1.2.1. Tolerancias ISA

Orígenes del sistema ISA y su evolución a la norma ISO

El desarrollo de la industria metalmecánica a principios del siglo XX exigió la creación de un lenguaje de fabricación unificado. La antigua ISA (International Federation of the National Standardizing Associations), fundada en 1926, sentó las bases para sistematizar los márgenes de error dimensionales admisibles. Tras la Segunda Guerra Mundial, esta federación dio paso a la actual ISO (Organización Internacional de Normalización), la cual asumió el sistema ISA y lo actualizó bajo la norma técnica UNE-EN ISO 286. En el ámbito electrotécnico, esta unificación normativa permite que un motor fabricado en España acople perfectamente su eje con una polea fabricada en Alemania.

El objetivo del sistema de tolerancias ISA e ISO es clasificar sistemáticamente las magnitudes de tolerancia y sus posiciones relativas respecto a la línea de cota nominal (denominada línea cero). De este modo, los ingenieros y montadores no necesitan especificar valores numéricos decimales aleatorios en cada cota del plano, sino que pueden utilizar una nomenclatura estandarizada formada por una combinación alfanumérica de letras y números (por ejemplo: $\varnothing 28\text{H7}$ o $\varnothing 28\text{g6}$).

Este sistema normalizado de designación simplifica drásticamente el trabajo en el taller. El operario que lee un plano eléctrico y mecánico identifica de inmediato las características de montaje de las piezas (juego o aprieto) y sabe qué herramientas de corte o punzonado específicas debe emplear, reduciendo los tiempos de preparación de maquinaria y asegurando la total intercambiabilidad de los componentes de baja tensión.

Estructura y codificación de las tolerancias normalizadas

Definición de posiciones de la zona de tolerancia (letras)

La posición de la zona de tolerancia respecto a la línea cero (que representa la dimensión teórica nominal) se define mediante letras del alfabeto latino. Esta posición determina la magnitud de la desviación fundamental de la pieza. La norma establece una distinción clara en la escritura para evitar errores de interpretación:

• Letras mayúsculas (de la A a la Z): Se reservan exclusivamente para codificar las dimensiones de agujeros (piezas continentes o características internas).
• Letras minúsculas (de la a a la z): Se emplean únicamente para designar las dimensiones de ejes (piezas contenidas o características externas).

Para los agujeros, la letra H representa la posición base del sistema de agujero único: su desviación inferior ($EI$) es igual a cero. Esto significa que la dimensión mínima admisible del agujero coincide exactamente con la dimensión nominal. Las letras anteriores a la H (de la A a la G) representan agujeros mayores que la nominal (holguras elevadas), mientras que las posteriores (de la J a la Z) se desplazan hacia abajo, estrechando el hueco para propiciar ajustes de transición o aprietos.

Para los ejes, la letra h representa la posición homóloga: su desviación superior ($es$) es igual a cero. Las letras de la 'a' a la 'g' representan ejes más delgados que la nominal (siempre proporcionarán juego con un agujero H), mientras que las letras de la 'j' a la 'z' representan ejes con dimensiones superiores, destinados a provocar interferencia mecánica o aprieto.

Los grados de calidad o precisión (números IT)

El segundo elemento de la designación alfanumérica es un número entero que representa el grado de tolerancia fundamental (IT - International Tolerance). Existen 20 grados de calidad normalizados, que van desde el IT01 (máxima precisión) hasta el IT18 (menor precisión o tolerancia más amplia). La aplicación práctica de estos grados se clasifica de la siguiente manera en la industria:

• IT01 a IT4 (Ultra-precisión): Reservados para laboratorios de metrología, calibración de bloques patrón, calibres de verificación y componentes de altísima tecnología óptica o electrónica.
• IT5 a IT11 (Mecánica general y ajustes de precisión): Utilizados para el mecanizado de piezas móviles en motores, cojinetes, rodillos de guiado, ejes de accionamiento mecánico y elementos de acoplamiento giratorio.
• IT12 a IT18 (Mecanizado basto y calderería): Aplicados en procesos de deformación plástica, punzonado, corte por cizalla o láser, fabricación de perfiles estructurales, soportes de chapa para cuadros eléctricos y montaje de bandejas de conducción de cables.

