Universidad Nacional de Asunción – Facultad Politécnica (FPUNA) Grupo de Investigación en Electrónica y Mecatrónica – (GIEM) Exposición Científica y Tecnológica (ETyC 2014) – WORKSHOP DEL GIEM 2014 25 de setiembre de 2014

Línea: ELECTRÓNICA MÉDICA MONITOR ELECTROCARDIOGRÁFICO CON TECNOLOGÍA INALÁMBRICA ZIGBEE Este trabajo describe el diseño e implementación de un monitor electrocardiográfico inalámbrico cuyo propósito es facilitar los procedimientos médicos y la movilidad de pacientes internados. El sistema está constituido por un módulo transmisor, que se conecta al paciente a través de tres electrodos superficiales, y un módulo receptor conectado a una computadora para visualización del electrocardiograma (ECG). El módulo transmisor se compone de una etapa de amplificación y filtrado de la señal de ECG, y una etapa que utiliza el protocolo ZigBee para digitalizar y transmitir dicha señal. Para que el módulo transmisor sea de pequeñas dimensiones, se utilizaron componentes de montaje superficial (SMD) y una batería de celular para su implementación. Se escogió el protocolo ZigBee porque consume menor energía que otros protocolos y tiene un alcance de hasta 100 metros; además permitirá la expansión del proyecto para formar una central de monitorización inalámbrica. Este proyecto contó con la co-financiación de Docentes Miembros del GIEM.

PASTEURIZACIÓN DE LECHE HUMANA MATERNA CON HOMOGENEIZADOR POR ULTRASONIDO El trabajo consistió en el diseño y desarrollo de en un equipo pasteurizador de leche humana materna homogeneizada con ondas ultrasónicas. Gracias al financiamiento del Rectorado de la Universidad Nacional de Asunción se ha logrado la implementación de un sistema de control autónomo para la temperatura y el actuador ultrasónico en una batea de aluminio para pasteurizar y homogeneizar la leche materna sin contacto directo. Los resultados fueron contrastados con ensayos de laboratorio en un banco de leche del Hospital San Pablo y pruebas biológicas de la pasteurización, en el que se confirmó la eliminación los microorganismos patógenos con la mínima intervención humana. El control de la temperatura se basa en el método halder, llegar y mantener 62,5 °C durante 30 minutos. La automatización de todo el proceso está basado en un microcontrolador de la gama media mejorada PIC16F1937, con la posibilidad de registrar en la memoria interna el control de la temperatura y enviar a una computadora con un formato sencillo para su registro y visualización.

CAPTACIÓN DE LA FUERZA EN EJERCICIOS ISOCINÉTICOS Existe una tendencia en la que los deportistas realizan ejercicios extremos en donde pretenden mejorar su ritmo físico con el paso del tiempo, por lo que les resultaría importante que ellos obtuvieran algún dispositivo que les permita medir su rendimiento físico, almacenarlo y luego compararlo en el caso de lesión y que tuvieran que seguir un proceso de rehabilitación o simplemente para comparar si los resultados del entrenamiento son o no eficientes. Los conocimientos en mecánica del ejercicio y la fisiología del cuerpo son importantes para comprender el movimiento y la capacidad de cada persona. Normalmente estos conocimientos se aplican para supervisar la salud de las personas, pero también se está incrementando el uso de estos conocimientos para mejorar el rendimiento físico de los deportistas. Esta I+D (parte de una tesis de grado) se centró en una de las articulaciones más importantes para el ejercicio físico: la rodilla. El proyecto pretende tener aplicaciones útiles tanto para el profesional médico, sirviendo de herramienta de análisis, como para el usuario a realizarse la prueba, ya que

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el mismo obtiene un diagnóstico preciso y fehaciente además de contar con un histórico de pruebas realizadas gracias a la utilización de equipo informático y electrónico que permite llevar a cabo los exámenes médicos.

