Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 9 (3): e472. Julio-Septiembre, 2026. https://doi.org/10.37636/recit.v9n3e472
1 ISSN: 2594-1925
Artículos de investigación
Evaluación del ciclo de vida de moldes modulares en líneas de fundición
industrial
Life cycle assessment of modular molds in industrial casting lines
Martha Angélica Cano-Figueroa1, Hugo Arcos-Gutiérrez2, Edgar Yered Boche-Cano3
Víctor Hugo Mercado-Lemus4, José Antonio Betancourt-Cantera4
1CIATEQ, A. C., Posdoctorante, SECIHTI-CIATEQ, Manzana 5, Lote 1, Distrito de Educación, Salud, Ciencia, Tecnología e
Innovación (DESCTI), San Agustín Tlaxiaca, Hidalgo, C.P. 42162, México.
2CIATEQ, A.C., Investigador por México, SECIHTI-CIATEQ, Eje 126 225, Industrial San Luis, 78395 San Luis Potosí,
S.L.P., México.
3 UNITEC, Av. Parque Chapultepec No. 56, Piso 1, Col. El Parque, Naucalpan de Juárez, Estado de México, 53398, México.
4SECIHTI–InnovaBienestar de México, Investigador por México, Ciencia y Tecnología No. 790, Fraccionamiento Saltillo
400, Saltillo C.P. 25290, México.
Autor de correspondencia: Cano Figueroa Martha Angélica, CIATEQ, A. C., Posdoctorante, SECIHTI-CIATEQ, Manzana 5, Lote 1, Distrito de Educación,
Salud, Ciencia, Tecnología e Innovación (DESCTI), San Agustín Tlaxiaca, Hidalgo, C.P. 42162, México. Córreo electrónico: martha.cano@ciateq.mx.
ORCID: 0000-0002-2514-8883.
Recibido: 15 de abril del 2026 Aceptado: 31 de agosto del 2026 Publicado: 7 de septiembre del 2026
Resumen. - La fabricación industrial de piezas fundidas en moldes permanentes depende directamente de la disponibilidad, desempeño y vida útil de los
moldes utilizados. En particular, los moldes modulares, capaces de adaptarse geométricamente, intercambiar componentes y escalarse según los requisitos
de producción, representan una alternativa estratégica para ampliar la versatilidad del catálogo de productos y asegurar la continuidad operativa en líneas
de fundición. No obstante, la complejidad geométrica del negativo requerido para la obtención de piezas fundidas genera retos específicos en el diseño,
desgaste, mantenimiento y funcionalidad del molde a lo largo de su ciclo de vida. El presente trabajo evalúa el ciclo de vida completo de moldes permanentes
modulares implementados en líneas de fundición industrial, abarcando desde su diseño, manufactura y puesta en operación, hasta su etapa de producción
continua, degradación, mantenimiento, reacondicionamiento y fin de vida útil. La metodología integra herramientas avanzadas de análisis de procesos (PAT)
para la caracterización de condiciones térmicas y mecánicas, el estudio estandarizado de métodos y tiempos (MTM) para evaluar la eficiencia operativa,
ensayos mecánicos y pruebas no destructivas (NDT) para el análisis del deterioro estructural, así como indicadores clave de desempeño como el Overall
Equipment Effectiveness (OEE) para determinar la contribución del molde a la productividad global de la línea. El análisis se desarrolló a partir de múltiples
corridas productivas representativas, considerando diferentes configuraciones modulares, ciclos térmicos y escenarios de mantenimiento, lo que permitió
evaluar el comportamiento del sistema de moldeo bajo condiciones reales de operación industrial. Los resultados muestran rangos de OEE asociados a
configuraciones modulares optimizadas, así como una reducción significativa de los costos acumulados del sistema en comparación con moldes permanentes
convencionales, atribuible principalmente a la disminución de tiempos de paro, a la reducción de moldes unitarios y a la sustitución selectiva de módulos
críticos. Asimismo, se observó una extensión efectiva de la vida útil del sistema de moldeo, al permitir el reacondicionamiento parcial del molde en lugar de
su reemplazo completo. El enfoque adoptado distingue entre la Evaluación del Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment, LCA), orientada a la cuantificación de
impactos ambientales asociados al uso de materiales, energía y generación de residuos, y el lifecycle engineering, enfocado en la toma de decisiones técnicas
y operativas durante las etapas de diseño, operación y mantenimiento del molde. La integración de ambos enfoques permitió generar un marco de análisis
robusto para optimizar el desempeño técnico, económico y ambiental de moldes permanentes modulares en líneas de fundición industrial.
Palabras clave: Evaluación del ciclo de vida; Moldes modulares; Fundición; Sostenibilidad; OEE.
Abstract.- The industrial manufacturing of permanent-mold castings depends directly on the availability, performance, and service life of the molds employed.
