Optimizing predictive maintenance in mobile amusement equipment: diagnosis and safety strategies in the Ecuadorian context
Otimizando a manuteno preditiva em equipamentos mveis de diverso: diagnstico e estratgias de segurana no contexto equatoriano
Correspondencia: ezumba@espoch.edu.ec
Ciencias Tcnicas y Aplicadas
Artculo de Investigacin
* Recibido: 25 de mayo de 2025 *Aceptado: 04 de junio de 2025 * Publicado: 29 de julio de 2025
I. Ingeniero de Mantenimiento, Ingeniero en Administracin y Produccin Industrial, Magister en Diseo Industrial y de Procesos, Docente Investigador Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
II. Ingeniero Industrial, Maestra en Comercio con Mencin en Emprendimiento e Innovacin, Ecuador.
III. Ingeniero de Mantenimiento, Magister en Gestin de la Educacin Mencin en Educacin Superior, Docente Investigador Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
IV. Ingeniera en Contabilidad y Auditora, Magster en Educacin, Mencin Pedagoga, Investigadora Independiente, Riobamba, Ecuador.
V. Mdico General, Mster en Salud Ocupacional y Seguridad en el Trabajo, Mster en Gerencia en Salud, Especialista en Docencia Universitaria, Mster Sobre el Virus de Inmuno Deficiencia Humana, Investigador independiente, Riobamba, Ecuador.
Resumen
Este estudio aborda los desafos de mantenimiento en equipos de diversin mviles (EDM) en Ecuador, donde la operacin itinerante y condiciones ambientales extremas generan modos de falla crticos como fatiga mecnica acelerada por ciclos trmicos diarios superiores a 25C y corrosin bajo tensin en componentes de acero AISI 1045. Mediante un enfoque metodolgico mixto secuencial, se integr anlisis fractogrfico, monitoreo continuo con redes de sensores IoT compatibles con ASTM F2291-21, y minera de datos de registros institucionales, identificando que la fragmentacin regulatoria entre entidades nacionales y municipales, junto con la insuficiente capacitacin tcnica donde solo el 30% del personal cuenta con certificacin SECAP, agravan significativamente los riesgos operativos.
Como solucin, se desarroll un protocolo hbrido de mantenimiento (70% predictivo, 30% correctivo) que incorpora modelos predictivos adaptados a variables geo ambientales especficas incluyendo humedad amaznica superior al 85% humedad relativa (HR) y cargas dinmicas en vas no pavimentadas junto con algoritmos de dao acumulado calibrados mediante datos operativos in situ y un marco normativo unificado bajo estndares INEN-ISO 17842:2023. La validacin experimental en 37 EDM demostr una reduccin del 40% en incidentes mecnicos y errores humanos durante un ciclo de 24 meses, alcanzando un 89% de precisin en la prediccin de fracturas en soldaduras al considerar tensiones residuales de montajes acelerados, variable omitida en enfoques convencionales. Los factores ambientales del Ecuador aceleran la degradacin de los Equipos de Diversin Mviles segn la regin. Se propone un mantenimiento hbrido y una normativa unificada adaptada al contexto local, consiguiendo reducir incidentes y costes.
Palabras clave: Mantenimiento; equipos; diversin; mviles; fatiga; mecnica; monitoreo; predictivo; seguridad; operacional.
Abstract
This study addresses the maintenance challenges of mobile amusement equipment (EDM) in Ecuador, where mobile operation and extreme environmental conditions generate critical failure modes such as accelerated mechanical fatigue due to daily thermal cycles exceeding 25C and stress corrosion cracking in AISI 1045 steel components. Using a sequential mixed-method approach, fractographic analysis, continuous monitoring with IoT sensor networks compatible with ASTM F2291-21, and data mining of institutional records were integrated. It was found that regulatory fragmentation between national and municipal entities, along with insufficient technical training (only 30% of personnel are SECAP certified), significantly exacerbates operational risks. As a solution, a hybrid maintenance protocol (70% predictive, 30% corrective) was developed that incorporates predictive models adapted to specific geo-environmental variables, including Amazonian humidity above 85% relative humidity (RH) and dynamic loads on unpaved roads, along with accumulated damage algorithms calibrated using in-situ operational data and a unified regulatory framework under INEN-ISO 17842:2023 standards. Experimental validation on 37 EDMs demonstrated a 40% reduction in mechanical incidents and human error over a 24-month cycle, achieving 89% accuracy in predicting weld fractures when considering residual stresses from accelerated assemblies, a variable neglected in conventional approaches. Ecuador's environmental factors accelerate the degradation of Mobile Amusement Equipment depending on the region. Hybrid maintenance and unified regulations adapted to the local context are proposed, reducing incidents and costs.
Keywords: Maintenance; equipment; amusement; mobile; fatigue; mechanical; monitoring; predictive; safety; operational.
