Questo studio è stato finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Water Power Technologies Office. Gli studi di laboratorio sono stati condotti presso il Pacific Northwest National Laboratory, gestito da Battelle per il DOE nell'ambito del contratto DE-AC05-76RL01830.

1. Incapsulamento acido/base
<ol><li>Miscelare un rapporto 1:2 in peso di H 2 C2O4 (acido ossalico) e NaHCO3 (bicarbonato di sodio) in una tazza di miscelazione (vedi Tabella dei materiali). Se la miscela acido-base in polvere è cristallizzata, macinarla con un mortaio e un pestello (Figura 1A).</li>
	<li>Recupera le capsule a base vegetale formato 3 e la riempitrice di capsule semiautomatica per iniziare il processo (vedi Tabella dei materiali).</li>
	<li>Posizionare il foglio del cappuccio su una superficie pulita e asciutta. Allineare il foglio di incapsulamento sopra il foglio di copertura utilizzando i pioli neri per fissarlo correttamente in posizione (Figura 1B).</li>
	<li>Separare la parte superiore e inferiore della capsula, a meno che non si utilizzino capsule pre-separate. Le capsule vegetali di taglia #3, quando sono chiuse, hanno dimensioni complessive di 15,9 mm di lunghezza, 5,57 mm di diametro esterno (OD), 0,30 mL di volume e pesano 47 mg.</li>
	<li>Versare i tappi delle capsule nel foglio di incapsulamento (Figura 1C). Scuotere delicatamente le parti superiori nei fori con un movimento circolare. Durante questa operazione, coprire la fessura nella parete del foglio di incapsulamento con una mano o uno spargitore di polvere per evitare di rovesciare le parti superiori (Figura 1D).<ol><li>Una volta riempiti i fori, versare i tappi delle capsule in eccesso in una tazza pulita (Figura 1E). Identificare eventuali parti superiori della capsula capovolte e capovolgerle (Figura 1F). Assicurarsi che tutti i tappi delle capsule siano rivolti nella direzione corretta nel foglio del tappo. È importante garantire un orientamento corretto, poiché un allineamento errato può far sì che la parte superiore della capsula non si unisca correttamente con la parte inferiore della capsula.</li>
	</ol></li>
	<li>Rimuovere il foglio di incapsulamento e mettere da parte il foglio di tappo riempito.</li>
	<li>Estrarre il corpo o il foglio "inferiore". Posizionalo su una superficie pulita, asciutta e piana. Fissare il foglio di incapsulamento al foglio inferiore, assicurandosi del corretto allineamento utilizzando i pioli neri per posizionarlo correttamente in posizione.</li>
	<li>Versare il fondo delle capsule nel foglio di incapsulamento e agitare come prima con un movimento circolare per riempire i fori. Versare il fondo della capsula in eccesso. Identifica eventuali fondi della capsula capovolti e capovolgili.</li>
	<li>Rimuovere il foglio di incapsulamento dal foglio inferiore e metterlo da parte.</li>
	<li>Versare la miscela acido/base in polvere sul foglio inferiore riempito (Figura 1G). Utilizzare uno spandiconcime di plastica per riempire il fondo della capsula con la polvere (Figura 1H). Verificare che tutti i fondi delle capsule siano pieni (Figura 1I). Rimuovere la polvere acida/base inutilizzata.</li>
	<li>Posizionare il foglio di copertura su una superficie piana e posizionare il foglio centrale sopra, allineandolo con i pioli neri per garantire una corretta vestibilità. Assicurarsi di allineare tutte le parti superiori della capsula con i fori corrispondenti nel foglio centrale.</li>
	<li>Capovolgere il foglio di copertura con il foglio centrale apposto e allinearlo con il foglio inferiore riempito (Figura 1J).</li>
	<li>Premere delicatamente il foglio del cappuccio in modo uniforme su tutti i lati per unire la parte superiore e inferiore, inserendo entrambi i lati della capsula insieme (Figura 1K).</li>