In particular, modular molds—capable of geometric adaptation, component interchangeability, and scalability based on production requirements—represent
a strategic alternative for expanding product portfolio versatility and ensuring operational continuity in casting lines. However, the geometric complexity of
the mold cavity required to produce the castings creates specific challenges regarding design, wear, maintenance, and functionality throughout the mold's
lifecycle. This study evaluates the complete lifecycle of modular permanent molds implemented in industrial casting lines, covering stages from design,
manufacturing, and commissioning to continuous production, degradation, maintenance, refurbishment, and end-of-life. The methodology integrates Process
Analytical Technology (PAT) tools to characterize thermal and mechanical conditions, standardized Methods-Time Measurement (MTM) to assess operational
efficiency, mechanical testing and non-destructive testing (NDT) to analyze structural deterioration, and key performance indicators such as Overall
Equipment Effectiveness (OEE) to determine the mold's contribution to the line's overall productivity. The analysis was conducted based on multiple
representative production runs—considering various modular configurations, thermal cycles, and maintenance scenarios—thereby enabling an assessment of
the molding system's behavior under actual industrial operating conditions. The results demonstrate OEE ranges associated with optimized modular
configurations, as well as a significant reduction in cumulative system costs compared to conventional permanent molds; this is primarily attributed to reduced
downtime, a decrease in the total number of molds required, and the selective replacement of critical modules. Furthermore, an effective extension of the
molding system's service life was observed, as the approach allows for partial mold refurbishment rather than complete replacement. The adopted approach
distinguishes between Life Cycle Assessment (LCA)—geared toward quantifying environmental impacts associated with material and energy use and waste
generation—and lifecycle engineering, which focuses on technical and operational decision-making during the mold's design, operation, and maintenance
stages. Integrating both approaches enabled the creation of a robust analysis framework to optimize the technical, economic, and environmental performance
of modular permanent molds in industrial casting lines.
Keywords: Life Cycle Assessment; Modular molds; Casting; Sustainability; OEE.
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1. Introducción
1.1. Contexto Industrial y Estado del Arte
En los procesos industriales de fundición y conformación de piezas en aluminio y sus aleaciones se
emplean diversos tipos de moldes, los cuales pueden clasificarse como desechables, semipermanentes o
permanentes, dependiendo de los requerimientos productivos y de repetibilidad geométrica de las piezas
a manufacturar. En todos los casos, el objetivo fundamental del molde es reproducir con precisión la
geometría del patrón o de la huella interna definida durante la etapa de diseño. Dentro de esta clasificación,
los moldes permanentes se utilizan preferentemente cuando se requiere una alta repetibilidad dimensional,
estabilidad geométrica y una producción seriada eficiente, dado que su reutilización está directamente
asociada a su resistencia mecánica, térmica y a su capacidad de mantener la forma a lo largo de múltiples
ciclos de colada.
Desde el punto de vista de la ingeniería de manufactura, los moldes permanentes pueden considerarse
activos productivos de alto impacto, ya que influyen directamente en la calidad, la eficiencia y los costos
del proceso. Estudios clásicos y contemporáneos han señalado que una parte significativa de los costos e
impactos ambientales de los sistemas industriales se concentra durante la etapa de uso y mantenimiento
de este tipo de herramientas. En este sentido, la evaluación tradicional basada únicamente en el costo
inicial o en la vida útil medida en número de coladas resulta insuficiente para describir su desempeño real
a lo largo del tiempo.
En entornos industriales donde se fabrican múltiples productos con variaciones geométricas específicas,
el uso de moldes permanentes convencionales implica la fabricación de un molde individual por cada
referencia de producto. Esta práctica incrementa de manera significativa los costos asociados al diseño,
fabricación, almacenamiento, mantenimiento y conservación de los moldes, así como el consumo de
materiales y energía a lo largo de su vida útil. Además, limita la flexibilidad productiva y la capacidad de
adaptación de las líneas de fundición, aspecto crítico en escenarios de mercado altamente variables.
Ante esta problemática, la modularidad en el diseño de moldes ha surgido como una estrategia orientada
a mejorar la flexibilidad del sistema y optimizar la gestión del ciclo de vida de las herramientas. Diversos
autores han señalado que la modularidad permite desacoplar funciones, facilitar el mantenimiento
selectivo y extender la vida útil funcional de los sistemas de manufactura, [6]. En el caso específico de
moldes permanentes, esta aproximación habilita la sustitución de módulos críticos sin necesidad de
reemplazar el sistema completo, reduciendo tanto costos como impactos ambientales.
En este contexto, en [7] se desarrolló un molde progresivo con una huella interna de 154.2 mm, diseñado
mediante un algoritmo de configuración modular que permite el ensamble de diferentes modelos dentro
de un mismo sistema de moldeo. Posteriormente, en [8] se demostró que un molde permanente múltiple
bajo gravedad con configuración parametrizable puede emplearse para fabricar hasta 22 piezas diferentes
con una eficiencia global de ensamblaje del 97 %. Estos trabajos evidencian que la modularidad no solo
reduce costos, sino que transforma el molde en un sistema reconfigurable, alineado con principios de
manufactura flexible.
A nivel global, investigaciones recientes en tecnologías de moldeo y fabricación avanzada refuerzan esta
tendencia. En [9] se demostró que el empleo de estructuras de moldes adaptativas y modulares en
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fundición con moldes de arena impresos en 3D permite reducir las emisiones de carbono y los costos de
producción. Estos resultados son coherentes con estudios de Evaluación del Ciclo de Vida (Life Cycle
Assessment, LCA), los cuales han demostrado que la extensión de la vida útil de herramientas industriales
y la reutilización parcial de componentes constituyen estrategias clave para la sostenibilidad en
manufactura [10]–[13].