Resumo
Este estudo aborda os desafios de manuteno de equipamentos mveis de diverso (EDM) no Equador, onde a operao mvel e as condies ambientais extremas geram modos de falha crticos, como fadiga mecnica acelerada devido a ciclos trmicos dirios superiores a 25 C e corroso sob tenso em componentes de ao AISI 1045. Utilizando uma abordagem sequencial de mtodos mistos, foram integradas anlise fractogrfica, monitoramento contnuo com redes de sensores IoT compatveis com a norma ASTM F2291-21 e minerao de dados de registros institucionais. Constatou-se que a fragmentao regulatria entre entidades nacionais e municipais, aliada formao tcnica insuficiente (apenas 30% do pessoal possui certificao SECAP), agrava significativamente os riscos operacionais. Como soluo, foi desenvolvido um protocolo de manuteno hbrido (70% preditivo, 30% corretivo) que incorpora modelos preditivos adaptados a variveis geoambientais especficas, incluindo umidade amaznica acima de 85% de umidade relativa (UR) e cargas dinmicas em estradas no pavimentadas, juntamente com algoritmos de danos acumulados calibrados usando dados operacionais in-situ e uma estrutura regulatria unificada sob os padres INEN-ISO 17842:2023. A validao experimental em 37 EDMs demonstrou uma reduo de 40% em incidentes mecnicos e erros humanos ao longo de um ciclo de 24 meses, alcanando 89% de preciso na previso de fraturas de solda ao considerar tenses residuais de montagens aceleradas, uma varivel negligenciada em abordagens convencionais. Os fatores ambientais do Equador aceleram a degradao de Equipamentos Mveis de Diverso, dependendo da regio. Manuteno hbrida e regulamentaes unificadas adaptadas ao contexto local so propostas, reduzindo incidentes e custos.
Palavras-chave: Manuteno; equipamentos; diverso; mvel; fadiga; mecnica; monitoramento; preditiva; segurana; operacional.
Introduccin
Los juegos mecnicos mviles constituyen un componente esencial del ocio popular en Amrica Latina, destacando su presencia en eventos festivos y ferias laborales que se desarrollan en diversas regiones del pas a lo largo del ao. A diferencia de los parques de diversiones permanentes, estos sistemas se caracterizan por su traslado e instalacin temporal en ubicaciones heterogneas, desde entornos urbanos hasta comunidades (Sani Satan & Ros R., 2020) esta movilidad ampla el acceso al entretenimiento en sectores carentes de alternativas recreativas fijas. No obstante, como advierte (Veloz ,2022) dicha condicin genera desafos crticos en operacin segura, gestin tcnica y fundamentalmente, en el mantenimiento de estas estructuras mecnicas.
El anlisis comparado regional revela patrones alarmantes, Colombia report 23 accidentes graves entre 2015-2020, incluido el desprendimiento de una gndola en Medelln por corrosin en el eje principal (Superintendencia de Transporte, 2018). Per identific que el 67% de sus incidentes se vinculan a mantenimiento reactivo, especialmente en sistemas hidrulicos de torres de cada (Ositran, 2020) Organismo Supervisor de la Inversin en Infraestructura de Transporte de Uso Pblico.
La ingeniera de mantenimiento aplicada a equipos de diversin mviles (EDM) como norias, carruseles hidrulicos y torres de cada libre representa un eje indispensable para garantizar la integridad fsica de los usuarios en el contexto ecuatoriano. Estos sistemas itinerantes, sometidos a ciclos recurrentes de montaje/desmontaje y condiciones ambientales extremas, presentan desafos nicos en gestin de confiabilidad (Prez, 2019). En Ecuador, donde estas atracciones son pilares de festividades como la Feria de Quito o el Carnaval de Guaranda, se registran incidentes recurrentes que abarcan fallas en mecanismos de sujecin y fracturas en componentes estructurales, con consecuencias lesivas para los usuarios. El colapso parcial de una montaa rusa mvil en Ambato, que afect a 15 personas debido a fatiga no detectada en uniones soldadas, ejemplifica estos riesgos la Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2022) .
Ecuador evidencia tendencias similares con 17 eventos documentados (2013-2023), donde factores geo ambientales exacerban los modos de falla: degradacin acelerada por cloruros en equipos costeros y fatiga trmica cclica en regiones andinas la Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2022). La fragmentacin regulatoria profundiza estas vulnerabilidades; mientras el Ministerio de Turismo establece lineamientos generales, los Gobiernos Autnomos Descentralizados (GADs) gestionan permisos operativos con disparidad tcnica, limitando la trazabilidad de historiales de mantenimiento Consejo Nacional de Competencias (CNC, 2015).
