pág. 5649
IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE
INSTRUMENTACIÓN Y ADQUISICIÓN DE
DATOS DE BAJO COSTO PARA MONITOREO
DE MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA
IMPLEMENTATION OF A LOW-COST INSTRUMENTATION
AND DATA ACQUISITION SYSTEM FOR MONITORING
DIRECT CURRENT MOTORS
Jose Enrique Munguia Tapia
Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas, México
Alonso Visairo Hernandez
Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas, México
pág. 5650
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i3.24618
Implementación de un Sistema de Instrumentación y Adquisición de
Datos de Bajo Costo para Monitoreo de Motores de Corriente Directa
Jose Enrique Munguia Tapia1
jenrique.munguia@lcardenas.tecnm.com
https://orcid.org/0009-0003-0936-0213
Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas
México
Alonso Visairo Hernandez
alonsovisairohe@lcardenas.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0007-5770-3806
Insituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas
México
RESUMEN
En el presente trabajo se desarrolla un sistema de instrumentación y adquisición de datos de bajo costo
para el monitoreo de variables eléctricas y mecánicas en motores de corriente directa (CD). El sistema
integra sensores de voltaje, corriente y velocidad angular conectados a una tarjeta NI USB-6001 y una
interfaz desarrollada en LabVIEW para la visualización y procesamiento de señales en tiempo real. Para
mejorar la precisión de las mediciones, se implementan etapas de acondicionamiento y calibración
mediante regresión lineal. Asimismo, se realizan pruebas en configuraciones serie y shunt, evaluando
la respuesta del motor ante distintos puntos de operación y durante maniobras de arranque con inserción
progresiva de resistencias. Los resultados permiten registrar y analizar simultáneamente variables
eléctricas y mecánicas, identificando variaciones de voltaje, corriente y velocidad angular durante las
etapas de aceleración. La plataforma propuesta constituye una alternativa accesible para actividades de
docencia, prácticas de laboratorio y estudio del comportamiento de máquinas eléctricas de CD.
Palabras clave: instrumentación virtual; adquisición de datos; LabVIEW; motores de corriente directa;
NI USB-600l.
1 Autor principal.
Correspondencia: jenrique.munguia@lcardenas.tecnm.mx
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i3.24618
Implementación de un Sistema de Instrumentación y Adquisición de
Datos de Bajo Costo para Monitoreo de Motores de Corriente Directa
Jose Enrique Munguia Tapia1
jenrique.munguia@lcardenas.tecnm.com
https://orcid.org/0009-0003-0936-0213
Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas
México
Alonso Visairo Hernandez
alonsovisairohe@lcardenas.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0007-5770-3806
Insituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas
México
RESUMEN
En el presente trabajo se desarrolla un sistema de instrumentación y adquisición de datos de bajo costo
para el monitoreo de variables eléctricas y mecánicas en motores de corriente directa (CD). El sistema
integra sensores de voltaje, corriente y velocidad angular conectados a una tarjeta NI USB-6001 y una
interfaz desarrollada en LabVIEW para la visualización y procesamiento de señales en tiempo real. Para
mejorar la precisión de las mediciones, se implementan etapas de acondicionamiento y calibración
mediante regresión lineal. Asimismo, se realizan pruebas en configuraciones serie y shunt, evaluando
la respuesta del motor ante distintos puntos de operación y durante maniobras de arranque con inserción
progresiva de resistencias. Los resultados permiten registrar y analizar simultáneamente variables
eléctricas y mecánicas, identificando variaciones de voltaje, corriente y velocidad angular durante las
etapas de aceleración. La plataforma propuesta constituye una alternativa accesible para actividades de
docencia, prácticas de laboratorio y estudio del comportamiento de máquinas eléctricas de CD.
Palabras clave: instrumentación virtual; adquisición de datos; LabVIEW; motores de corriente directa;
NI USB-600l.
1 Autor principal.
Correspondencia: jenrique.munguia@lcardenas.tecnm.mx
pág. 5651
Implementation of a Low-Cost Instrumentation and Data Acquisition
System for Monitoring Direct Current Motors
ABSTRACT
This paper describes the development of a low-cost instrumentation and data acquisition system for
monitoring electrical and mechanical variables in direct current (DC) motors. The system integrates
voltage, current, and angular velocity sensors connected to an NI USB-6001 card and an interface
developed in LabVIEW for real-time signal visualization and processing. To improve measurement
accuracy, signal conditioning and calibration stages are implemented using linear regression.
Additionally, tests are conducted in series and shunt configurations, evaluating the motor’s response at
different operating points and during start-up maneuvers with progressive insertion of resistors. The
results allow for the simultaneous recording and analysis of electrical and mechanical variables,
identifying variations in voltage, current, and angular velocity during the acceleration stages. The
proposed platform constitutes an accessible alternative for teaching activities, laboratory exercises, and
the study of the behavior of DC electric machines.
.
Keywords: virtual instrumentation; data acquisition; LabVIEW; DC motors; NI USB-6001.
Artículo recibido 20 mayo 2026
Aceptado para publicación: 20 junio 2026
Implementation of a Low-Cost Instrumentation and Data Acquisition
System for Monitoring Direct Current Motors
ABSTRACT
This paper describes the development of a low-cost instrumentation and data acquisition system for
monitoring electrical and mechanical variables in direct current (DC) motors. The system integrates
voltage, current, and angular velocity sensors connected to an NI USB-6001 card and an interface
developed in LabVIEW for real-time signal visualization and processing. To improve measurement
accuracy, signal conditioning and calibration stages are implemented using linear regression.