No obstante, el diseño y la operación de moldes modulares introducen nuevos retos técnicos. La
complejidad geométrica del negativo, las interfaces entre módulos y la exposición a ciclos térmicos
repetitivos generan zonas de concentración de esfuerzos y mecanismos de desgaste diferenciados.
Además, como se señala en [15] y en estudios recientes en tooling sostenible, la gestión del ciclo de vida
de estos moldes es inherentemente no lineal, ya que distintos módulos pueden presentar comportamientos
y vidas útiles distintas.
Por ello, resulta necesario integrar metodologías avanzadas de análisis y monitoreo. El enfoque de Process
Analytical Technology (PAT) permite caracterizar el comportamiento termo-mecánico del molde durante
la operación, mientras que técnicas de Methods-Time Measurement (MTM) facilitan la evaluación de los
impactos de la modularidad en tiempos de configuración y actividades de mantenimiento. A nivel de línea
productiva, el indicador Overall Equipment Effectiveness (OEE) permite cuantificar la contribución del
molde a la productividad global del sistema, complementándose con técnicas de ensayos no destructivos
(NDT) para la identificación de modos de fallo específicos asociados a la construcción modular.
A pesar de los avances señalados, la literatura actual carece de un marco metodológico integrado que
evalúe de manera simultánea los aspectos técnicos, operativos y económicos del ciclo de vida de moldes
modulares en condiciones reales de operación industrial. La mayoría de los estudios se centran en aspectos
aislados (diseño, desgaste o costos) sin proporcionar una visión holística que permita tomar decisiones
informadas sobre su implementación y gestión. Por lo tanto, el presente trabajo tiene como objetivo
evaluar integralmente el ciclo de vida de moldes permanentes modulares, desde la etapa de diseño hasta
el fin de vida, incorporando criterios técnicos, económicos y ambientales, y proponiendo un marco de
decisión alineado con los principios de manufactura sostenible y economía circular. La estructura del
artículo es la siguiente: en la Sección 2 se describe la metodología empleada; en la Sección 3 se presentan
los resultados obtenidos; en la Sección 4 se discuten los hallazgos en el contexto de la literatura; y
finalmente, en la Sección 5 se exponen las conclusiones y recomendaciones.
2. Materiales y métodos
La metodología empleada se estructuró en cinco fases, integrando herramientas analíticas, experimentales
y de gestión, basadas en los estudios de moldes modulares diseñados e implementados para fabricación
en líneas de fundición, [8]. La Figura 1 muestra de manera esquemática el flujo metodológico propuesto.
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Figura 1. Metodología de trabajo propuesto.
2.1. Descripción del Caso de Estudio
Se analizaron dos configuraciones de moldes modulares implementados en líneas de producción masiva
de piezas de aluminio, actualmente en fase operativa funcional:
Molde Tipo A (Progresivo): Diseñado para dispositivos mecánicos de tracción de 154.2 mm, con
capacidad para configuraciones de 1R a 4R, arquetipos A y B, y elementos intercambiables (base, tapas,
donas). Fabricado en acero H13, con tratamiento térmico QST [7].
Molde Tipo B (Múltiple): Diseñado para ruedas acanaladas de 152.4 mm, con 1 hasta 4 ranuras y
trapezoides múltiples. Consta de 11 elementos principales que conforman el cuerpo completo, fabricado
en acero H13 [8]. La Tabla 1 resume las características principales de ambos moldes.
Tabla 1. Descripción de moldes en evaluación
Tipo de molde
Dimensiones
Configuración
Diseño
Alcance
(geometrías)
Molde Tipo A
(Progresivo)
-154.2 mm
-1 a 4 ranuras
2 arquetipos
Intercambiable de
11 elementos
14
Molde Tipo B
(Múltiple)
-152.4 mm
-1 a 4 ranuras
-trapezoides
múltiples
Escalable de 13
elementos
22-26
2.2. Instrumentación y Monitorización (PAT)
Se aplicó la Tecnología Analítica de Procesos (Process Analytical Technology, PAT) para comprender la
lógica del proceso e identificar tareas candidatas a mejora. Se realizó un cuadro PAT desglosando 8
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actividades y 31 tareas del proceso de fundición (Tabla 2, adaptada de [8]). Para la monitorización térmica
y mecánica en tiempo real, se propone la instrumentación con termopares tipo K (rango de -200 a 1250
°C) y galgas extensiométricas (resistencia de 120 Ω, factor de galga 2.1) en las interfaces modulares y
zonas críticas de los moldes. La adquisición de datos se realizó mediante un sistema de registro multicanal
(National Instruments cDAQ-9189) con una frecuencia de muestreo de 1 kHz. Estos sensores se insertan
en las fases correspondientes del PAT que se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2. Cuadro PAT: proceso de transformación metalúrgica en líneas de fundición-fabricación de piezas objetivo en
fundición de aluminio
2.3. Evaluación de la Eficiencia Operativa (MTM)
Se aplicó el estudio de métodos y tiempos MTM (Methods Time Measurement) para analizar las tareas de
preparación, armado, desarmado y cambio de configuración de los moldes [17]. Se elaboró un resumen
de la medición de tiempos del ciclo de proceso (Tabla 3), identificando las operaciones internas y externas
con potencial de optimización mediante técnicas SMED (Single-Minute Exchange of Die) [35]. El estudio
se realizó con un cronómetro digital y el software de análisis de tiempos MTM-UAS, considerando un
mínimo de 10 ciclos de medición por cada configuración para garantizar la significancia estadística.