CAPTURA DE MOVIMIENTOS OCULARES MEDIANTE TÉCNICAS DE ELECTROOCULOGRAFIA (E.O.G.) Este proyecto contempla la realización y puesta en funcionamiento de un módulo de adquisición y acondicionamiento de señales eléctricas generadas por los movimientos oculares mediante técnicas de electrooculografía (EOG) e instrumentación electrónica. Se diseñó un sistema adquisición de datos, que permitió captar las señales provenientes de las electrodos ubicados correctamente en la piel alrededor del globo ocular, el cual debe contar con una gran capacidad de manejo de las señales en cuanto se refiere a estabilidad, sensibilidad y precisión. En esta etapa yace el desarrollo de este proyecto para la parte del hardware. Una etapa posterior fue el sistema de procesamiento o interfaz con el usuario, donde se obtuvo la señal proveniente de la etapa de adquisición de datos y fue procesado con un software para el cálculo de los resultados a ser entregados.

Línea: INDUSTRIAL AUTOMATIZACIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS Este proyecto se ha realizado por la necesidad de mejorar el tratamiento de agua para una caldera, que por tener un tratamiento ineficiente ha tenido un costo operativo muy elevado debido a roturas de cañerías ocasionadas por incrustación. Esto tiene como consecuencia un elevado costo de mantenimiento y un excesivo consumo de energía. La planta de tratamiento se diseñó tomando en cuenta los componentes del agua cruda a tratar. El agua cruda de la planta en cuestión es agua de lluvia recolectada en lagunas artificiales por lo que la planta debe constar de cuatro etapas fundamentales: floculación, filtración, desmineralización y desgasificación. Estas cuatro etapas tienen tres funciones fundamentales: Eliminar de sólidos disueltos, eliminar sales/minerales y absorber el oxígeno y el dióxido de carbono disuelto del agua. A la vez se debe mantener el valor de pH por encima de un valor umbral especificado por el fabricante de la caldera. El sistema de control está constituido por un controlador lógico programable (PLC), que se encarga de la captura de datos de los sensores y del control de la dosificación, y una computadora personal con un SCADA para el monitoreo y la Visualización a distancia del sistema. Estos dos dispositivos están conectados entre sí. El sistema consta de un lazo de control cerrado y un lazo de control abierto, utilizando un control PID en el caso del lazo cerrado. Este proyecto fue desarrollado e implementado para una empresa en particular y financiado por el mismo.

OPTIMIZACIÓN DEL TRATAMIENTO DE EFLUENTES UTILIZANDO SISTEMAS DE DOSIFICACIÓN EN TIEMPO REAL Este trabajo describe el diseño e implementación de un sistema de dosificación de efluentes cuyo propósito es la automatización de los procesos de una planta de tratamiento de efluentes y la optimización del rendimiento de los recursos. El sistema está constituido por un módulo ultrasónico, el cual mide la altura del líquido, una unidad dosificadora que se encarga de las inyecciones de sustancias químicas y un microcontrolador, que se encarga del procesamiento general de los datos. El microcontrolador se encarga de hacer los cálculos de caudal con los datos obtenidos por los sensores ultrasónicos. Con este dato el microcontrolador halla el valor del caudal actual y lo manda una computadora personal, donde se dispone de una interfaz hombre-máquina, comercialmente conocida como SCADA. Mediante el SCADA, el operador dispone del valor actual del caudal y de 3 minutos de historial del mismo en forma de una

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gráfica. Además de esto, el operador puede modificar la dosis inyectada, que también está desplegada en la pantalla del computador personal.

SISTEMA DE TRAZABILIDAD BOVINA CON ADQUISICIÓN DE DATOS MEDIANTE TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS El trabajo describe el diseño y desarrollo de un sistema de trazabilidad bovina, que utiliza la tecnología RFID para la identificación del animal y módulos inalámbricos ZigBee para el enlace de los datos. Con la utilización de estas herramientas facilitamos la información de trazabilidad en un software diseñado acorde a los requerimientos del ente regulador de trazabilidad. Este proyecto contó con la co-financiación de Docentes Miembros del GIEM.