Additionally, tests are conducted in series and shunt configurations, evaluating the motor’s response at
different operating points and during start-up maneuvers with progressive insertion of resistors. The
results allow for the simultaneous recording and analysis of electrical and mechanical variables,
identifying variations in voltage, current, and angular velocity during the acceleration stages. The
proposed platform constitutes an accessible alternative for teaching activities, laboratory exercises, and
the study of the behavior of DC electric machines.
.
Keywords: virtual instrumentation; data acquisition; LabVIEW; DC motors; NI USB-6001.
Artículo recibido 20 mayo 2026
Aceptado para publicación: 20 junio 2026
pág. 5652
INTRODUCCIÓN
Los motores de CD continúan siendo una herramienta de gran utilidad en la enseñanza y análisis de
máquinas eléctricas debido a la relación existente entre variables como voltaje, corriente, flujo
magnético, par y velocidad angular. Estas magnitudes permiten estudiar de forma práctica los principios
de conversión electromecánica de energía y el comportamiento dinámico de la máquina bajo diferentes
condiciones de operación (Fitzgerald, Kingsley & Umans, 2004).
En el ámbito académico, la comprensión de estos fenómenos requiere el registro simultáneo de variables
eléctricas y mecánicas durante procesos como el arranque, la regulación de velocidad y la variación de
la excitación. Sin embargo, en muchos laboratorios dichas mediciones continúan realizándose mediante
instrumentos independientes, dificultando la correlación entre las señales observadas y los fenómenos
físicos que ocurren en la máquina.
Diversos trabajos recientes reportan el empleo de plataformas DAQ de bajo costo e instrumentación
virtual como herramientas para mejorar la adquisición y análisis de variables en laboratorios de
ingeniería (Mansor et al., 2022).
Las plataformas basadas en adquisición de datos permiten integrar sensores y herramientas de
procesamiento dentro de una misma interfaz de trabajo. Esta integración simplifica el análisis de
fenómenos asociados a la operación de máquinas eléctricas al concentrar la adquisición, procesamiento
y visualización de señales en una sola plataforma (Travis & Kring, 2007).
El presente trabajo propone una plataforma de bajo costo para el monitoreo de motores de corriente
directa mediante sensores de voltaje, corriente y velocidad angular conectados a una tarjeta NI USB-
6001 y una interfaz desarrollada en LabVIEW. Además de la caracterización y calibración de los
sensores empleados, se registran las variables eléctricas y mecánicas del motor en configuraciones shunt
y serie, incluyendo maniobras de arranque mediante inserción progresiva de resistencias (Munguía
Tapia, 2024).
INTRODUCCIÓN
Los motores de CD continúan siendo una herramienta de gran utilidad en la enseñanza y análisis de
máquinas eléctricas debido a la relación existente entre variables como voltaje, corriente, flujo
magnético, par y velocidad angular. Estas magnitudes permiten estudiar de forma práctica los principios
de conversión electromecánica de energía y el comportamiento dinámico de la máquina bajo diferentes
condiciones de operación (Fitzgerald, Kingsley & Umans, 2004).
En el ámbito académico, la comprensión de estos fenómenos requiere el registro simultáneo de variables
eléctricas y mecánicas durante procesos como el arranque, la regulación de velocidad y la variación de
la excitación. Sin embargo, en muchos laboratorios dichas mediciones continúan realizándose mediante
instrumentos independientes, dificultando la correlación entre las señales observadas y los fenómenos
físicos que ocurren en la máquina.
Diversos trabajos recientes reportan el empleo de plataformas DAQ de bajo costo e instrumentación
virtual como herramientas para mejorar la adquisición y análisis de variables en laboratorios de
ingeniería (Mansor et al., 2022).
Las plataformas basadas en adquisición de datos permiten integrar sensores y herramientas de
procesamiento dentro de una misma interfaz de trabajo. Esta integración simplifica el análisis de
fenómenos asociados a la operación de máquinas eléctricas al concentrar la adquisición, procesamiento
y visualización de señales en una sola plataforma (Travis & Kring, 2007).
El presente trabajo propone una plataforma de bajo costo para el monitoreo de motores de corriente
directa mediante sensores de voltaje, corriente y velocidad angular conectados a una tarjeta NI USB-
6001 y una interfaz desarrollada en LabVIEW. Además de la caracterización y calibración de los
sensores empleados, se registran las variables eléctricas y mecánicas del motor en configuraciones shunt
y serie, incluyendo maniobras de arranque mediante inserción progresiva de resistencias (Munguía
Tapia, 2024).
pág. 5653
METODOLOGÍA
La metodología se estructura en cuatro etapas principales: adquisición de señales, acondicionamiento
electrónico, calibración de sensores y evaluación del sistema mediante el monitoreo de variables
eléctricas y mecánicas en un motor de CD operando en configuraciones shunt y serie.
Figura 1. Arquitectura general del sistema de instrumentación y adquisición de datos.
La adquisición de datos se realiza mediante una tarjeta NI USB-6001 de National Instruments, la cual
permite la adquisición simultánea de señales analógicas provenientes de sensores de voltaje, corriente
y digitales para la velocidad angular. El monitoreo y procesamiento de señales se efectúa mediante una
interfaz desarrollada en LabVIEW, empleando instrumentación virtual para la visualización en tiempo
real de las variables adquiridas (National Instruments, 2020).
Figura 2. Interfaz desarrollada en LabView para monitoreo en tiempo real.
Para la medición de voltaje se utiliza un sensor basado en divisor resistivo, mientras que las corrientes
de armadura y campo se adquieren mediante sensores de efecto Hall ACS712, cuyo principio de
operación se basa en la detección del campo magnético generado por la corriente que circula por el
conductor (Allegro Microsystems, 2019).
METODOLOGÍA
La metodología se estructura en cuatro etapas principales: adquisición de señales, acondicionamiento
electrónico, calibración de sensores y evaluación del sistema mediante el monitoreo de variables
eléctricas y mecánicas en un motor de CD operando en configuraciones shunt y serie.