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Tabla 3. Resumen comparativo de medición de tiempos de proceso de moldeo, en líneas de fundición con vaciado a moldes
permanentes-Proceso K:100 Kg.
2.4. Evaluación del Desgaste y Deterioro (NDT y Ensayos Mecánicos)
Se realizaron pruebas no destructivas (NDT) mediante la técnica de líquidos penetrantes (penetrante visible, nivel de
sensibilidad 2, según norma ASTM E165) para detectar grietas superficiales en zonas críticas como las uniones modulares y
los cuerpos ranurados [24]. Complementariamente, se efectuaron ensayos mecánico-dimensionales utilizando un flexómetro
digital (precisión ±0.01 mm) y un calibrador Vernier (precisión ±0.02 mm) para verificar la coincidencia geométrica entre el
positivo (pieza fundida) y el negativo (molde), contrastando los resultados con las tolerancias de diseño establecidas en los
planos CAD. Las mediciones se realizaron en tres puntos distintos de cada pieza para evaluar la repetibilidad, como se muestra
en la Figura 2.
Figura 2. Pruebas a piezas del molde
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2.5. Análisis de Desempeño Global (OEE)
Se implementó el indicador de Eficacia Global de Equipos (Overall Equipment Effectiveness, OEE) para
diagnosticar la productividad de la línea donde se insertan los moldes modulares [21]. El OEE se calculó
como el producto de la Disponibilidad (tiempo de operación efectivo / tiempo de carga planeado), el
Rendimiento (piezas producidas / piezas teóricas a la velocidad nominal) y la Calidad (piezas buenas /
piezas totales producidas), permitiendo cuantificar las pérdidas asociadas a paros, micro-paradas y
defectos de calidad atribuibles al molde. Los datos se recopilaron durante un período de 6 meses de
operación continua, con un registro diario de los tiempos de paro y producción, como se muestra en la
Figura 3.
Figura 3. Desempeño de los moldes. a) Comparativa de métricas OEE por tipo de molde A y B, b) Evolución mensual del
OEE global en un periodo de 6 meses
2.6. Análisis de Escenarios de Fin de Vida
Se definieron criterios para el fin de vida útil de los módulos basados en el desgaste dimensional (pérdida
de material > 0.5 mm en zonas críticas) y la aparición de defectos NDT (grietas superficiales > 1 mm)
[24]. Se evaluaron opciones de reacondicionamiento (maquinado de superficies, sustitución de insertos)
versus reciclaje (fundición del acero H13 para nuevos moldes), considerando modelos de coste y
emisiones de carbono adaptados de la literatura sobre sostenibilidad en moldeo [20].
Figura 4. Análisis de reacondicionamiento de elementos de molde.
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2.7 Validación del método
La validación del método propuesto se estructura en tres dimensiones fundamentales: repetibilidad de los
resultados, robustez del enfoque metodológico integrado y análisis crítico de las limitaciones del estudio.
2.7.1 Repetibilidad del método
La repetibilidad del método se evaluó mediante su aplicación sistemática a diferentes corridas productivas,
considerando variaciones en la configuración modular del molde, condiciones térmicas y secuencias
operativas. El uso de instrumentación de monitoreo en tiempo real permitió identificar patrones térmicos
consistentes en las zonas críticas del molde, particularmente en las interfaces modulares, lo cual concuerda
con estudios recientes que reportan una alta reproducibilidad de mediciones térmicas y de proceso en
sistemas metalúrgicos instrumentados digitalmente, [28]. En cuanto a la evaluación operativa, los análisis
de tiempos y métodos mostraron variaciones acotadas entre corridas comparables (coeficiente de variación
< 5%), manteniéndose dentro de rangos típicos reportados para estudios MTM aplicados en entornos
industriales con variabilidad operativa moderada. A nivel de desempeño global, el indicador OEE reflejó
mejoras consistentes asociadas a la modularidad, especialmente en el componente de disponibilidad,
resultado coherente con estudios recientes de validación de OEE en industrias metalmecánicas bajo
enfoques de Industria 4.0, [30].
2.7.2 Robustez del enfoque metodológico integrado PAT–MTM–OEE
La robustez del método propuesto se sustenta en la integración complementaria de PAT, MTM y OEE, lo
que permite abordar el desempeño del molde modular desde múltiples escalas de análisis. Aunque PAT
se originó en el ámbito farmacéutico, investigaciones recientes han demostrado que sus principios
(monitoreo en tiempo real, control de variables críticas y reducción de la variabilidad del proceso) son
plenamente transferibles a procesos industriales complejos, incluyendo manufactura avanzada, metalurgia
y sistemas híbridos [16], [22]. En particular, estudios sobre monitoreo en tiempo real en procesos de colada
continua y fundición han evidenciado que la integración de sensores térmicos, técnicas de adquisición en
línea y análisis de datos permite mejorar la estabilidad del proceso y anticipar modos de fallo, funciones
alineadas conceptualmente con el enfoque PAT [31], [32].