PROTOTIPO DE UN PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO PARA LA RECOLECCIÓN DE CENIZAS DE CAROZO DE COCO Mediante el financiamiento del Rectorado de la Universidad Nacional de Asunción se desarrolló un equipo denominado precipitador electroestático, el cual consiste en un filtro que mediante el campo eléctrico atrapa el material particulado (cenizas de carozo de coco) del gas de combustión, que de otra forma escaparían con los humos de chimeneas (aplicado a Industrias en este caso) a la atmósfera. El objetivo principal de los precipitadores electrostáticos es, por tanto, proteger el medio ambiente eliminando la mayor parte de las emisiones contaminantes. Para generar este campo eléctrico se realizó también el dimensionamiento y el diseño de la fuente de alta tensión que se basa en un controlador de frecuencia, encargado de conmutar un transistor de potencia y excitar un transformador tipo flyback, el cual proporciona la alta tensión necesaria. Se ha logrado encontrar los valores adecuados para flujo de aire y voltaje en el cual este prototipo resulta más eficiente, mediante numerosos ensayos, registro y análisis de datos.

SISTEMA DE MEDICIÓN Y MONITOREO DEL NIVEL DE AGUA PARA LA NAVEGACIÓN FLUVIAL Esta investigación fue realizada con el objetivo de desarrollar un sistema electrónico de medición y monitoreo del nivel de referencia de profundidad del agua para la navegación fluvial. El estudio se llevó a cabo en el puerto Itá Enramada de la ciudad de Asunción, entre los meses de mayo de 2012 y junio del 2013. El sistema cuenta con sensores de medición que recogen la información sobre el nivel de referencia de la profundidad del agua, en este caso del Río Paraguay. La captura de datos se realiza a través de un controlador lógico programable (PLC), capaz de procesar señales analógicas y digitales provenientes del sensor de nivel (y otros sensores) y enviarlas a través de comunicación inalámbrica (GPRS) a la estación central de monitoreo, donde se recibe la señal, se decodifica y se almacena dichos datos para luego desplegarlos en entornos visuales (SCADA), ubicada en la sala de monitoreo, mostrando información sobre el estado de todas las variables monitoreadas y donde pueden observarse los estados del nivel de profundidad del agua en cada puesto de la estación de campo. El sistema efectúa mediciones autónomas para ofrecer confiabilidad y seguridad, evitando que los datos sean manipulados, logrando así una efectiva información de la medición de profundidad de aguas (y otra información relevante dependiendo de la cantidad y tipo de sensores conectados al PLC).

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AUTOMATIZACIÓN DE UNA MÁQUINA DOSIFICADORA PARA OPTIMIZAR EL USO DEL AGUA EN UNA PLANTA DE LAVADO DE AUTOMÓVILES El lavado de vehículos puede tener un elevado impacto ambiental. Además de un consumo importante de agua, puede ser responsable de una contaminación difusa por vertido directo de productos de limpieza y contaminantes (aceites, pinturas, gasolina, metales pesados, entre otros) a través de la red de alcantarillado o en el medio natural (arroyos, lagos, ríos), motivos por los cuales nació este proyecto financiado por el Rectorado de la Universidad Nacional de Asunción. El mismo se hará cargo de la automatización de una planta dosificadora conectada a dispositivos tales como las electroválvulas, PLC, sensores y demás, con el fin de controlar el nivel de líquido a dosificar, la cantidad de productos químicos a utilizar y los tiempos de dosificación. Con la automatización de esta máquina se pretende mejorar el proceso de tratamiento del agua y una recirculación de la misma con una descarga cero en alcantarillados. Se busca reducir costos y esfuerzo, además de tiempos en las operaciones realizadas, así como también ser cuidadosos con los recursos naturales que se utilizan (el agua). Se pretende desarrollar un sistema de recuperación de agua de lavaderos de automóviles con un toque innovador, que cumpla con las exigencias ecológicas, ya que este líquido vital es cada vez más escaso y por tanto su valor se incrementa día a día.