Figura 1. Arquitectura general del sistema de instrumentación y adquisición de datos.
La adquisición de datos se realiza mediante una tarjeta NI USB-6001 de National Instruments, la cual
permite la adquisición simultánea de señales analógicas provenientes de sensores de voltaje, corriente
y digitales para la velocidad angular. El monitoreo y procesamiento de señales se efectúa mediante una
interfaz desarrollada en LabVIEW, empleando instrumentación virtual para la visualización en tiempo
real de las variables adquiridas (National Instruments, 2020).
Figura 2. Interfaz desarrollada en LabView para monitoreo en tiempo real.
Para la medición de voltaje se utiliza un sensor basado en divisor resistivo, mientras que las corrientes
de armadura y campo se adquieren mediante sensores de efecto Hall ACS712, cuyo principio de
operación se basa en la detección del campo magnético generado por la corriente que circula por el
conductor (Allegro Microsystems, 2019).
pág. 5654
La velocidad angular se obtiene utilizando un encoder incremental acoplado al eje del motor. Debido a
las limitaciones de voltaje de entrada de la tarjeta DAQ, se implementan etapas de acondicionamiento
y escalamiento para garantizar compatibilidad entre las señales adquiridas y el sistema de adquisición.
Posteriormente, las mediciones proporcionadas por los sensores se comparan con valores obtenidos
mediante instrumentación de referencia. A partir de dicha comparación se determinan ecuaciones de
ajuste destinadas a compensar errores de escala y desplazamiento presentes en las señales registradas.
Las pruebas contemplan la operación del motor en configuraciones shunt y serie, incluyendo maniobras
de arranque mediante inserción progresiva de resistencias. Los registros obtenidos permiten analizar la
respuesta eléctrica y mecánica de la máquina bajo distintos puntos de operación. Los datos obtenidos
permiten evaluar el desempeño del sistema de instrumentación y el comportamiento dinámico del motor
bajo distintas condiciones de funcionamiento.
Figura 3. Banco experimental implementado para la adquisición de variables eléctricas y mecánicas
del motor de CD.
Como elemento de estudio se emplea un motor de CD de laboratorio con capacidad de operación en
configuraciones shunt y serie. Sus características nominales se presentan en la Tabla 1.
La velocidad angular se obtiene utilizando un encoder incremental acoplado al eje del motor. Debido a
las limitaciones de voltaje de entrada de la tarjeta DAQ, se implementan etapas de acondicionamiento
y escalamiento para garantizar compatibilidad entre las señales adquiridas y el sistema de adquisición.
Posteriormente, las mediciones proporcionadas por los sensores se comparan con valores obtenidos
mediante instrumentación de referencia. A partir de dicha comparación se determinan ecuaciones de
ajuste destinadas a compensar errores de escala y desplazamiento presentes en las señales registradas.
Las pruebas contemplan la operación del motor en configuraciones shunt y serie, incluyendo maniobras
de arranque mediante inserción progresiva de resistencias. Los registros obtenidos permiten analizar la
respuesta eléctrica y mecánica de la máquina bajo distintos puntos de operación. Los datos obtenidos
permiten evaluar el desempeño del sistema de instrumentación y el comportamiento dinámico del motor
bajo distintas condiciones de funcionamiento.
Figura 3. Banco experimental implementado para la adquisición de variables eléctricas y mecánicas
del motor de CD.
Como elemento de estudio se emplea un motor de CD de laboratorio con capacidad de operación en
configuraciones shunt y serie. Sus características nominales se presentan en la Tabla 1.
pág. 5655
Tabla 1. Datos característicos del motor de CD sometido a prueba.
Parámetro Valor
Potencia 175 W
Voltaje 120 V
Corriente 3 A
Velocidad 1800 RPM
Tipo de excitación Serie/Shunt
Fabricante Lab-Volt
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La comparación entre las mediciones proporcionadas por el sistema DAQ y los instrumentos de
referencia permitió obtener las ecuaciones de ajuste empleadas para corregir las variables monitoreadas.
La incorporación de estas correcciones redujo las discrepancias respecto a los instrumentos patrón y
mejoró la confiabilidad de los registros obtenidos.
Para el sensor de voltaje se implementa un ajuste por regresión lineal utilizando el método de mínimos
cuadrados, obteniendo una relación lineal entre la señal adquirida y el valor real medido mediante
instrumentación de referencia. Los resultados presentan un coeficiente de correlación (R2 = 0.9972),
indicando una alta correlación entre la señal adquirida y el valor medido mediante instrumentación de
referencia.
Figura 4. Curva de calibración del sensor de voltaje.
En el caso del sensor ACS712, inicialmente se utilizan los parámetros recomendados por el fabricante,
considerando un voltaje de referencia de 2.5 V y un factor de conversión de 0.185 V/A, valores
Tabla 1. Datos característicos del motor de CD sometido a prueba.
Parámetro Valor
Potencia 175 W
Voltaje 120 V
Corriente 3 A
Velocidad 1800 RPM
Tipo de excitación Serie/Shunt
Fabricante Lab-Volt
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La comparación entre las mediciones proporcionadas por el sistema DAQ y los instrumentos de
referencia permitió obtener las ecuaciones de ajuste empleadas para corregir las variables monitoreadas.
La incorporación de estas correcciones redujo las discrepancias respecto a los instrumentos patrón y
mejoró la confiabilidad de los registros obtenidos.
Para el sensor de voltaje se implementa un ajuste por regresión lineal utilizando el método de mínimos
cuadrados, obteniendo una relación lineal entre la señal adquirida y el valor real medido mediante
instrumentación de referencia. Los resultados presentan un coeficiente de correlación (R2 = 0.9972),
indicando una alta correlación entre la señal adquirida y el valor medido mediante instrumentación de
referencia.