La incorporación de MTM fortalece el método al vincular el comportamiento físico del molde con el
impacto operativo derivado de los tiempos de ensamble, cambio de configuración y mantenimiento. El
OEE actúa como un indicador de nivel sistema, traduciendo los efectos técnicos y operativos en métricas
de productividad global. La literatura reciente reconoce que este tipo de marcos híbridos de evaluación
incrementa la robustez metodológica y favorece la toma de decisiones basada en datos en entornos
industriales digitalizados [33].
2.7.3 Limitaciones del estudio
A pesar de la robustez del enfoque propuesto, el estudio presenta limitaciones que deben considerarse. En
primer lugar, el análisis experimental se circunscribe a moldes modulares y condiciones de operación
específicas (aleaciones de aluminio, acero H13), lo que puede limitar la extrapolación directa de los
resultados a otros materiales o tecnologías de fundición (ej., cobre, hierro, fundición a alta presión).
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En segundo lugar, aunque se emplean técnicas de monitoreo en tiempo real, el estudio no integra aún
modelos avanzados de predicción basados en inteligencia artificial o gemelos digitales, cuya utilidad ha
sido demostrada recientemente para la gestión del ciclo de vida de activos industriales, específicamente
en el monitoreo y predicción del desgaste en herramientas de manufactura avanzada.
Adicionalmente, el enfoque de ciclo de vida utilizado se centra en criterios técnicos y operativos, alineados
con el lifecycle engineering, sin desarrollar un inventario ambiental completo conforme a normas ISO de
LCA. Investigaciones recientes resaltan que la combinación progresiva de modelos de ciclo de vida para
la sostenibilidad en herramental constituye una línea prometedora para futuros estudios sobre herramientas
industriales y gestión ambiental [34].
3. Resultados
3.1. Resultados del Diseño y la Manufactura
El diseño progresivo permitió alcanzar un sistema-molde configurado desde un modelo base 1R hasta 4R,
con 4 elementos compatibles, 6 intercambiables y 2 opcionales, totalizando 8 modelos posibles y 14
variantes [7]. La coincidencia entre el diseño CAD y las piezas maquinadas fue superior al 98%, superando
el prototipo físico geométrico inicial en un 1.3% en promedio (Figura 5).
Este alto nivel de precisión es consistente con los hallazgos de [7], quienes reportaron que la fabricación
mediante mecanizado CNC de alta precisión permite alcanzar tolerancias geométricas inferiores a ±0.05
mm en moldes modulares. La alta coincidencia geométrica es un requisito indispensable para garantizar
la intercambiabilidad de módulos y la repetibilidad dimensional de las piezas fundidas a lo largo de su
vida útil, ya que cualquier desviación inicial se amplificaría con el desgaste y los ciclos térmicos,
acortando la vida útil del sistema.
Figura 5. Alcances de los moldes por diseño.
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3.2. Resultados de la Monitorización (PAT) y Eficiencia Operativa (MTM)
El estudio MTM aplicado al molde múltiple permitió identificar que las tareas de armado y desarmado
eran las de mayor impacto en el tiempo de ciclo (representando aproximadamente el 35% del tiempo total
de preparación). La implementación del molde múltiple redujo significativamente los tiempos de
preparación en comparación con el uso de moldes unitarios convencionales para fabricar la misma
variedad de piezas. Por ejemplo, mientras que el cambio de un molde convencional requería
aproximadamente 45 minutos, el cambio de configuración en el molde Tipo B se redujo a 15 minutos, lo
que representa una mejora del 66% en el tiempo de cambio. Esta reducción se atribuye directamente a la
estandarización de las interfaces y a la facilidad de intercambio de módulos, validando los principios de
la metodología SMED. La Tabla 4 (adaptada de Boche-Cano et al., 2025) muestra el desglose de
actividades del proceso PAT, destacando en color naranja las tareas directamente influenciadas por la
modularidad del molde (actividad 8: Preparación de moldes y vaciado) [8].
Tabla 4. desglose de actividades del proceso PAT.
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3.3. Resultados de la Evaluación de Deterioro (NDT)
Las pruebas de líquidos penetrantes (NDT) realizadas a los componentes del molde múltiple después de
las corridas de producción (aproximadamente 10 000 ciclos de colada) no revelaron grietas superficiales
en las áreas críticas, validando la integridad estructural del acero H13 con tratamiento térmico QST. Este
resultado es consistente con los estudios de [15], donde se señaló que el acero H13 con un tratamiento
térmico adecuado presenta una alta resistencia al agrietamiento por fatiga térmica en aplicaciones de
fundición permanente. La evaluación dimensional confirmó que las piezas fabricadas (22-26 tipos
diferentes) mantenían las tolerancias requeridas (variación dimensional < 0.1 mm), demostrando la
estabilidad dimensional del sistema modular [8]. No obstante, se identificaron ligeros signos de desgaste
erosivo en las zonas de mayor flujo de metal fundido (ángulos de entrada), con una pérdida de material
estimada de 0.2 mm, lo que sugiere que una evaluación a largo plazo (más de 50 000 ciclos) podría revelar
posibles ajustes para su continuo y óptimo funcionamiento, como la implementación de recubrimientos
cerámicos en esas zonas críticas.
3.4. Resultados del Desempeño Global (OEE) y Comparativa Económica
La implementación en línea de manufactura de los moldes progresivo y múltiple mostro resultados de
desempeño en una mejora sustancial de la productividad. La Tabla 5 resume los principales indicadores
de desempeño.