AUTOMATIZACIÓN DEL MONITOREO DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA, HUMEDAD Y TEMPERATURA DEL SUELO AGRÍCOLA Este proyecto fue desarrollado con la motivación de proveer una herramienta electrónica para el fácil y rápido análisis del comportamiento de los diferentes tipos de suelos de producción agrícola, así como la caracterización y el manejo de este, durante todo el periodo de cultivo de granos, hortalizas y frutos. El mismo consiste en el diseño y desarrollo de una solución, que posibilite la optimización de los recursos agrícolas; a fin de lograr una homogenización en el rendimiento de las zonas cultivadas. La ingeniería de diseño requirió investigaciones con ingenieros de la Facultad de Agronomía, buscando adquirir mayor conocimiento del tema. La solución mencionada fue posible gracias a la combinación de tecnologías de medición, posicionamiento, transmisión, gestión y almacenamiento estadístico de información. Los valores de conductividad eléctrica, humedad y temperatura del suelo añaden valor a la operación agrícola, si se usan para explicar la variabilidad en el rendimiento de la cosecha. Con la implementación de este sistema, se logrará comprender en gran medida, las razones por las cuales existen dichas variaciones en el rendimiento, lo que llevará a un mejor manejo del cultivo, potenciando de esa manera el rendimiento del mismo, reduciendo costos de insumos, prediciendo más precisamente los beneficios que se obtendrán al surcar, añadir fertilizante, irrigar, construir barreras contra el viento, o hacer otras mejoras en el campo.

SISTEMA DE LOCALIZACIÓN DE CONTENEDORES EN TIEMPO REAL Este proyecto fue desarrollado con el objetivo de diseñar un sistema que permita tener un control y seguimiento del movimiento de los contenedores dentro un puerto fluvial en tiempo real, desde su llegada hasta su salida del mismo. Consiste en el estudio, diseño y desarrollo de una solución que logre mejorar la operatividad logística en las estaciones portuarias, optimizando los recursos aplicados al manejo de contenedores. Dicha solución requiere la integración de tecnologías de identificación, posicionamiento, transmisión, gestión y almacenamiento de datos. Para desarrollar la ingeniería de diseño se realizaron visitas a un puerto fluvial (puerto Fenix) con el fin de tener un mayor conocimiento acerca de toda la

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organización y el manejo de contenedores. Las observaciones técnicas llevadas a cabo en el lugar brindaron como resultado una propuesta técnica que busca solucionar el problema de localizar los contenedores en los puertos fluviales. La utilización del conjunto de tecnologías estudiadas hace que el proceso de localización y ubicación de contenedores sea flexible, eficiente y práctico. La implementación del sistema proporcionará a la estación portuaria una herramienta que permitirá una mejor y efectiva organización logística, lo que finalmente se traducirá en un beneficio económico para la estación portuaria. Este proyecto fue posible gracias a la co-financiación de la FPTI-PY (Fundación Parque Tecnológico Itaipu – Paraguay).

DESARROLLO DE UN MEDIDOR DE RADIACIONES IONIZANTES CON LABVIEW En el área de la instrumentación nuclear, la variable más común a medir es la tasa de dosis de radiación ionizante. Los profesionales laboralmente expuestos utilizan dosímetros personales fílmicos que cambian de color según la radiación absorbida. Por tanto el monitoreo de los niveles de tasa de dosis es imprescindible en lugares como reactores nucleares, laboratorios de almacenamiento de fuentes en desuso, laboratorios de diagnóstico médico, etc. Este proyecto consiste en desarrollar un medidor de niveles de radiaciones ionizantes a partir de un tubo de geiger y el software LabVIEW, el cual es una potente plataforma para desarrollar interfaces hombre-máquina y adquisición de datos en tiempo real. Se cuenta con un interfaz completamente funcional que despliega las mediciones de tasas de dosis en CPM (cuentas por minuto) de la radiación de fondo, además de la activación de alarmas y posibilidad de configurar las alarmas por el operador, despliegue del historial en forma gráfica y compensaciones que se utilizan en los medidores comerciales.

Línea: MECATRÓNICA CAPTURA DE MOVIMIENTOS, MÉTODOS Y APLICACIONES El estudio de los diversos métodos de captura de movimientos (Motion Capture, o simplemente mocap) es un aspecto importante para determinar el más adecuado para cada una de las tantas aplicaciones que requieren la combinación de movimientos muy cambiantes, complejos y con buena precisión. La investigación realizada demuestra el uso de tres sistemas de captura de movimientos para las principales aplicaciones industriales, médicas y de entretenimientos. La captura mediante un mecanismo articulado dispuesto alrededor del cuerpo humano, denominado exoesqueleto, basada en la capacidad de los potenciómetros lineales para medir ángulos fueron las más adecuadas para implementar, como por ejemplo, el telecontrol de un manipulador robótico industrial. La captura mediante sensores de flexión facilita la medición de articulaciones de los dedos de las manos, aptos para transmitir la compleja agilidad y flexibilidad de la mano humana. Y por último, la captura mediante acelerómetros permite un movimiento mucho más ergonómico, consecuencia de la ausencia de algún mecanismo rígido que impide el movimiento natural de las articulaciones humanas, siendo adecuadas para telecontrol de herramientas de trabajo así como para la gran industria del entretenimiento. Este proyecto contó con la co-financiación de la JICA (Agencia de Cooperación Internacional del Gobierno de Japón) por intermedio del voluntario Senior Kenzaburo Seki y también con el aporte de Docentes Miembros del GIEM.