Figura 4. Curva de calibración del sensor de voltaje.
En el caso del sensor ACS712, inicialmente se utilizan los parámetros recomendados por el fabricante,
considerando un voltaje de referencia de 2.5 V y un factor de conversión de 0.185 V/A, valores
pág. 5656
recomendados por el fabricante para la versión utilizada del sensor (Allegro Microsystems, 2019). Sin
embargo, durante las pruebas se observan diferencias respecto a las mediciones obtenidas mediante
instrumentación de referencia, por lo que se realiza un ajuste de calibración modificando el voltaje de
referencia a 2.517 V y el factor de conversión a 0.186 V/A.
La Tabla 2 presenta los resultados obtenidos durante el proceso de calibración del sensor de corriente.
Tabla 2. Resultados obtenidos durante la calibración del sensor ACS712.
Valor de ecuación DAQ Multímetro % de error
2.5 / 0.185 0.6 0.5 20
2.5 / 0.185 1.2 1.0 20
2.5 / 0.185 1.4 1.2 16.67
2.517 / 0.186 0.491 0.5 1.8
2.517 / 0.186 0.97 1.0 3
2.517 / 0.186 1.192 1.2 0.67
La modificación de los parámetros de conversión redujo el error relativo respecto a las mediciones de
referencia, obteniéndose una mejor concordancia entre ambos instrumentos. Asimismo, las ecuaciones
de calibración obtenidas son incorporadas dentro de la interfaz desarrollada en LabVIEW para corregir
las señales adquiridas en tiempo real y mejorar la estabilidad de las mediciones durante el monitoreo
del motor de CD.
Medición de velocidad angular.
La velocidad angular del motor se obtiene mediante un encoder incremental acoplado al eje de la
máquina de CD. La frecuencia de los pulsos generados por el encoder es utilizada para calcular la
velocidad de rotación del eje, procedimiento ampliamente empleado en sistemas de medición digital de
velocidad angular (Bolton, 2015).
La señal proveniente del encoder es adquirida mediante una entrada digital tipo contador de la tarjeta
NI USB-6001 y procesada en LabVIEW utilizando la función de tiempo transcurrido (Elapsed Time).
A partir del número de pulsos registrados durante un intervalo de tiempo conocido, se calcula la
velocidad de rotación en revoluciones por minuto (rpm) mediante:
𝑅𝑃𝑀 = 60 𝑁
𝑃 ∆𝑡 (1)
recomendados por el fabricante para la versión utilizada del sensor (Allegro Microsystems, 2019). Sin
embargo, durante las pruebas se observan diferencias respecto a las mediciones obtenidas mediante
instrumentación de referencia, por lo que se realiza un ajuste de calibración modificando el voltaje de
referencia a 2.517 V y el factor de conversión a 0.186 V/A.
La Tabla 2 presenta los resultados obtenidos durante el proceso de calibración del sensor de corriente.
Tabla 2. Resultados obtenidos durante la calibración del sensor ACS712.
Valor de ecuación DAQ Multímetro % de error
2.5 / 0.185 0.6 0.5 20
2.5 / 0.185 1.2 1.0 20
2.5 / 0.185 1.4 1.2 16.67
2.517 / 0.186 0.491 0.5 1.8
2.517 / 0.186 0.97 1.0 3
2.517 / 0.186 1.192 1.2 0.67
La modificación de los parámetros de conversión redujo el error relativo respecto a las mediciones de
referencia, obteniéndose una mejor concordancia entre ambos instrumentos. Asimismo, las ecuaciones
de calibración obtenidas son incorporadas dentro de la interfaz desarrollada en LabVIEW para corregir
las señales adquiridas en tiempo real y mejorar la estabilidad de las mediciones durante el monitoreo
del motor de CD.
Medición de velocidad angular.
La velocidad angular del motor se obtiene mediante un encoder incremental acoplado al eje de la
máquina de CD. La frecuencia de los pulsos generados por el encoder es utilizada para calcular la
velocidad de rotación del eje, procedimiento ampliamente empleado en sistemas de medición digital de
velocidad angular (Bolton, 2015).
La señal proveniente del encoder es adquirida mediante una entrada digital tipo contador de la tarjeta
NI USB-6001 y procesada en LabVIEW utilizando la función de tiempo transcurrido (Elapsed Time).
A partir del número de pulsos registrados durante un intervalo de tiempo conocido, se calcula la
velocidad de rotación en revoluciones por minuto (rpm) mediante:
𝑅𝑃𝑀 = 60 𝑁
𝑃 ∆𝑡 (1)
pág. 5657
donde N corresponde al número de pulsos contabilizados durante el intervalo de tiempo Δt y P
representa el número de pulsos por revolución del encoder.
Posteriormente, la velocidad angular se expresa en radianes por segundo mediante la relación:
𝜔 = 2𝜋 𝑅𝑃𝑀
60 (2)
La implementación desarrollada permite visualizar simultáneamente la velocidad angular en rpm y rad/s
dentro de la interfaz gráfica, facilitando el análisis del comportamiento dinámico del motor durante las
pruebas.
Figura 5. Sistema de medición de velocidad angular mediante encoder incremental acoplado al eje del
motor de CD.
Operación en configuración shunt.
Para evaluar la respuesta del motor en configuración shunt se registran simultáneamente el voltaje
aplicado, corriente de campo, corriente de armadura y velocidad angular. Durante la prueba, el voltaje
de alimentación se incrementa progresivamente mediante una fuente de corriente directa variable,
estableciendo distintos puntos de operación durante intervalos de tiempo definidos.