Tabla 5. Comparativa de Desempeño: Moldes implementados vs. Moldes Convencionales.
Indicador
Molde Progresivo
Molde Múltiple
Número de piezas diferentes
por molde
11
13
Eficiencia de ensamblaje
97%
96%
Precisión/Maniobrabilidad
96-98% consistente
95-97% consistente
Costo de fabricación (por
molde)
+25% vs. unitario
+10% vs.
progresivo
Costo global (para 22 piezas)
1.25x
-88%
Fuente: Elaboración propia con datos de [4,5].
En términos de OEE, la reducción de tiempos de cambio y la mayor confiabilidad del proceso permitieron
incrementar la disponibilidad de la línea. El OEE global del molde Tipo B se calculó en un 78%, frente al
65% del molde convencional. Este incremento se debe principalmente a una mejora en la disponibilidad
(del 70% al 85%) y en la calidad (del 92% al 96%), mientras que el rendimiento se mantuvo similar (95%).
Un estudio de caso en la industria de fundición demostró que acciones correctivas basadas en el análisis
OEE pueden aumentar la disponibilidad del 30% al 78% y la producción diaria de 17,900 kg a 19,200 kg.
Extrapolando estos principios, el molde modular contribuye directamente a la mejora de la productividad
global. Comparando nuestros resultados con los reportados en [29], donde se lograron mejoras en OEE
del 10-15% mediante la implementación de herramientas de simulación y análisis de datos, nuestro
enfoque integrado logra una mejora del 20% (del 65% al 78%), lo que subraya el valor adicional de la
modularidad y el monitoreo en tiempo real.
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3.5. Resultados del Análisis de Fin de Vida y Sostenibilidad
El análisis de ciclo de vida, inspirado en metodologías para moldes semipermanentes y permanentes, se
aplicó conceptualmente a los moldes en estudio. Se estimó que la capacidad de reemplazar solo los
módulos desgastados (como los cuerpos ranurados o insertos), en lugar de desechar el molde completo,
reduce el consumo de material y la generación de residuos. Por ejemplo, el reemplazo selectivo de un
inserto crítico (que representa aproximadamente el 15% del peso total del molde) permite extender la vida
útil del sistema en un 60%, en lugar de reemplazar el 100% del molde. Esto se alinea con los principios
de la economía circular, donde la modularidad es clave para la sostenibilidad, Figura 6. Estudios en
tecnologías de los moldes implementados muestran reducciones de carbono del 9.2% al 11.9% [6].
Nuestro análisis estima que la adopción del molde modular Tipo B podría reducir las emisiones de CO2
asociadas a la fabricación de utillajes en aproximadamente un 85% para la producción de una familia de
22 piezas, asumiendo una huella de carbono de 2.5 kg CO2/kg de acero.
Figura 6. Comparativa de sostenibilidad en el ciclo de vida: consumo de material y emisiones de CO2 (familia 22 piezas)
3.6 Comparativa del ciclo de vida: molde modular vs molde convencional
El análisis comparativo entre moldes permanentes modulares y moldes convencionales monolíticos
evidencia diferencias sustanciales en el comportamiento del sistema a lo largo de su ciclo de vida. En el
caso del molde convencional, la vida útil está condicionada por el desgaste acumulado de las zonas más
críticas del negativo, lo que conduce al reemplazo completo del molde una vez alcanzado un umbral de
degradación funcional (generalmente después de 15,000-20,000 ciclos de colada). Este enfoque genera un
ciclo de vida lineal, caracterizado por un alto consumo de recursos materiales, energía de fabricación y
tiempos de paro prolongados asociados a la sustitución total del activo. Por el contrario, el molde modular
presenta un ciclo de vida escalonado y no lineal, en el cual la degradación se manifiesta de manera
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diferenciada entre los distintos módulos que conforman el sistema. Los resultados muestran que mientras
ciertos módulos críticos (como los insertos de las ranuras) alcanzan su límite funcional después de 15,000
ciclos, otros (como la base estructural) mantienen condiciones operativas aceptables hasta 50,000 ciclos,
permitiendo su reutilización. Esta característica posibilita la sustitución selectiva de componentes,
reduciendo significativamente el consumo acumulado de material y energía en comparación con el molde
convencional. Desde una perspectiva de gestión del ciclo de vida, el molde modular permite extender el
tiempo efectivo de operación del sistema completo, aun cuando se realizan intervenciones parciales. Esta
estrategia se traduce en una reducción de los costos asociados al reemplazo del molde en un 88% y en una
menor generación de residuos metálicos, reforzando los beneficios técnicos, económicos y ambientales
del enfoque modular.
3.7 Curva de degradación estimada del sistema de moldeo
A partir del seguimiento del desempeño operativo y de las evaluaciones mediante ensayos no destructivos,
se estimó la curva de degradación tanto para el molde convencional como para el sistema modular. En el
molde convencional, la degradación presenta una tendencia aproximadamente continua y acumulativa,
con un incremento progresivo de defectos superficiales (grietas térmicas), pérdida de calidad dimensional
(desgaste de la cavidad) y aumento de tiempos de mantenimiento correctivo conforme se incrementa el
número de corridas. En contraste, el molde modular exhibe una curva de degradación segmentada, en la
cual los módulos presentan distintos ritmos de deterioro dependiendo de su función geométrica y térmica.