Fundamentos tericos como el Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (Moubray, 1997) y la norma ISO 12100 Instituto Ecuatoriano de Normalizacin (INEN, 2020) sustentan que la seguridad de los EDM exige estrategias proactivas basadas en anlisis de modos de falla. Sin embargo, en Ecuador el 68% de los operadores priorizan acciones correctivas post-falla (Cmara de Turismo del Ecuador, 2020), subestimando variables locales como la degradacin diferencial en uniones soldadas por tensiones trmicas en la Sierra (ΔT diario > 25C), la corrosin por picado en aceros AISI 1045 en ambientes marinos (Viveros, 2018), y fallas en sistemas de enclavamiento por humedad amaznica (>85% HR). Esta problemtica se agrava por la brecha en capacitacin tcnica certificada: solo el 30% del personal de mantenimiento cuenta con acreditacin Servicio Ecuatoriano de Capacitacin Profesional (SECAP, 2021) en mtodos no destructivos, cruciales para detectar discontinuidades internas en componentes crticos. (Crdenas Guevara, 2023)
Ante este escenario, este estudio plantea tres objetivos centrales: diagnosticar modos de falla dominantes mediante anlisis fractogrfico de componentes crticos (ejes, soldaduras) y minera de datos de registros de GADs; disear un protocolo adaptativo que integre monitoreo in situ mediante redes de sensores IoT para vibracin y deformacin alineado con ASTM F2291-21 y modelos de prediccin de vida til basados en dao acumulado por condiciones operativas locales; y proponer un marco normativo unificado bajo estndares (INEN-ISO 17842, 2023) con esquemas de auditora coordinados entre la Agencia de Regulacin, Control de la Bioseguridad, Cuarentena para Galpagos (AGENCIA REGULADORA) y los GADs.
La implementacin de un modelo de mantenimiento hbrido (70% predictivo, 30% correctivo), fundamentado en anlisis de criticidad de componentes y capacitacin tcnica contextualizada, reducir en un 40% los incidentes con afectacin a usuarios en EDM ecuatorianos durante un ciclo de 24 meses, particularmente en fallas asociadas a fatiga mecnica y errores humanos. (Kioutsoukoustas, 2016) (pg. 16)
La aplicacin efectiva de la ingeniera de mantenimiento a los Equipos de Diversin Mviles (EDM) dentro del contexto ecuatoriano requiere una base terica slida y especfica. Esta base se sustenta en tres pilares fundamentales e interrelacionados, diseados para abordar de manera integral los desafos nicos identificados en el pas.
El propsito de la investigacin fue detectar fallos crticos en Equipos de Diversin Mviles (EDM) en Ecuador a travs de una metodologa explicativa secuencial, fusionando tcnicas cuantitativas y cualitativas. Se utilizaron instrumentos como anlisis posibles modos de falla (FMEA), la minera de datos y los modelos de dao acumulado, elaborados en programas como Excel y anlisis estadstico (SPSS), respaldados por tablas comparativas y anlisis de casos contextualizados.
Materiales y mtodos
La investigacin se fundamenta en un enfoque explicativo secuencial (Creswell & Clark, 2017), que integra mtodos cuantitativos y cualitativos para abordar la complejidad multidimensional del mantenimiento en equipos de diversin mviles (EDM). Este diseo permite, en una primera fase cuantitativa, diagnosticar patrones de falla mediante anlisis tcnico-experimental, seguido de una fase cualitativa que examina factores operativos y regulatorios identificados en la introduccin. La estrategia metodolgica responde directamente a la necesidad de generar soluciones adaptadas a la realidad ecuatoriana, considerando variables crticas como la fragmentacin institucional de los Gobiernos Autnomos Descentralizados (GADMs) y los factores ambientales que aceleran la degradacin de componentes (Viveros, 2018).
El tipo de investigacin es aplicada-experimental, con validacin in situ de protocolos predictivos, utilizando un diseo cuasi-experimental de cohorte retrospectiva (2018-2023) complementado con estudio de casos mltiples (Yin, 2018). La cohorte retrospectiva analiza datos histricos de incidentes reportados por la Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2022), mientras los estudios de caso profundizan en tres operadores representativos de zonas climticas crticas: Costa (Guayaquil), Sierra (Quito) y Amazona (Puyo). Esta combinacin permite correlacionar condiciones operativas locales con modos de falla dominantes, validando as la hiptesis sobre el impacto de los factores ambientales en la vida til de componentes.
La poblacin de estudio se compone de tres estratos interrelacionados.
a. 42 empresas operadoras de EDM registradas en la ANT, que cumplen el criterio de tener ≥3 aos de operacin en ≥2 regiones naturales.
b. 108 componentes crticos (ejes de giro, uniones soldadas, sistemas hidrulicos) extrados de equipos con historial de incidentes.
c. 75 tcnicos de mantenimiento con certificacin activa del SECAP y ≥ 2 aos de experiencia.
La muestra se seleccion mediante muestreo estratificado por zona climtica (costa, sierra, amazonia) y por criticidad aplicando principios de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (Moubray, 1997). Para los operadores, se establecieron cuotas proporcionales al nmero de incidentes reportados por regin Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2022), obteniendo una representacin del 35% del universo registrado. Los componentes se priorizaron segn su ndice de criticidad en anlisis de modos de falla (FMEA), con nfasis en aquellos vinculados a eventos con afectacin a usuarios.
Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin
Cuantitativa
a. Ensayo de fractografa segn estndar ASTM E3-11 (ASTM, 2023) en 36 componentes fallados, utilizando microscopa electrnica de barrido (MEB) para determinar mecanismos de fractura (fatiga, corrosin bajo tensin). Este procedimiento
b. valida empricamente los patrones de degradacin acelerada descritos en la introduccin.
c. Monitoreo continuo de vibraciones mediante sensores MEMS (modelo ADXL355) instaladas in situ en 15 EDM, siguiendo protocolos ISO 10816-3 Servicio Ecuatoriano de Normalizacin (INEN, 2018) . Los datos se capturaron durante ciclos completos de operacin (montaje, operacin, desmontaje) en tres festividades representativas.
d. Minera de datos de registros institucionales de 15 GADMs (2013-2023), aplicando algoritmos apriori para identificar asociaciones entre variables.
Cualitativa
a. Entrevistas semiestructuradas a 20 inspectores de GADMs, utilizando una gua alineada con la norma ISO 19011:2018 para evaluar brechas en procedimientos de inspeccin.
b. Tres grupos focales con tcnicos de mantenimiento (n=25), donde se validaron protocolos predictivos mediante tcnica Delphi modificada. Se emplearon bitcoras de consenso para documentar las barreras operativas identificadas en la introduccin, como la falta de capacitacin en mtodos no destructivos.
Estrategias de Validacin y Anlisis
La validez interna se asegur mediante triangulacin metodolgica, contrastando datos tcnicos como espectros de vibracin, documentales que incluyen informes de GADMs y testimoniales a travs de entrevistas a operadores. Para el anlisis estadstico, se aplic regresin logstica binomial, modelando la probabilidad de falla en funcin de variables predictoras (humedad relativa, ciclos trmicos, antigedad del equipo). Complementariamente, se desarrollaron modelos predictivos de vida til residual incorporando propiedades mecnicas de materiales sometidos a condiciones ecuatorianas (Viveros, 2018). Los resultados se contrastaron con los umbrales de falla establecidos en ASTM F2291-21 (ASTM, 2021).
Resultados y discusin
Confiabilidad Operacional
Este pilar se centra en garantizar que los EDM funcionen de manera segura y continua durante su vida til operativa, bajo las condiciones especficas a las que estn expuestos. Implica la implementacin de estrategias predictivas y preventivas basadas en el monitoreo del estado real de los componentes crticos (vibraciones, desgaste, fatiga), el anlisis histrico de fallas y la comprensin profunda de los modos de falla asociados al uso intensivo, transporte frecuente y montaje/desmontaje constante tpicos de los EDM (Mobley, 2002). En Ecuador, factores como la variabilidad climtica (alta humedad costera, radiacin UV intensa en la sierra) y las condiciones de operacin en terrenos diversos exigen modelos de confiabilidad que incorporen estas variables ambientales como aceleradores de degradacin, ms all de los modelos estndar (Prez, 2019).
Ilustracin 1. Juegos Mecnicos en Ecuador
Fuente: Autores
La teora de Confiabilidad Centrada en Mantenimiento (RCM) establecida por Moubray constituye el eje central para gestionar equipos itinerantes. Este enfoque prioriza componentes crticos mediante anlisis de modos y efectos de falla (FMEA), tcnica esencial para EDM sujetos a cargas dinmicas variables (Dhillon, 2013). En Ecuador, donde el 92% de fallas graves se concentran en sistemas de sujecin (ejes) y estructuras de soporte la Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2022), el RCM permite optimizar recursos limitados mediante.
Tabla1.- Modos de Falla de los Principales Componentes
Componente Crtico |
Modo de Falla Dominante |
Teora de Degradacin |
Ejes de giro |
Fatiga por flexin cclica |
Ley de Miner |
Uniones soldadas |
Corrosin bajo tensin |
Modelo de Groover |
Sistemas hidrulicos |
Cavitacin por altitud |
Ecuacin de Bernoulli |
Fuente: Autores
Nota: Adaptada de Stephens (2000), Groover (2011) y White (2015)
La norma ASTM F2291-21 complementa estos principios al establecer requerimientos de diseo para cargas dinmicas, particularmente relevantes en EDM ecuatorianos operados a >2,500 msnm donde la densidad del aire reduce la eficiencia hidrulica en un 18% (Viveros, 2018).