La Figura 6a presenta el comportamiento de las variables monitoreadas durante la prueba. En la gráfica
de voltaje se observa la aplicación escalonada de la tensión de alimentación hasta alcanzar
aproximadamente 150 V. Este procedimiento permite evaluar la respuesta del motor bajo diferentes
condiciones de operación sin aplicar la tensión nominal de manera instantánea.
La corriente de campo (Figura 6b) presenta una variación asociada a los cambios introducidos mediante
el reóstato de excitación. Conforme disminuye la resistencia del circuito de campo, la corriente aumenta
donde N corresponde al número de pulsos contabilizados durante el intervalo de tiempo Δt y P
representa el número de pulsos por revolución del encoder.
Posteriormente, la velocidad angular se expresa en radianes por segundo mediante la relación:
𝜔 = 2𝜋 𝑅𝑃𝑀
60 (2)
La implementación desarrollada permite visualizar simultáneamente la velocidad angular en rpm y rad/s
dentro de la interfaz gráfica, facilitando el análisis del comportamiento dinámico del motor durante las
pruebas.
Figura 5. Sistema de medición de velocidad angular mediante encoder incremental acoplado al eje del
motor de CD.
Operación en configuración shunt.
Para evaluar la respuesta del motor en configuración shunt se registran simultáneamente el voltaje
aplicado, corriente de campo, corriente de armadura y velocidad angular. Durante la prueba, el voltaje
de alimentación se incrementa progresivamente mediante una fuente de corriente directa variable,
estableciendo distintos puntos de operación durante intervalos de tiempo definidos.
La Figura 6a presenta el comportamiento de las variables monitoreadas durante la prueba. En la gráfica
de voltaje se observa la aplicación escalonada de la tensión de alimentación hasta alcanzar
aproximadamente 150 V. Este procedimiento permite evaluar la respuesta del motor bajo diferentes
condiciones de operación sin aplicar la tensión nominal de manera instantánea.
La corriente de campo (Figura 6b) presenta una variación asociada a los cambios introducidos mediante
el reóstato de excitación. Conforme disminuye la resistencia del circuito de campo, la corriente aumenta
pág. 5658
debido a la reducción de la impedancia total del devanado. Este incremento de corriente produce un
aumento del flujo magnético, modificando las condiciones de operación de la máquina.
Figura 6. Comportamiento del motor de CD en configuración shunt.
Por otro lado, la velocidad angular (Figura 6c) presenta una rápida aceleración durante los primeros
segundos de operación y posteriormente tiende a estabilizarse conforme el motor alcanza condiciones
cercanas al régimen permanente. El incremento de la corriente de campo genera una disminución
gradual de la velocidad angular, comportamiento característico de los motores de corriente directa en
configuración shunt debido al aumento del flujo magnético.
Por último, se observa un incremento transitorio de la corriente de armadura (Figura 6d) durante el
arranque. Conforme aumenta la velocidad del rotor, la fuerza contraelectromotriz se incrementa y limita
naturalmente la corriente circulante en la armadura, permitiendo alcanzar condiciones estables de
funcionamiento. En conjunto, las variables registradas muestran la interacción existente entre tensión
de alimentación, excitación y velocidad de giro. El incremento de la corriente de campo provoca un
aumento del flujo magnético y una reducción gradual de la velocidad angular, comportamiento
característico de la operación en derivación.
Operación en configuración serie.
La conexión serie se evalúa bajo el mismo esquema de alimentación progresiva empleado previamente,
permitiendo analizar las diferencias observadas respecto a la configuración shunt. La Figura 7 presenta
la evolución del voltaje aplicado, la corriente de armadura y la velocidad angular durante la prueba.
debido a la reducción de la impedancia total del devanado. Este incremento de corriente produce un
aumento del flujo magnético, modificando las condiciones de operación de la máquina.
Figura 6. Comportamiento del motor de CD en configuración shunt.
Por otro lado, la velocidad angular (Figura 6c) presenta una rápida aceleración durante los primeros
segundos de operación y posteriormente tiende a estabilizarse conforme el motor alcanza condiciones
cercanas al régimen permanente. El incremento de la corriente de campo genera una disminución
gradual de la velocidad angular, comportamiento característico de los motores de corriente directa en
configuración shunt debido al aumento del flujo magnético.
Por último, se observa un incremento transitorio de la corriente de armadura (Figura 6d) durante el
arranque. Conforme aumenta la velocidad del rotor, la fuerza contraelectromotriz se incrementa y limita
naturalmente la corriente circulante en la armadura, permitiendo alcanzar condiciones estables de
funcionamiento. En conjunto, las variables registradas muestran la interacción existente entre tensión
de alimentación, excitación y velocidad de giro. El incremento de la corriente de campo provoca un
aumento del flujo magnético y una reducción gradual de la velocidad angular, comportamiento
característico de la operación en derivación.
Operación en configuración serie.
La conexión serie se evalúa bajo el mismo esquema de alimentación progresiva empleado previamente,
permitiendo analizar las diferencias observadas respecto a la configuración shunt. La Figura 7 presenta
la evolución del voltaje aplicado, la corriente de armadura y la velocidad angular durante la prueba.
pág. 5659
Figura 7. Comportamiento del voltaje, corriente de armadura y velocidad angular del motor de CD en
configuración serie.
La corriente de armadura mantiene valores cercanos a 3 A durante gran parte de la prueba, reflejando
las condiciones de carga aplicadas al motor y el incremento progresivo del voltaje de alimentación.
Debido a que el devanado de campo se encuentra conectado en serie con la armadura, la misma corriente
circula por ambos devanados, estableciendo una relación directa entre el flujo magnético desarrollado
y el par electromagnético producido por la máquina.