Los resultados indican que la degradación no afecta de manera simultánea a todo el sistema, sino que se
concentra en módulos específicos, generando descensos locales de desempeño que pueden corregirse
mediante el reacondicionamiento o reemplazo parcial. Esta segmentación reduce la pendiente global de la
curva de degradación del sistema completo, permitiendo mantener niveles de desempeño aceptables
durante un mayor horizonte temporal (hasta un 300% más en comparación con el molde monolítico).
3.8 Modos de fallo dominantes por módulo
El análisis de los ensayos no destructivos y de la evidencia recopilada durante la operación permitió
identificar los modos de fallo dominantes asociados a cada tipo de módulo del molde. Los módulos en
contacto directo con el metal fundido (insertos ranurados) presentaron principalmente mecanismos de
desgaste térmico y erosión superficial, asociados a ciclos térmicos intensos y fluctuaciones de temperatura
(fractura por fatiga térmica). En módulos estructurales y de cierre (bases y tapas), se observaron
concentraciones de esfuerzos mecánicos en las interfaces de ensamblaje, dando lugar a microfisuras y
deformaciones locales (deformación plástica y desgaste por fricción). Asimismo, los resultados evidencian
que las uniones modulares constituyen zonas sensibles donde convergen variables térmicas, mecánicas y
geométricas. No obstante, la modularidad facilita la inspección y el tratamiento localizado de estos modos
de fallo, en contraste con el molde convencional, donde la detección temprana resulta más compleja
(requiere inspección visual y dimensional de toda la cavidad) y las acciones correctivas suelen implicar
paros prolongados (reemplazo de todo el molde en lugar de un módulo específico).
3.9 Relación entre desgaste y configuración geométrica
El análisis comparativo mostró una relación directa entre la configuración geométrica de los módulos y
los patrones de desgaste observados. Los módulos con geometrías más complejas (cambios bruscos de
sección, radios internos reducidos < 2 mm), presentaron tasas de desgaste superiores (aproximadamente
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0.3 mm por cada 10,000 ciclos), particularmente en zonas de concentración de flujo térmico y tensiones
mecánicas. En cambio, módulos con geometrías más simples y transiciones suaves (radios internos > 5
mm) exhibieron un comportamiento más estable a lo largo de las corridas analizadas (desgaste de solo 0.1
mm por cada 10,000 ciclos).
Esta relación pone de manifiesto que el diseño geométrico modular no solo influye en la funcionalidad
inmediata del molde, sino también en su comportamiento a lo largo del ciclo de vida. Los resultados
sugieren que la optimización geométrica de módulos críticos, mediante el incremento de radios de
curvatura y la reducción de concentradores de esfuerzos, puede contribuir significativamente a reducir la
tasa de degradación y a equilibrar las vidas útiles relativas de los diferentes componentes del sistema,
fortaleciendo el enfoque de diseño orientado al ciclo de vida.
4. Discusión
Los resultados obtenidos demuestran que la evaluación del ciclo de vida de moldes modulares mediante
herramientas como PAT, MTM, NDT y OEE constituye una metodología multidisciplinar esencial para
la toma de decisiones informadas en entornos industriales de fundición. La alta coincidencia geométrica
(>98%) lograda en la fase de diseño y manufactura [7] es un requisito indispensable para garantizar la
funcionalidad del molde a largo plazo.
Cualquier desviación inicial se amplificaría con el desgaste, acortando la vida útil. Este hallazgo es
consistente con los principios de la ingeniería de precisión, donde la calidad dimensional inicial es un
predictor clave de la vida útil de herramientas de alto rendimiento. La integración de MTM y PAT permitió
no solo cuantificar la eficiencia operativa, sino también comprender las fuentes de variabilidad en el
proceso. Los tiempos de preparación reducidos gracias a la modularidad [8] impactan directamente en la
disponibilidad, un componente crítico del OEE.
La reducción del tiempo de cambio del 66% (de 45 a 15 minutos) es comparable a los resultados reportados
en la implementación de SMED, donde se logran reducciones de tiempo de cambio superiores al 50%
mediante la estandarización de interfaces y la simplificación de operaciones. La curva de aprendizaje
observada en los operarios durante la transición de moldes convencionales a modulares [8] subraya la
necesidad de capacitación y diseño de interfaces intuitivas (poka-yokes) para maximizar los beneficios
desde el inicio.
Las pruebas NDT confiron que el acero H13 con proceso ESR y tratamiento térmico adecuado [7]
proporciona la resistencia necesaria en las uniones modulares, el punto más crítico. Sin embargo, la
monitorización continua (PAT) sigue siendo recomendable para detectar fatiga térmica incipiente, como
sugieren los sistemas de monitorización en línea de procesos continuos. La ausencia de grietas detectables
después de 10 000 ciclos es un indicador positivo de la integridad estructural, pero el desgaste erosivo
observado (0.2 mm) sugiere que se deben considerar estrategias de protección superficial (ej.,
recubrimientos de nitruro de titanio o cromo) para extender aún más la vida útil de los módulos críticos,
en línea con las recomendaciones para moldes de fundición sostenibles encontradas en [9].