	<li>Rimuovere il foglio di copertura e il foglio centrale dal foglio inferiore. A questo punto, il fondo e la parte superiore della capsula dovrebbero essere correttamente uniti tra loro.<ol><li>Verificare che la parte superiore e inferiore di ogni capsula siano ben fissate; In caso contrario, premere manualmente la parte superiore e inferiore della capsula insieme per creare una vestibilità aderente. Rimuovere le capsule riempite e riporle in un contenitore ermetico e sigillabile (Figura 1L). NOTA: Per una manipolazione sicura, è essenziale che gli utenti indossino dispositivi di protezione individuale (DPI) e protezioni per il viso. Deve essere garantita un'adeguata ventilazione e devono essere prese precauzioni per evitare l'ingestione, l'inalazione e il contatto con la sostanza sulla pelle, sugli occhi o sugli indumenti. Inoltre, è importante prevenire la generazione di polvere. Per informazioni dettagliate sulla sicurezza, fare riferimento alla scheda di dati di sicurezza (SDS) per l'acido ossalico e il bicarbonato di sodio. Per mantenere l'integrità delle capsule acido/base, si consiglia di conservarle al riparo dalla luce solare diretta e da un'elevata umidità. Conservare le capsule non utilizzate in un contenitore ermetico sigillato. Finché le capsule vengono mantenute asciutte e prive di umidità, possono essere utilizzate efficacemente per garantire una funzionalità ottimale.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Produzione di tappi in silicone
<ol><li>Utilizzando una stampante 3D FDM (Fused Deposition Modeling) (vedere la tabella dei materiali), stampare una lastra di stampo utilizzando il file STL fornito nel file supplementare 1.</li>
	<li>Posizionare un nastro da imballaggio trasparente sul lato inferiore della piastra dello stampo in modo che ogni apertura sia sigillata (Figura 2A).</li>
	<li>Miscelare un rapporto 1:1 in peso (ad es. 50 g ciascuno della Parte A e della Parte B) del materiale dello stampo in silicone disponibile in commercio in una tazza di miscelazione (vedere la Tabella dei materiali). Usando un cucchiaio usa e getta, mescolare accuratamente il composto chimico per circa 5 minuti o fino a quando non è diventato uniforme.</li>
	<li>Posizionare la piastra dello stampo con il nastro da imballaggio su un pezzo di carta. La carta catturerà qualsiasi potenziale fuoriuscita di silicone dalla piastra dello stampo.</li>
	<li>Iniziare a versare la miscela di silicone in ciascun foro del tappo, assicurandosi che siano tutti pieni (Figura 2B). Utilizzare una spatola di gomma per stendere il silicone in ciascun foro di chiusura (Figura 2C). Rimuovere la miscela di silicone rimanente dalla superficie della piastra dello stampo.</li>
	<li>Lasciare asciugare i tappi di gomma per 4 ore. Dopo essersi assicurati che i tappi siano completamente induriti (ad esempio, la miscela di silicone si è completamente asciugata e indurita), rimuovere il nastro dal retro della piastra dello stampo (Figura 2D), quindi iniziare a estrarre i tappi dallo stampo (Figura 2E).</li>
	<li>Rimuovere il silicone in eccesso attaccato ai tappi (Figura 2F).</li>
</ol>3. Assemblaggio dell'etichetta del palloncino
<ol><li>Inserire con cautela lo strumento per piercing (ad es. stuzzicadenti dritto) nel tappo in silicone (Figura 3A) (vedere la tabella dei materiali). Inserire lo strumento per piercing in un ago per siringa da 15 G, quindi rimuovere lo strumento da piercing dal tappo in silicone, lasciando solo l'ago da 15 G all'interno (Figura 3B). Lo strumento di piercing creerà una fessura all'interno del tappo in silicone senza tagliare o rimuovere alcun materiale.</li>
	<li>Tagliare un pezzo di lenza da pesca da 50 libbre (vedi Tabella dei materiali) a una lunghezza di 150 mm. Inserite la lenza attraverso l'ago della siringa da 15 G e nel tappo in silicone (Figura 3C).<ol><li>Tenendo insieme con cura il tappo e la lenza, rimuovere l'ago della siringa da 15 G dal corpo del tappo, lasciando la lenza all'interno del tappo (Figura 3D). Assicurarsi che le lunghezze della lenza siano uniformi su entrambi i lati del tappo.</li>
	</ol></li>