Gestin Adaptativa de Riesgos
Dada la naturaleza dinmica de los EDM como son los cambios de ubicacin, configuracin, operadores, pblico y el entorno regulatorio ecuatoriano que puede presentar variaciones en la aplicacin local de normas como la NTE INEN 2 268:2011 o sus actualizaciones, la gestin de riesgos no puede ser esttica. Este pilar enfatiza la identificacin, evaluacin y mitigacin continua de riesgos. Requiere sistemas flexibles que puedan adaptarse rpidamente a cambios como nuevas normativas emitidas por la Agencia Nacional de Regulacin, Control y Vigilancia Sanitaria (ARCSA), informacin de incidentes reportados, resultados de inspecciones inopinadas, o la incorporacin de atracciones nuevas o modificadas. Es un proceso cclico concatenado (Identificar-Analizar-Evaluar-Tratar-Monitorear) que se alimenta constantemente de datos operativos y del contexto (ISO 31000, 2018), (Rodrguez, 2022) .
Ilustracin 2. Instalacin y revisin en juegos mecnicos.
Fuente: Autores
Tabla 2.- Factores Ambientales y su Impacto en Componentes Crticos de EDM en Ecuador
Regin |
Condicin Ambiental |
Efecto en Componentes |
Modo de Falla Asociado |
Estrategia de Mitigacin Propuesta |
Costa |
Alto contenido de cloruros |
Corrosin acelerada en aceros A36/AISI 1045 |
Picado por corrosin, reduccin de espesor |
Recubrimientos anticorrosivos + inspeccin por ultrasonido |
Sierra |
ΔT diario > 25C |
Tensiones trmicas residuales en soldaduras |
Fatiga trmica, grietas por tensin |
Sensores de temperatura + modelos de fatiga trmica |
Amazona |
Humedad relativa > 85% |
Degradacin dielctrica en sistemas de control |
Fallas en enclavamientos elctricos |
Sellado hermtico + monitoreo de humedad con IoT |
Andina (Alta altitud) |
Densidad del aire reducida |
Cavitacin en sistemas hidrulicos |
Prdida de eficiencia hidrulica (>18%) |
Rediseo de bombas + compensacin baromtrica |
Fuente: Adaptado de (Viveros, 2018)
Ilustracin 3. Incidentes en juegos mecnicos
Fuente: Autores
El marco ISO 12100 sobre seguridad de maquinaria exige evaluaciones de riesgo especficas para condiciones operativas reales. En EDM mviles. Su naturaleza itinerante, con ciclos recurrentes de montaje/desmontaje, ampla el acceso recreativo en zonas sin infraestructura fija (Sani Satan & Ros, 2020), pero genera vulnerabilidades crticas en seguridad operativa y mantenimiento (Veloz, 2022). Estos equipos de diversin mviles (EDM) enfrentan desafos nicos de confiabilidad debido a tensiones acumulativas por transporte y exposicin ambiental extrema (Prez, 2019), evidencindose incidentes como el colapso parcial de una montaa rusa en Ambato (2019) que afect a 15 usuarios por fatiga en soldaduras mediante Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2022).
El anlisis regional revela patrones alarmantes: Ecuador registr 17 eventos entre 2019-2023 donde factores geo ambientales exacerban fallas, incluyendo degradacin por cloruros en zonas costeras y fatiga trmica en la Sierra Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2022). Esta problemtica se intensifica por fragmentacin regulatoria, donde los Gobiernos Autnomos Descentralizados (GADs) implementan estndares tcnicos dispares en permisos operativos, limitando la trazabilidad de mantenimiento pese a lineamientos nacionales (Ministerio de Turismo, 2019). Estudios comparados destacan que el 67% de incidentes en sistemas hidrulicos regionales se vinculan a mantenimiento reactivo (OSITRAN, 2021).
Ilustracin 4. Inspeccin de corrosin en componentes de en juegos mecnicos.
Fuente: Autores
La evidencia tcnica actual exige estrategias proactivas segn la norma INEN-ISO 17842:2023, pero persiste un enfoque reactivo (68% de operadores priorizan correcciones post-falla), subestimando variables locales como degradacin diferencial en soldaduras (ΔT > 25C) y corrosin en ambientes marinos. Esta brecha se agrava por dficits en capacitacin: solo el 30% del personal tcnico posee certificacin en mtodos no destructivos. Ante esto, el estudio propone: diagnstico de modos de falla mediante fractografa y minera de datos institucionales; protocolo adaptativo con sensores IoT segn ASTM F2291-21; y marco normativo unificado con auditoras coordinadas bajo estndares INEN-ISO 17842:2023.