El impacto económico es el hallazgo más significativo. Aunque un molde modular cuesta un 25% más
que uno unitario, su capacidad para producir 22-26 piezas diferentes reduce el costo global de utillaje en
un 88%. Esta métrica, combinada con las ganancias en OEE (del 65% al 78%), justifica la inversión y
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orienta la toma de decisiones estratégicas hacia la adopción de plataformas modulares. Desde una
perspectiva de análisis de costos del ciclo de vida, el ahorro acumulado en la fabricación de moldes
unitarios, almacenamiento y mantenimiento supera con creces el costo inicial adicional del molde
modular, lo que lo convierte en una opción económicamente superior para entornos de producción de alta
variedad y mediano volumen. Además, la reducción en la fabricación de moldes unitarios tiene un impacto
ambiental positivo, reduciendo la huella de carbono asociada a la producción de acero y mecanizado. La
estimación de una reducción de CO2 del 85% para la producción de 22 piezas es consistente con las
tendencias de manufactura sostenible reportadas en [4] y, donde se destaca que la extensión de la vida útil
de herramientas y la reducción del consumo de materiales son estrategias clave para la descarbonización
de la industria metalmecánica.
5. Impacto del Trabajo
Impacto Técnico-Económico: Proporciona a los ingenieros de proceso y diseñadores de utillajes una
metodología probada para la transición de moldes unitarios a sistemas modulares. Los ahorros
cuantificados (88% en costos de utillaje para 22 piezas) ofrecen un argumento sólido para la inversión en
I+D en empresas de fundición.
Impacto en la Gestión de la Producción: Establece un marco de evaluación basado en KPIs (OEE,
MTM, NDT) que permite a los responsables de planta monitorizar el desempeño de los activos y tomar
decisiones informadas sobre mantenimiento, reacondicionamiento o reemplazo de módulos.
Impacto Ambiental: Contribuye a los objetivos de manufactura sostenible al demostrar que el diseño
modular reduce el desperdicio de material y las emisiones de carbono asociadas a la fabricación de
múltiples moldes. Este enfoque se alinea con las directrices globales de economía circular y producción
más limpia en la industria metalmecánica.
6. Conclusiones
A partir de la evaluación integral del ciclo de vida de moldes permanentes modulares en líneas de
fundición industrial, y dando respuesta al objetivo planteado, se derivan las siguientes conclusiones:
Viabilidad Técnica: Se ha demostrado que los moldes permanentes modulares, diseñados bajo algoritmos
de configuración y fabricados en acero H13, cumplen con los requisitos de precisión geométrica
(coincidencia >98%) y resistencia estructural para la producción de familias completas de piezas fundidas,
manteniendo la integridad estructural después de al menos 10 000 ciclos de colada [8].
Eficiencia Operativa: La aplicación de MTM y PAT permitió optimizar las tareas de preparación y
cambio, reduciendo los tiempos de inactividad en un 66% y mejorando la eficiencia del ciclo de
producción. La modularidad facilita la intercambiabilidad de componentes y la adaptación rápida a nuevos
requerimientos, validando los principios de la metodología SMED.
Productividad Global: El análisis del OEE, complementado con datos de campo, confirma que la
implementación de moldes modulares contribuye significativamente a la mejora de la disponibilidad (del
70% al 85%) y la productividad global de la línea de fundición, con un impacto directo en la capacidad
de producción logrando un OEE global del 78% frente al 65% del molde convencional.
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Sostenibilidad Económica y Ambiental: El análisis de ciclo de vida revela una reducción del 88% en el
costo global de utillaje para producir una familia de 14-26 piezas. Ambientalmente, la modularidad
promueve la economía circular al permitir el reacondicionamiento de módulos específicos (extendiendo
la vida útil del sistema hasta 60 000 ciclos) y reducir la fabricación de moldes unitarios, disminuyendo la
huella de carbono en un 85% estimado.
Limitaciones: El estudio se circunscribe a moldes modulares de acero H13 para fundición de aluminio,
por lo que los resultados deben extrapolarse con precaución a otros materiales (ej., cobre, hierro) o
tecnologías de moldeo (ej., fundición a alta presión). Asimismo, no se desarrolló un inventario ambiental
completo conforme a las normas [10] y, centrándose en el lifecycle engineering técnico-operativo.
Recomendaciones Futuras: Se recomienda el desarrollo de un gemelo digital (digital twin) del molde
modular que integre datos PAT en tiempo real y algoritmos de machine learning para predecir el desgaste
y optimizar las estrategias de mantenimiento predictivo. Asimismo, se sugiere ampliar el estudio a otras
familias dimensionales y materiales de molde, así como la realización de un LCA completo que
cuantifique con precisión los impactos ambientales de los moldes modulares frente a los convencionales,
en línea con las investigaciones recientes en sostenibilidad de procesos de manufactura.
7. Agradecimientos de autoría
Edgar Yered Boche Cano: Conceptualización; Recursos; Ideas; Metodología; Análisis formal. Martha
Angélica Cano Figueroa: Conceptualización; Ideas; Investigación; Análisis de datos; Escritura. Hugo
Arcos Gutiérrez: Metodología; Análisis de datos; Administración de proyecto. Víctor Hugo mercado
Lemus, José Antonio Betancourt Cantera: Borrador original; Revisión y edición.
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Derechos de Autor (c) 2026 Martha Angélica Cano-Figueroa, Hugo Arcos-Gutiérrez, Edgar Yered Boche-Cano, Víctor Hugo
Mercado-Lemus, José Antonio Betancourt-Cantera
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