Matemáticamente, la magnitud de la tolerancia en micras ($\mu\text{m}$) se calcula para cada intervalo de diámetros en función del grado IT seleccionado. A mayor calidad (número de grado más bajo), menor es el margen admisible y, exponencialmente, mayor es el coste del mecanizado manual o automatizado.

Relevancia en aplicaciones eléctricas específicas

Ajuste de rodamientos y acoplamientos en motores eléctricos

Los motores eléctricos (máquinas síncronas y asíncronas) exigen un control dimensional riguroso. El eje del rotor debe girar a miles de revoluciones por minuto apoyado en rodamientos de bolas. Si la pista interna del rodamiento no queda firmemente solidaria al eje, se producirá un deslizamiento relativo que desgastará el metal, provocará un desalineamiento del rotor y destruirá los devanados del estátor debido al roce del entrehierro.

Para evitar esto, el eje del motor suele mecanizarse bajo una tolerancia de aprieto leve (por ejemplo, k6 o m6), mientras que el alojamiento del rodamiento en las tapas extremas de la carcasa (agujero) se diseña con una tolerancia H7 o JS7. Este acoplamiento exacto garantiza que la pista interna gire con el eje sin juego, mientras que la pista externa pueda deslizar longitudinalmente de manera controlada para compensar las dilataciones térmicas del rotor durante el funcionamiento.

Mecanizado de orificios para pulsadores y prensaestopas

En el montaje de las envolventes, se realizan de forma habitual mecanizados manuales o mediante punzonadoras para la inserción de elementos de mando y paso de cables. Analicemos las tolerancias idóneas para estas dos operaciones habituales:

1. Diámetro de pulsadores estándares ($\varnothing 22$ mm): La norma UNE-EN 60947-5-1 fija el diámetro de los taladros para aparatos de mando en 22,5 mm con una tolerancia del tipo H11 o H12. Un agujero H11 de 22,5 mm posee un rango de tolerancia de $+0,13$ mm / $0$ mm. Es decir, el orificio real debe medir entre 22,50 mm y 22,63 mm. Si mide menos, el pulsador no entrará; si mide más, la junta de goma no presionará correctamente la chapa, reduciendo el grado IP del cuadro.
2. Orificios para prensaestopas métricos (M20, M25): Los prensaestopas que garantizan la entrada de los cables a la envolvente con estanqueidad requieren taladros en la chapa conformes a la norma UNE-EN 62444. Para un prensaestopas M20, el taladro se realiza a cota nominal de 20 mm. El ajuste empleado suele ser un grado basto con holgura (como D11), admitiendo que el orificio real sea ligeramente superior (entre 20,10 mm y 20,25 mm) para facilitar el paso de la rosca del prensaestopas sin morder la chapa.

# Script para emular la base de datos de desviaciones estándar en el ajuste

# de rodamientos de motores de inducción monofásicos y trifásicos.



def obtener_desviaciones_eje(diametro_nominal, calidad_eje):

    # Base de datos simplificada para diámetros de 18 a 30 mm

    database = {

        'h6': {'es': 0.0, 'ei': -0.013},

        'j6': {'es': 0.009, 'ei': -0.004},

        'k6': {'es': 0.015, 'ei': 0.002},

        'm6': {'es': 0.021, 'ei': 0.008}

    }

    

    if diametro_nominal < 18 or diametro_nominal > 30:

        return "Fuera de rango de este script educativo (18-30 mm)."

        

    eje = calidad_eje.lower()

    if eje in database:

        es = database[eje]['es']

        ei = database[eje]['ei']

        limite_max = diametro_nominal + es

        limite_min = diametro_nominal + ei

        return {

            'es': es, 'ei': ei,

            'max': limite_max, 'min': limite_min

        }

    else:

        return "Calidad de eje no registrada."



# Consulta para eje de rotor de Ø25 mm con rodamiento k6 (Ajuste recomendado)

resultado = obtener_desviaciones_eje(25.0, 'k6')

if isinstance(resultado, dict):

    print("--- PARÁMETROS DEL EJE DEL MOTOR (ISO 286) ---")

    print(f"Desviación Superior (es): {resultado['es']:+.3f} mm")

    print(f"Desviación Inferior (ei): {resultado['ei']:+.3f} mm")

    print(f"Diámetro Máximo Eje: {resultado['max']:.3f} mm")

    print(f"Diámetro Mínimo Eje: {resultado['min']:.3f} mm")

else:

    print(resultado)