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QUADROTOR Este helicóptero de 4 hélices (fijas, no cambian su inclinación durante el movimiento de la aeronave), fue ensamblado y programado para trabajar con lógica difusa, modelado con ayuda de un toolbox de Matlab y Open Source-Hardware tal como el Arduino. Para poder dirigir el aparato hay que hacer que cada uno de los pares de hélices gire en el mismo sentido. El control del movimiento del vehículo se consigue variando la velocidad relativa de cada rotor para cambiar el empuje y el par motor producido por cada uno de ellos. Estos robots aéreos se clasifican también como UAVs (Unmanned Aerial Vehicle). Este proyecto contó con la co-financiación de Docentes Miembros del GIEM.

AUTO ELÉCTRICO – Aravera El Paraguay es un país con fuente de energía eléctrica puramente limpia, ya que toda esa energía proviene de hidroeléctricas, que generan mucha más energía de la que el país necesita. Sin embargo la población entera se mueve a base de derivados del petróleo, recurso no disponible en el país. La consecuencia de esto es que Asunción está entre las capitales más contaminadas del mundo. Y siendo uno de los países más empobrecidos de Latinoamérica, se hace sumamente difícil la importación de más tecnologías necesarias para aprovechar la energía eléctrica con fines de movilidad, además de cuidar el ambiente que día a día respiramos todos los que vivimos en esta tierra. Es por ello que desde la universidad, con el fin de colaborar un poco a la solución de esta problemática energética y ambiental, hemos optado iniciar el desarrollo de un prototipo de automóvil eléctrico. Se partió desde un automóvil convencional de motor a combustión, específicamente un Fiat Uno Mille, y se procedió a la conversión a automóvil eléctrico utilizando motor de corriente continua y baterías tipo LiFePO4. Este proyecto contó con la cofinanciación de la JICA (Agencia de Cooperación Internacional del Gobierno de Japón) por intermedio del voluntario Senior Kenzaburo Seki.

IMPRESORA 3D - PRUSA ITERACIÓN II Desde la OSHWCON 2012 (Open Source Hardware Convention) llevado a cabo en el mes de Setiembre de 2012 en Madrid, España; el Docente Investigador del GIEM Adolfo Jara ha traído como donación unas piezas de plástico para ensamblar una impresora 3D (las pizas donadas fueron impresas por otra impresora 3D). Una impresora 3D es un dispositivo capaz de generar un objeto sólido tridimensional mediante (y ahí radica la principal diferencia con los sistemas de producción tradicionales) la adición de material. Las impresoras 3D se basan en modelos 3D para definir qué se va a imprimir. Un modelo no es sino la representación digital de lo que vamos a imprimir mediante algún software de modelado. Para poder montar la impresora en nuestro laboratorio, se contó con valiosa e importante co-financiación de Docentes Miembros del GIEM.

ROBOT CON MOVIMIENTO AUTÓNOMO BASADO EN UNA SILLA DE RUEDAS Este trabajo describe el diseño y construcción de un robot con movimiento autónomo cuyo propósito es implementar inteligencia a una máquina móvil. El sistema está constituido por dos microcontroladores PIC, los cuales se encargan de recibir las respectivas informaciones del entorno que le rodea y su ubicación, por medio de los sensores y GPS, para luego pasar las instrucciones respectivas a los motores, logrando así el movimiento. Las coordenadas del objetivo son preestablecidas en el microcontrolador. Los sensores utilizados son: medidores de distancia por ultrasonido,