Asimismo, la velocidad angular aumenta conforme se incrementa el voltaje aplicado, alcanzando su
valor máximo durante los intervalos de mayor tensión de alimentación. Bajo las condiciones de carga
empleadas, la velocidad depende tanto del nivel de alimentación como del par mecánico demandado.
La información registrada confirma la capacidad del sistema para monitorear simultáneamente
magnitudes eléctricas y mecánicas bajo distintas condiciones de operación.
Arranque mediante inserción progresiva de resistencias.
Durante el arranque de un motor de CD, la velocidad angular del rotor es inicialmente nula, por lo que
la fuerza contraelectromotriz inducida en la armadura también presenta un valor cercano a cero.
Figura 7. Comportamiento del voltaje, corriente de armadura y velocidad angular del motor de CD en
configuración serie.
La corriente de armadura mantiene valores cercanos a 3 A durante gran parte de la prueba, reflejando
las condiciones de carga aplicadas al motor y el incremento progresivo del voltaje de alimentación.
Debido a que el devanado de campo se encuentra conectado en serie con la armadura, la misma corriente
circula por ambos devanados, estableciendo una relación directa entre el flujo magnético desarrollado
y el par electromagnético producido por la máquina.
Asimismo, la velocidad angular aumenta conforme se incrementa el voltaje aplicado, alcanzando su
valor máximo durante los intervalos de mayor tensión de alimentación. Bajo las condiciones de carga
empleadas, la velocidad depende tanto del nivel de alimentación como del par mecánico demandado.
La información registrada confirma la capacidad del sistema para monitorear simultáneamente
magnitudes eléctricas y mecánicas bajo distintas condiciones de operación.
Arranque mediante inserción progresiva de resistencias.
Durante el arranque de un motor de CD, la velocidad angular del rotor es inicialmente nula, por lo que
la fuerza contraelectromotriz inducida en la armadura también presenta un valor cercano a cero.
pág. 5660
En estas condiciones, la corriente de armadura queda determinada principalmente por el voltaje aplicado
y la resistencia total del circuito, pudiendo alcanzar valores considerablemente superiores a los de
operación normal. Para limitar esta corriente y evitar esfuerzos eléctricos excesivos sobre la armadura
y el sistema de conmutación, es común emplear resistencias externas de arranque conectadas
temporalmente en serie con la armadura (Krause, Wasynczuk, Sudhoff & Pekarek, 2013).
La corriente de armadura puede expresarse mediante:
𝐼𝐴 = 𝑉𝐴 − 𝐸𝐴
𝑅𝐴
(3)
donde 𝑉𝐴 representa el voltaje aplicado a la armadura, 𝐸𝐴 la fuerza contraelectromotriz inducida y 𝑅𝐴
la resistencia total del circuito de armadura. Durante los primeros instantes del arranque, 𝐸𝐴 ≈ 0, por lo
que la corriente puede alcanzar valores elevados si no se incorpora una resistencia externa limitadora.
Conforme el motor acelera, la fuerza contraelectromotriz aumenta progresivamente y reduce la
corriente circulante. Esto permite retirar gradualmente las resistencias de arranque sin que se produzcan
incrementos excesivos de corriente, hasta alcanzar las condiciones normales de operación.
La Figura 8 muestra el arrancador manual tipo master utilizado durante las pruebas. Este dispositivo
permite insertar o eliminar secciones de resistencia de forma escalonada durante el proceso de
aceleración, reproduciendo el procedimiento clásico de arranque empleado en motores de CD.
Figura 8. Arrancador manual tipo master utilizado para el arranque del motor de CD mediante
inserción progresiva de resistencias serie
La resolución temporal alcanzada por el sistema permite registrar las variaciones transitorias de
corriente y velocidad asociadas a cada cambio de posición del arrancador, facilitando el análisis de los
fenómenos electromecánicos presentes durante el arranque.
En estas condiciones, la corriente de armadura queda determinada principalmente por el voltaje aplicado
y la resistencia total del circuito, pudiendo alcanzar valores considerablemente superiores a los de
operación normal. Para limitar esta corriente y evitar esfuerzos eléctricos excesivos sobre la armadura
y el sistema de conmutación, es común emplear resistencias externas de arranque conectadas
temporalmente en serie con la armadura (Krause, Wasynczuk, Sudhoff & Pekarek, 2013).
La corriente de armadura puede expresarse mediante:
𝐼𝐴 = 𝑉𝐴 − 𝐸𝐴
𝑅𝐴
(3)
donde 𝑉𝐴 representa el voltaje aplicado a la armadura, 𝐸𝐴 la fuerza contraelectromotriz inducida y 𝑅𝐴
la resistencia total del circuito de armadura. Durante los primeros instantes del arranque, 𝐸𝐴 ≈ 0, por lo
que la corriente puede alcanzar valores elevados si no se incorpora una resistencia externa limitadora.
Conforme el motor acelera, la fuerza contraelectromotriz aumenta progresivamente y reduce la
corriente circulante. Esto permite retirar gradualmente las resistencias de arranque sin que se produzcan
incrementos excesivos de corriente, hasta alcanzar las condiciones normales de operación.
La Figura 8 muestra el arrancador manual tipo master utilizado durante las pruebas. Este dispositivo
permite insertar o eliminar secciones de resistencia de forma escalonada durante el proceso de
aceleración, reproduciendo el procedimiento clásico de arranque empleado en motores de CD.
Figura 8. Arrancador manual tipo master utilizado para el arranque del motor de CD mediante
inserción progresiva de resistencias serie
La resolución temporal alcanzada por el sistema permite registrar las variaciones transitorias de
corriente y velocidad asociadas a cada cambio de posición del arrancador, facilitando el análisis de los
fenómenos electromecánicos presentes durante el arranque.
pág. 5661
Arranque en configuración shunt
La Figura 9 muestra el comportamiento del motor de CD durante el arranque mediante inserción
progresiva de resistencias en configuración shunt.