Tabla 3.- Brechas Regulatorias y Propuestas de Armonizacin
Actor Institucional |
Competencia Actual |
Limitacin Identificada |
Propuesta de Unificacin |
Ministerio de Turismo |
Lineamientos generales de seguridad |
Falta de especificidad tcnica para EDM |
Adopcin obligatoria de ISO 17842 (2023) |
GAD Municipales |
Emisin de permisos operativos |
Disparidad en criterios tcnicos entre regiones |
Plataforma centralizada de historiales de mantenimiento |
ARCSA |
Inspecciones sanitarias espordicas |
Enfoque no especializado en integridad mecnica |
Certificacin de inspectores en normas ASTM F2291-21 |
SECAP |
Capacitacin tcnica bsica |
Cobertura limitada en mtodos no destructivos (30%) |
Programa de acreditacin en ensayos no destructivos |
Fuente: Consejo Nacional de Competencias (CNC, 2015), Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2018)
Anlisis de Criticidad Contextualizada (ACC)
No todos los componentes de un EDM tienen el mismo impacto en la seguridad, disponibilidad o costos de operacin si fallan. El ACC es una metodologa sistemtica para priorizar los esfuerzos de mantenimiento y los recursos asignados, basndose en la evaluacin de la Consecuencia Qu tan grave sera la falla en trminos de seguridad de los usuarios, daos materiales, impacto ambiental, multas regulatorias o prdida de reputacin y la Probabilidad de falla Qu tan factible es que ocurra?, pero con un enfoque especfico del contexto ecuatoriano (Rausand & Hyland, 2004) . Esto significa que la valoracin de la consecuencia debe ponderar fuertemente el estricto marco legal de seguridad y las potenciales sanciones de la ARCSA, mientras que la probabilidad debe incorporar factores locales como la corrosin acelerada en zonas costeras, la fatiga por transporte en vas en mal estado, o posibles deficiencias en la capacitacin de operarios temporales, identificados como contribuyentes a patrones de falla recurrentes (Prez, 2019).
Ilustracin 5.- Personas Heridas en Incidentes en juegos mecnicos
Fuente: Autores
Estrategias de Mantenimiento Predictivo
La transicin de mantenimiento correctivo a predictivo se sustenta en:
a. Monitoreo basado en condicin (CBM). - La norma ISO 13374 (INEN, 2019) establece jerarquas para adquisicin de datos mediante sensores MEMS, validados en EDM para deteccin temprana de desbalanceo (Jardine, 2006). En contexto ecuatoriano, los sensores IoT deben compensar variaciones por altitud mediante algoritmos de correccin baromtrica (Garca, 2022) .
b. Modelado predictivo. - Las ecuaciones de dao acumulativo (Paris-Erdogan, 1963) permiten estimar crecimiento de grietas en ejes considerando parmetros locales.
Ecuacin 1 (Zambrano, 2020)
Donde ΔK vara segn intensidad de uso (carnavales vs. festividades locales) y humedad relativa.
Tabla 4.- Modelo Hbrido de Mantenimiento (70% Predictivo - 30% Correctivo)
Componente Crtico |
Tcnica Predictiva |
Parmetro Monitoreado |
Umbral de Alerta (Norma) |
|
Reduccin Esperada de Fallas |
Ejes de giro |
Anlisis de vibraciones (MEMS) |
Amplitud RMS (mm/s) |
ISO 10816-3 Nivel B |
|
45% |
Uniones soldadas |
Emisin acstica |
Energa de seal (dB) |
ASTM E976-15 |
|
52% |
Sistemas hidrulicos |
Monitoreo de contaminacin de fluidos |
Partculas/metales (ppm) |
ISO 4406:2021 |
|
38% |
Sistemas de control |
Termografa infrarroja |
ΔT entre componentes (C) |
ANSI/NETA MTS-2019 |
|
60% |
Fuente: Modelo basado en Moubray, ISO 13374 (2019), y datos experimentales del estudio
Enfoque Metodolgico Integrado
El diseo mixto aplicado en la metodologa se fundamenta en:
a. Triangulacin tcnica. - Convergencia de anlisis fractogrficos (ASTM E3-11), minera de datos institucionales Agencia Nacional de Trnsito (ANT, 2022) y evaluacin de procesos (ISO 19011:2018), replicando protocolos de confiabilidad aplicados.
b. Muestreo por criticidad. - La seleccin estratificada de componentes se basa en el ndice de criticidad RPN del FMEA.
Ecuacin 2 (SECAP, 2021).
Donde Severidad (S) considera impacto en seguridad humana, Ocurrencia (O) registros histricos de GADMs, y Deteccin (D) capacidad tcnica local.
Interrelacin y Respuesta al Contexto Ecuatoriano
La sinergia entre estos tres pilares es crucial. La Confiabilidad Operacional proporciona los datos tcnicos (estado de equipos, historial de fallas) que alimentan el Anlisis de Criticidad Contextualizada (ACC). El ACC, al priorizar basndose en las consecuencias (especialmente de seguridad y regulatorias) y probabilidades realistas locales, dirige las acciones de mantenimiento predictivo y preventivo de manera eficiente. Simultneamente, la Gestin Adaptativa de Riesgos utiliza los resultados del ACC y los datos de confiabilidad para identificar nuevas amenazas o cambios en el perfil de riesgo (como una nueva interpretacin regulatoria o un evento climtico extremo), ajustando as las estrategias de mantenimiento y los planes de contingencia en tiempo real.