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con una capacidad de hasta 3 metros; y un sensor de sonido para paradas de emergencia. Los motores son de corriente continua, cuyo circuito de potencia se separa del circuito de control por Mosfets y relés. El robot (montado en una silla de ruedas eléctrica) cuenta con dos ruedas de tracción y dos ruedas libres, cada rueda de tracción está conectada a un motor individual que se controla por separado, esto le permite realizar giros sobre sí mismo. Para la alimentación se utilizan dos baterías de plomo de 12V cada una y conectadas en serie, obteniendo un total de 24V. Este proyecto contó con la cofinanciación de la JICA (Agencia de Cooperación Internacional del Gobierno de Japón) por intermedio del voluntario Senior Kenzaburo Seki y también con el aporte de Docentes Miembros del GIEM.

Proyectos Interinstitucionales DETECCIÓN AUTOMATIZADA DE REINFESTACIÓN POR TRIATOMA INFESTANS La enfermedad de chagas es una enfermedad inseparable de la pobreza y supone un problema social y sanitario importante en todos los países de América Latina. Este trabajo surge de la necesidad de llevar a la práctica con vinchucas vivas (vector transmisor de la enfermedad) una tesis de grado realizada por una estudiante de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de las Islas Baleares (UIB), España; y financiada por la Unión Europea; para lo cual se recurrió al GIEM en el mes de Febrero de 2012. En la misma se planteó un esquema electrónico con foto-sensores infrarrojos, y un sistema de transmisión inalámbrico basado en el estándar IEEE 802.15.4 (ZigBee) que envía la información de detección a un enrutador, el cual se conecta a internet y por medio de una aplicación web ver todos los registros, pasados y actuales en tiempo real, de las trampas (cajas de cartón) que contienen las pastillas con feromonas que atrae a las vinchucas (Trypanosoma cruzi o chinche) y los sensores para detectar el ingreso de una de ellas. La Fase I del proyecto fue llevado a cabo en el Laboratorio del GIEM y en el Laboratorio de Bio y Materiales del Núcleo de Investigación y Desarrollo Tecnológico (NIDTEC), realizando numerosos ensayos sobre la interacción de las vinchucas con los sensores, descubriendo así el comportamiento de los insectos gracias a filmaciones, registros y gráficos de un software de PC desarrollado. Este proyecto contó además con la co-financiación de Docentes Miembros del GIEM.

RECICLAJE DE LA VIRUTA RESULTANTE DEL PROCESO DE MECANIZADO PROVENIENTE DEL SECTOR METAL-MECÁNICO (Desarrollo de Horno a Inducción Magnética para la fundición de virutas de acero) Se encuentra actualmente en desarrollo el prototipo de Horno a Inducción para la fundición de virutas de acero. Este gran desafío para el GIEM tuvo su origen en el deseo de desarrollar tecnología propia para adquirir el know-how de cómo diseñar y construir un horno de inducción magnética de alta potencia, que logre la fundición de virutas de acero como parte de un proyecto interinstitucional de mayor envergadura. En vez de simplemente comprar un horno a inducción comercial e industrial, se tuvo nuevamente la confianza y la paciencia en el GIEM para el desarrollo tecnológico nacional, fomentando el crecimiento práctico de estudiantes y los propios docentes de la universidad. Este desarrollo fue realizado en marco del proyecto “APOYO A LA INTEGRACIÓN ECONÓMICA DEL PARAGUAY - AIEP” DESARROLLO DE CAPACIDADES EN INNOVACIÓN Y CALIDAD DE CADENAS PRODUCTIVAS NO TRADICIONALES 2012 con la financiación de la Unión Europea.

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ESTACIÓN METEOROLÓGICA PORTÁTIL En el mes de Febrero de 2013 el Laboratorio de Computación Científica y Aplicada (LCCA), parte del Núcleo de Investigación y Desarrollo Tecnológico (NIDTEC), ha recurrido al GIEM para solicitar la colaboración en el desarrollo del proyecto denominado “ESMETIL – Estación Meteorológica Portátil” que contó con la cofinanciación del CONACYT (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología) en la modalidad Ventanilla de Innovación con Empresas, siendo ENVING la empresa proponente.

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