La gráfica superior presenta la variación del voltaje aplicado a la armadura conforme se desplaza la
palanca del arrancador manual, observándose incrementos escalonados asociados a la eliminación
sucesiva de las resistencias de arranque.
La corriente de armadura, mostrada en la gráfica central, presenta un incremento significativo durante
los primeros instantes de operación debido a la ausencia de fuerza contraelectromotriz. Conforme el
motor acelera, la fuerza contraelectromotriz aumenta y limita la corriente circulante en la armadura. Sin
embargo, cada vez que una sección de resistencia es retirada del circuito se produce un incremento
temporal de corriente, observable como pequeños picos en la señal registrada.
Este comportamiento coincide con la ecuación (3), ya que la reducción de la resistencia total del circuito
provoca un aumento momentáneo de la corriente antes de que la fuerza contraelectromotriz vuelva a
estabilizar el sistema.
Por su parte, la gráfica inferior muestra la evolución de la velocidad angular durante el arranque. Se
observa un incremento progresivo de la velocidad conforme aumenta el voltaje aplicado y se eliminan
las resistencias de arranque. El comportamiento registrado evidencia la interacción entre la corriente de
armadura, la fuerza contraelectromotriz y la aceleración del motor durante las etapas iniciales de
operación.
Arranque en configuración shunt
La Figura 9 muestra el comportamiento del motor de CD durante el arranque mediante inserción
progresiva de resistencias en configuración shunt.
La gráfica superior presenta la variación del voltaje aplicado a la armadura conforme se desplaza la
palanca del arrancador manual, observándose incrementos escalonados asociados a la eliminación
sucesiva de las resistencias de arranque.
La corriente de armadura, mostrada en la gráfica central, presenta un incremento significativo durante
los primeros instantes de operación debido a la ausencia de fuerza contraelectromotriz. Conforme el
motor acelera, la fuerza contraelectromotriz aumenta y limita la corriente circulante en la armadura. Sin
embargo, cada vez que una sección de resistencia es retirada del circuito se produce un incremento
temporal de corriente, observable como pequeños picos en la señal registrada.
Este comportamiento coincide con la ecuación (3), ya que la reducción de la resistencia total del circuito
provoca un aumento momentáneo de la corriente antes de que la fuerza contraelectromotriz vuelva a
estabilizar el sistema.
Por su parte, la gráfica inferior muestra la evolución de la velocidad angular durante el arranque. Se
observa un incremento progresivo de la velocidad conforme aumenta el voltaje aplicado y se eliminan
las resistencias de arranque. El comportamiento registrado evidencia la interacción entre la corriente de
armadura, la fuerza contraelectromotriz y la aceleración del motor durante las etapas iniciales de
operación.
pág. 5662
Figura 9. Comportamiento del voltaje, corriente de armadura y velocidad angular durante el arranque
del motor de CD en configuración shunt mediante la inserción progresiva de resistencias serie.
La secuencia de inserción y retiro de resistencias mantiene la corriente dentro de valores controlados
mientras el motor incrementa progresivamente su velocidad.
Arranque en configuración serie.
La Figura 10 presenta el comportamiento del motor de CD durante el arranque mediante inserción
progresiva de resistencias en configuración serie. Al igual que en la prueba anterior, el voltaje aplicado
se incrementa de forma escalonada conforme se eliminan las resistencias de arranque, permitiendo una
aceleración controlada del motor.
La corriente de armadura muestra incrementos temporales asociados a cada cambio de posición del
arrancador. Debido a que el devanado de campo se encuentra conectado en serie con la armadura, la
misma corriente circula por ambos devanados, provocando variaciones simultáneas en el flujo
magnético y en el par desarrollado por la máquina. Como resultado, las modificaciones introducidas
por el arrancador tienen un efecto directo sobre la respuesta electromecánica del motor.
Figura 9. Comportamiento del voltaje, corriente de armadura y velocidad angular durante el arranque
del motor de CD en configuración shunt mediante la inserción progresiva de resistencias serie.
La secuencia de inserción y retiro de resistencias mantiene la corriente dentro de valores controlados
mientras el motor incrementa progresivamente su velocidad.
Arranque en configuración serie.
La Figura 10 presenta el comportamiento del motor de CD durante el arranque mediante inserción
progresiva de resistencias en configuración serie. Al igual que en la prueba anterior, el voltaje aplicado
se incrementa de forma escalonada conforme se eliminan las resistencias de arranque, permitiendo una
aceleración controlada del motor.
La corriente de armadura muestra incrementos temporales asociados a cada cambio de posición del
arrancador. Debido a que el devanado de campo se encuentra conectado en serie con la armadura, la
misma corriente circula por ambos devanados, provocando variaciones simultáneas en el flujo
magnético y en el par desarrollado por la máquina. Como resultado, las modificaciones introducidas
por el arrancador tienen un efecto directo sobre la respuesta electromecánica del motor.
pág. 5663
La velocidad angular aumenta progresivamente conforme se incrementa el voltaje aplicado y se reducen
las resistencias externas del circuito. A diferencia de la configuración shunt, la respuesta observada
depende directamente de la corriente que circula por el circuito serie, lo que produce una relación más
estrecha entre el desarrollo del par y las condiciones de carga del motor.
La respuesta registrada evidencia que el arrancador proporciona una transición gradual entre el estado
de reposo y el régimen de operación, reduciendo las exigencias eléctricas sobre la armadura durante los
primeros instantes de funcionamiento.
Figura 10. Comportamiento del voltaje, corriente de armadura y velocidad angular durante el arranque
del motor de CD en configuración serie mediante inserción progresiva de resistencias.