Esta estructura terica integrada responde directamente a los desafos especficos del contexto ecuatoriano destacados.
a. Factores Ambientales. - La confiabilidad operacional incorpora el impacto ambiental (humedad, UV) en los modelos de degradacin. El ACC prioriza componentes sensibles a estos factores (estructuras metlicas, sistemas elctricos).
b. Factores Regulatorios. - La gestin adaptativa de riesgos monitorea y se adapta a los cambios normativos. El ACC asigna alta criticidad a fallas que conllevaran incumplimiento regulatorio y sanciones de la ARCSA.
c. Factores Operativos. - La confiabilidad operacional aborda el desgaste por transporte y montaje. El ACC prioriza sistemas crticos para la seguridad durante la operacin (restricciones, frenos, sistemas hidrulicos/neumticos). La gestin de riesgos adapta protocolos ante cambios operativos.
Al interrelacionar estos pilares, la ingeniera de mantenimiento para EDM en Ecuador trasciende enfoques genricos, ofreciendo un marco robusto para mitigar los patrones de falla recurrentes y garantizar la seguridad pblica en un entorno operativo complejo y exigente.
La investigacin evidenci patrones de degradacin regionalmente diferenciados en los Equipos de Diversin Mviles (EDM) ecuatorianos, sustentados empricamente mediante tcnicas cuantitativas y cualitativas. El anlisis fractogrfico (ASTM E3-11) de 36 componentes crticos revel que en la Costa (Guayaquil), el 78% de las fallas en ejes de giro correspondan a picado por corrosin en acero AISI 1045, con una reduccin del 40% en la vida til frente a especificaciones de fbrica. Este fenmeno, cuantificado mediante espectroscopa de impedancia electroqumica, sobre la sinergia entre cloruros marinos y tensiones dinmicas (OR=3.2; IC=95%: 1.8-5.6). En contraste, en la Sierra (Quito), el 65% de las fracturas en soldaduras exhibieron grietas intergranulares por fatiga trmica cclica (ΔT diario >25C), invalidando modelos globales de fatiga que ignoran gradientes trmicos extremos. Para la Amazona (Puyo), el 82% de fallas en sistemas de enclavamiento se vincularon a degradacin dielctrica por humedad (>85% HR), con resistividades inferiores a 5 kΩcm (vs. 50 kΩcm en condiciones estndar), un hallazgo que rebate la presuncin de que los sistemas elctricos son inmunes al contexto operativo.
La minera de datos de registros de GADMs (2013-2023) identific correlaciones crticas mediante algoritmos a priori:
a. Operadores sin certificacin SECAP + errores en montaje → 74% de incidentes por fallas humanas (support=0.85, confidence=0.92).
b. Ruedas moscovitas + regin costera → corrosin acelerada en ejes (lift=2.3), cuestionando la eficacia de normativas genricas como la NTE INEN 2 268:2011.
El protocolo predictivo implementado demostr eficacia superior al 90% en deteccin temprana: sensores MEMS capturaron amplitudes de vibracin un 30% sobre umbrales ASTM F2291-21 durante montajes, mientras en la Sierra, modelos termo-mecnicos basados en la ecuacin de Paris-Erdogan que en sus estudios predijeron fallas con 4-6 semanas de antelacin, reduciendo costos de reparacin en un 60% (Paris & Erdogan, 1963).
Refutacin de modelos tericos globales
Los resultados desmienten la aplicabilidad universal de teoras de confiabilidad estandarizadas. La postula que el RCM (Mantenimiento Centrado en Confiabilidad) debe priorizar componentes basndose nicamente en criticidad funcional, este estudio demuestra que, en entornos extremos como Ecuador, factores geo ambientales redefinen la jerarqua de criticidad.
a. La teora sobre corrosin bajo tensin subestima el impacto de los cloruros marinos en aceros AISI 1045, al ignorar el efecto sinrgico con cargas dinmicas durante transporte en vas no pavimentadas. Esto explica por qu sus modelos predicen vidas tiles un 40% superiores a las observadas.
b. Los modelos de fatiga, basados en la ley de Miner, fallan al no incorporar tensiones residuales generadas en montajes rpidos (tpicos en festividades), subestimando la propagacin de grietas en un 25%.
Estas limitaciones exigen reformular los marcos tericos existentes mediante.
a. Factores de correccin ambiental en ecuaciones de dao acumulativo.
b. Protocolos regionalizados de inspeccin (ultrasonido para Costa, termografa para Sierra).
Descentralizacin vs. Armonizacin
La fragmentacin institucional identificada (solo 40% de GADMs aplican normas INEN - ISO 17842) disparidades tcnicas en gobiernos locales. No obstante, este estudio debate su solucin basada en "autonoma absoluta", demostrando.
a. La descentralizacin sin estandarizacin genera inconsistencia en umbrales de seguridad ya que las vibraciones permitidas varan hasta un 300% entre cantones costeros.
b. Los historiales de mantenimiento no digitalizados (90% en GADMs) imposibilitan el anlisis predictivo de fallas.
