo de Procesamiento de datos (microcontrolador): Hardware: Microcontrolador de 8 bits (PIC16F886)

24 Líneas de E/S Velocidad de hasta 20MHz Reloj interno desde 31KHz hasta 8MHz Memoria de programa de 8192 instrucciones, RAM de 368 bytes y EEPROM de datos de 256 bytes Puerta serie SSP para comunicación SPI e I2C Transmisor/Receptor asíncrono (USART) 2 Módulos de captura, comparación y PWM 2 Módulos comparadores analógicos Convertidor ADC de 10 bits con 11 canales 2 Timers de 8 bits y 1 de 16 bits Tensión de funcionamiento de 2V – 5.5V

- Modulo de Comunicación a PC (Interface a Puerto Serie PC): Hardware: Conversor TTL-RS232 (MAX232)

2 Conversores de nivel de TTL a RS-232 2 Conversores de nivel RS-232 a TTL Tensión de alimentación: de 4,5v a 5,5v. Consumo: 4 mA (15 mA con carga a la salida de 3 Kohm). Entradas compatibles TTL y CMOS. Tensión de entrada máxima RS232: +/- 30v. Tensión de Salida RS232: +/- 15v. Data Rate: 200 Kbps (mín 116 Kbps).


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http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php/TTL

http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php/RS-232

http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php/RS-232

http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php/TTL



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- CONCLUSION Observando el trabajo realizado con la Casa de Calidad se concluye en primer lugar que uno de los puntos más importantes a tener en cuenta, para el desarrollo del presente proyecto es el costo. Lo cual concuerda con el análisis a priori realizado en el Trabajo Practico Nº1. Las Medidas Antifraude también actuarán como un factor importante a la hora de presentar el producto al mercado y posicionarlo en un buen lugar a la hora de introducirlo al mercado de las Distribuidoras de energía eléctrica. Un punto muy importante a destacar es el de la Transmisión de Datos entre el Medidor y la Estación de Recolección de Datos ya que por lo visto será uno de los puntos clave para la inserción de la introducción del producto en el mercado. Otro punto a destacar es la confiabilidad la cual depende en forma directa tanto de la calidad de los componentes a utilizar como del diseño mismo del producto a partir de estos componentes. A tener en cuenta es la relación directa existente entre el costo final del producto y el costo de los componentes a utilizar, de allí surge la importancia de que en el diseño se tengan en cuenta estos factores para que los componentes a utilizar cumplan con los requerimientos del cliente y la utilización de los mismos no causen un impacto negativo en el costo final del producto. Como última referencia a lo expuesto en el presente trabajo se debe destacar el hecho de que las especificaciones técnicas que se presentan son función de la disponibilidad de componentes existentes en el mercado argentino y de los requerimientos del cliente.


ESTIMACIÓN INICIAL DE LA INVERSIÓN REQUERIDA Primera estimación de la inversión, tiempo de desarrollo y recursos requeridos. Cálculo inicial del tiempo de retorno de la inversión. Inversión Beneficios Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 SUPOSICIONES

Ventas Inversiones concentradas en año 0. Incremento 140.758.200 285.566.600 620.163.500 933.418.200 901.503.900

Prevención pérdidas

Año 1: 127962 u a $ 1100 ‐ Año 2: 259606 u a $ 1100 incremento por instalación ‐Año 3: 563.785 u a $ 1100 Incremento por estabilización en el mercado ‐ Año 4:

848.562 u a $ 1100 incremento por estabilización en el mercado Año 5: 819.549 u a $ 1100 incremento por estabilización en el mercado

Inversiones de capital

Operaciones 400.000 Tres matrices de acuerdo a detalle adjunto. Dos de inyección una de estampado Ingeniería 250.000 Compra de equipo de desarrollo e instrumental de medición. Otros 28.000 2.400.000 900.000 900.000 900.000 900.000 Herramientas produccion, Mobiliario Costo mercadería vendida Materiales 20.000 51.184.800 103.842.400 225.514.000 339.424.800 327.819.600 Costo de materiales: $ 400 de acuerdo a detalle. Año 0 montaje 50 u de preserie Mano de obra 5.000 12.796.200 25.960.600 56.378.500 84.856.200 81.954.900 Costo de mano de obra: $100 de acuerdo a detalle. Año 0 armado 50 u de preserie Gestion Operaciones 12.163.000 12.163.000 12.163.000 12.163.000 12.163.000 1 Gerente de Operaciones + 2 Ingenieros de Planta + 12 Supervisores Gastos de Desarrollo Marketing 100.000 Viajes al interior del pais recorriendo distintas cooperativas/consultoría mercado local Ventas nacionales 40.000 Folletería ‐ Stand exposición Electrica Ventas internacionales 0 En los primeros años no se prevé expansión al mercado externo R&D Horas ingeniería 156.800 Hora Ing. $93,75 ‐ Hora téc. $ 46 ‐ Total 2080 horas de 2 Ing. + 1 técnico R&D Materiales 70.000 Para montaje prototipos iniciales y ensayos de repetibilidad y confiabilidad) R&D Gastos tercerización 40.000 Diseño de estilo y plásticos exteriores Asuntos regulatorios (RA) 50.000 Mediciones Seguridad eléctrica y Compatibilidad electromagnética Calidad (QA) 200.000 Compra de instrumental para control calidad ingreso y final Servicio Técnico 40.000 Capacitación red de servicio técnico Otros 200.000 100.000 100.000 100.000 100.000 Efectivizacion de Servicio tecnico TOTALES 1.399.800 62.014.200 142.600.600 325.108.000 495.974.200 478.566.400 PAYBACK 0,02 Años


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