CONCLUSIONES
Además de su aplicación como herramienta de monitoreo, la plataforma desarrollada constituye un
recurso didáctico que facilita la comprensión de los fenómenos asociados a la operación de máquinas
de CD, permitiendo relacionar conceptos teóricos con observaciones obtenidas directamente en
laboratorio.
Se integró una plataforma basada en LabVIEW y una tarjeta NI USB-6001 capaz de registrar
simultáneamente variables eléctricas y mecánicas de motores de CD.
La velocidad angular aumenta progresivamente conforme se incrementa el voltaje aplicado y se reducen
las resistencias externas del circuito. A diferencia de la configuración shunt, la respuesta observada
depende directamente de la corriente que circula por el circuito serie, lo que produce una relación más
estrecha entre el desarrollo del par y las condiciones de carga del motor.
La respuesta registrada evidencia que el arrancador proporciona una transición gradual entre el estado
de reposo y el régimen de operación, reduciendo las exigencias eléctricas sobre la armadura durante los
primeros instantes de funcionamiento.
Figura 10. Comportamiento del voltaje, corriente de armadura y velocidad angular durante el arranque
del motor de CD en configuración serie mediante inserción progresiva de resistencias.
CONCLUSIONES
Además de su aplicación como herramienta de monitoreo, la plataforma desarrollada constituye un
recurso didáctico que facilita la comprensión de los fenómenos asociados a la operación de máquinas
de CD, permitiendo relacionar conceptos teóricos con observaciones obtenidas directamente en
laboratorio.
Se integró una plataforma basada en LabVIEW y una tarjeta NI USB-6001 capaz de registrar
simultáneamente variables eléctricas y mecánicas de motores de CD.
pág. 5664
La calibración mediante regresión lineal permitió reducir las discrepancias entre el sistema DAQ y los
instrumentos de referencia, obteniéndose mediciones suficientemente confiables para el análisis de
variables eléctricas y mecánicas en motores de CD.
El análisis de las configuraciones shunt y serie permitió identificar diferencias en la evolución de la
corriente, el flujo de excitación y la velocidad angular bajo distintos esquemas de conexión.
La incorporación del arrancador manual facilitó el estudio de los fenómenos transitorios asociados al
arranque, evidenciando la influencia de la fuerza contraelectromotriz sobre la corriente de armadura.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Allegro Microsystems. (2019). ACS712 fully integrated, Hall-effect-based linear current sensor IC.
Allegro Microsystems.
Bolton, W. (2015). Instrumentation and control systems (2nd ed.). Newnes.
Fitzgerald, A. E., Kingsley, C., & Umans, S. D. (2004). Máquinas eléctricas (6.ª ed.). McGraw-Hill.
Krause, P. C., Wasynczuk, O., Sudhoff, S. D., & Pekarek, S. D. (2013). Analysis of electric machinery
and drive systems (3rd ed.). Wiley.
Mansor, M. A., Rahiman, M. H. F., Rahim, R. A., & Ayob, N. M. (2022). Development of low-cost
data acquisition systems for engineering laboratory applications. International Journal of
Electrical and Computer Engineering, 12(4), 4123–4131.
Munguía Tapia, J. E. (2024). Máquinas de CD [Reporte técnico y material de prácticas de laboratorio].
Maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica, Instituto Tecnológico de Morelia.
National Instruments. (2020). NI USB-6001/6002/6003 user guide and specifications. National
Instruments Corporation.
Peñaloza Mancilla, A. G. (2024). Instrumentación para la obtención de variables físicas de máquinas
eléctricas CD mediante el uso de tarjeta (DAQ) [Tesis de licenciatura, Instituto Tecnológico de
Lázaro Cárdenas].
Travis, J., & Kring, J. (2007). LabVIEW for everyone: Graphical programming made easy and fun (3rd
ed.). Prentice Hall.
La calibración mediante regresión lineal permitió reducir las discrepancias entre el sistema DAQ y los
instrumentos de referencia, obteniéndose mediciones suficientemente confiables para el análisis de
variables eléctricas y mecánicas en motores de CD.
El análisis de las configuraciones shunt y serie permitió identificar diferencias en la evolución de la
corriente, el flujo de excitación y la velocidad angular bajo distintos esquemas de conexión.
La incorporación del arrancador manual facilitó el estudio de los fenómenos transitorios asociados al
arranque, evidenciando la influencia de la fuerza contraelectromotriz sobre la corriente de armadura.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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Fitzgerald, A. E., Kingsley, C., & Umans, S. D. (2004). Máquinas eléctricas (6.ª ed.). McGraw-Hill.
Krause, P. C., Wasynczuk, O., Sudhoff, S. D., & Pekarek, S. D. (2013). Analysis of electric machinery
and drive systems (3rd ed.). Wiley.
Mansor, M. A., Rahiman, M. H. F., Rahim, R. A., & Ayob, N. M. (2022). Development of low-cost
data acquisition systems for engineering laboratory applications. International Journal of
Electrical and Computer Engineering, 12(4), 4123–4131.
Munguía Tapia, J. E. (2024). Máquinas de CD [Reporte técnico y material de prácticas de laboratorio].
Maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica, Instituto Tecnológico de Morelia.
National Instruments. (2020). NI USB-6001/6002/6003 user guide and specifications. National
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Peñaloza Mancilla, A. G. (2024). Instrumentación para la obtención de variables físicas de máquinas
eléctricas CD mediante el uso de tarjeta (DAQ) [Tesis de licenciatura, Instituto Tecnológico de
Lázaro Cárdenas].
Travis, J., & Kring, J. (2007). LabVIEW for everyone: Graphical programming made easy and fun (3rd
ed.). Prentice Hall.