Diseño de una máquina dosificadora automática por tornillo sin fin para llenado de recipientes de vidrio con granos

Abstract

This graduation project addresses the comprehensive design of an automatic screw-type dosing machine for the precise filling of glass jars with basic grains. The project arose in response to the need for technological advancement in the agro-industrial sector and aims to equip the Automation Laboratory at the University of the Valley of Guatemala with a functional machine capable of dispensing 0.45 kg per container at a production rate of 180 kg/h. The methodology employed ranged from the characterization of the bulk materials to the mechanical dimensioning of the power and storage subsystems. A hopper with a capacity of 45 kg was designed, and a 50 mm screw mechanism operating at 54 RPM was selected to guarantee the required mass ow rate. Engineering validation was performed using rigorous analytical models and nite element analysis (FEA) simulations. The results of the structural analysis of the support column, subjected to a critical load of 1638 N, yielded a static safety factor of 12.9 and a maximum Von Mises stress of 2.8 MPa, confirming the design's robustness against plastic failure. Operational accuracy was also guaranteed with a maximum de ection of only 0.045 mm, and overall safety was verified with a rollover stability index of 1.54. The nal design constitutes a viable, safe, and documented mechatronic solution, adhering to engineering standards and ready for future manufacturing.

El presente trabajo de graduación aborda el diseño integral de una máquina dosificadora automática por tornillo sin fin, destinada al llenado preciso de frascos de vidrio con granos básicos. El proyecto surge como respuesta a la necesidad de tecnificación en el sector agroindustrial y busca dotar al laboratorio de Automatización de la Universidad del Valle de Guatemala de un equipo funcional capaz de dosificar 0.45 kg por envase a una tasa de producción de 180 kg/h. La metodología empleada abarcó desde la caracterización de los materiales a granel hasta el dimensionamiento mecánico de los subsistemas de potencia y almacenamiento. Se diseñó una tolva con capacidad para 45 kg y se seleccionó un mecanismo de tornillo de 50 mm operando a 54 RPM para garantizar el flujo masico requerido. La validación de la ingeniería se realizó mediante modelos analíticos rigurosos y simulaciones por elementos finitos (FEA). Los resultados del análisis estructural sobre la columna de soporte, sometida a una carga crítica de 1638 N, reportaron un factor de seguridad estático de 12.9 y un esfuerzo máximo de Von Mises de 2.8 MPa, confirmando la robustez del diseño frente a fallas plásticas. Asimismo, se garantizó la precisión operativa con una deflexión máxima de apenas 0.045 mm y se verificó la seguridad global mediante un índice de estabilidad al vuelco de 1.54. El diseño final constituye una solución mecatrónica viable, segura y documentada bajo estándares de ingeniería, lista para su futura manufactura.