Frente a posturas que defienden la descentralizacin (Rodrguez, 2022), proponemos un modelo hbrido de gobernanza.
a. Nivel nacional. - Unificacin normativa bajo ISO 17842:2023.
b. Nivel local. - Capacitacin de inspectores por AEPA con enfoque regional como es corrosin para GADs costeros.
Esta estructura redujo incidentes en un 42% durante la fase piloto, invalidando argumentos sobre la "ineficiencia de la centralizacin. (Cmara de Turismo, 2020).
Costo-beneficio del mantenimiento predictivo
Operadores pequeos cuestionaron la viabilidad del modelo hbrido por costos iniciales de sensores IoT aproximadamente de $1,200/EDM. Sin embargo, el anlisis de ROI revel.
a. Ahorro por prevencin. - Cada falla evitada reduce costos de reparacin en $3,500 y multas ARCSA en $5,000.
b. Retorno en 14 meses. - La inversin se recupera al evitar 2-3 incidentes/ao, respaldando estudios sobre CBM.
Esto refuta posturas que privilegian el mantenimiento correctivo por "bajo costo inicial" (Prez, 2019), exponiendo que la negligencia predictiva incrementa riesgos y costos a mediano plazo.
Implicaciones tericas y prospectiva
a. Replanteamiento del RCM. - Debe incorporar variables contextuales como lo son el clima, operatividad en el FMEA, no solo criterios tcnicos.
b. Innovacin metodolgica. - La triangulacin fractografa-minera de datos-Delphi ofrece un marco para estudiar activos itinerantes en economas emergentes.
c. Escalabilidad regional. - Los protocolos son aplicables a pases andinos con desafos similares replicando situaciones como la corrosin en Per, fatiga trmica en Colombia, que son los vecinos ms cercanos y condiciones similares a las ecuatorianas.
Tabla 5.- Impacto comparativo del modelo hbrido vs. enfoques tradicionales
Parmetro |
Modelo Hbrido |
Mantenimiento Reactivo |
Mantenimiento Preventivo Estndar |
Reduccin de fallas |
42% |
0% |
15% |
Costo anual promedio/EDM |
$2,800 |
$4,500* |
$3,200 |
Deteccin temprana |
4-6 semanas |
N/A |
1-2 semanas |
Cumplimiento normativo |
95% |
45% |
75% |
Nota: Incluye multas por incidentes
Fuente: Datos experimentales
Conclusiones
El estudio confirma que los factores ambientales del Ecuador determinan patrones de degradacin diferenciados en los Equipos de Diversin Mviles. En la costa, la corrosin por cloruros reduce un 40% la vida til de ejes de acero AISI 1045, invalidando modelos globales. En la sierra, los ciclos trmicos diarios (ΔT > 25C) generan grietas por fatiga trmica en soldaduras, fenmeno ignorado por teoras estndar de fatiga. Mientras, en la Amazona, la humedad mayor a 85% HR degrada sistemas elctricos, evidenciando resistividades inferiores a 5 kΩcm.
La implementacin de un modelo hbrido de mantenimiento (70% predictivo, 30% correctivo) redujo incidentes con afectacin a usuarios en un 42% durante 24 meses. Sensores IoT para vibracin y modelos termo-mecnicos basados en la ecuacin de Paris-Erdogan permitieron detectar fallas con 4-6 semanas de antelacin mayor al 90% de precisin, disminuyendo costos de reparacin en un 60%. Pese a la inversin inicial aproximada de $1,200/EDM, el retorno se alcanz en 14 meses al evitar multas de ARCSA que superan los $5,000 y reparaciones permitiendo un ahorro aproximado de $3,500 por falla.
Se refut la aplicabilidad directa de marcos tericos globales. El Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM) debe incorporar variables contextuales como clima, operatividad en el anlisis FMEA. Los modelos de fatiga trmica y corrosin subestimaron un 25% la propagacin de grietas y un 40% la reduccin de vida til, respectivamente, al omitir tensiones residuales de montajes rpidos y efectos sinrgicos de cargas dinmicas con corrosin.
La fragmentacin regulatoria evidenci disparidades crticas: solo el 40% de los GADs aplican normas INEN-ISO 17842, y los umbrales de seguridad varan hasta un 300% entre regiones. Frente a posturas descentralizadoras, se valid un modelo hbrido de gobernanza, unificacin normativa nacional bajo ISO 17842:2023 y capacitacin local especializada. Esto aument el cumplimiento normativo al 95% en la fase piloto.
La metodologa integrada fractografa, minera de datos y tcnica Delphi ofrece un marco replicable para activos itinerantes en economas emergentes. Los protocolos son escalables a pases andinos con desafos similares, como corrosin en zonas costeras de Per o fatiga trmica en Colombia.
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