	<li>Inserire due capsule riempite di acido/polvere base in un palloncino di lattice (Figura 3E) (vedere la tabella dei materiali). Espandere l'apertura del palloncino utilizzando lo strumento di espansione dell'elastico (ad es. pinze per banda di castrazione) e quindi inserire con cautela un tappo in silicone nell'apertura del palloncino (Figura 3F), lasciando le due estremità della lenza fuori dal palloncino.</li>
	<li>Posizionare due O-ring (1.6 mm di larghezza, 8.1 mm di diametro interno, vedere la tabella dei materiali) sull'utensile di espansione elastico ed espanderli. Inserire il collo del palloncino in lattice attraverso i due O-ring espansi (Figura 3G). Estrarre con cautela i due O-ring dallo strumento di espansione dell'elastico, lasciandoli strettamente avvolti attorno al collo del palloncino, centrato sul tappo (Figura 3H).</li>
</ol>4. Attacco dell'etichetta del palloncino ai cappelli Sensor Fish
<ol><li>Inserire un'estremità della lenza attraverso uno dei piccoli fori del tappo Sensor Fish (vedere la tabella dei materiali) e portarla attraverso il foro grande al centro del cappuccio (Figura 4A).</li>
	<li>Legare insieme le due estremità della lenza, lasciando circa 13-26 mm tra la parte superiore del cappuccio e la base del palloncino. Usa quattro nodi a rovescio uno sopra l'altro quando leghi la lenza.</li>
	<li>Lasciare attaccata la lenza in più, poiché tagliarla troppo vicino a un nodo potrebbe potenzialmente causare l'allentamento del nodo (Figura 4B).</li>
	<li>Prova il nodo afferrando la lenza su ciascun lato del nodo con le dita e tirando il più forte possibile. Fai attenzione a non avvicinarti troppo al palloncino, poiché potrebbe strappare involontariamente la lenza attraverso il tappo di gomma.</li>
</ol>

Ottimizzazione dell'assemblaggio dell'etichetta del palloncino per recuperare pesci sensore e pesci vivi

<ol>
	<li>Uria-Martinez, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=U.S.+Hydropower+Market+Report.">U.S. Hydropower Market Report.</a> Oak Ridge National Laboratory. , (2021).</li><li>Kao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+stream-reach+development:+a+comprehensive+assessment+of+hydropower+energy+potential+in+the+United+States.">New stream-reach development: a comprehensive assessment of hydropower energy potential in the United States.</a> Oak Ridge National Laboratory. , (2014).</li><li>Martinez, J. J., Deng, Z. D., Mueller, R., Titzler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+characterization+of+the+biological+performance+of+a+Francis+turbine+retrofitted+with+a+modular+guide+vane.">In situ characterization of the biological performance of a Francis turbine retrofitted with a modular guide vane.</a> Applied Energy. 276, 115492 (2020).</li><li>&#268;ada, G. l. e. n. n. . F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+advanced+hydroelectric+turbines+to+improve+fish+passage+survival.">The development of advanced hydroelectric turbines to improve fish passage survival.</a> Fisheries. 26, 14-23 (2001).</li><li>Tuononen, E. I., Cooke, S. J., Timusk, E. R., Smokorowski, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extent+of+injury+and+mortality+arising+from+entrainment+of+fish+through+a+Very+Low+Head+hydropower+turbine+in+central+Ontario,+Canada.">Extent of injury and mortality arising from entrainment of fish through a Very Low Head hydropower turbine in central Ontario, Canada.</a> Hydrobiologia. 849, 407-420 (2020).</li><li>Deng, Z., Carlson, T. J., Duncan, J. P., Richmond, M. C., Dauble, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+an+autonomous+sensor+to+evaluate+the+biological+performance+of+the+advanced+turbine+at+Wanapum+Dam.">Use of an autonomous sensor to evaluate the biological performance of the advanced turbine at Wanapum Dam.</a> Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2, 053104 (2010).</li><li>Martinez, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydraulic+and+biological+characterization+of+a+large+Kaplan+turbine.">Hydraulic and biological characterization of a large Kaplan turbine.</a> Renewable energy. 131, 240-249 (2019).</li><li>Zhiqun Deng, , et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Six-degree-of-freedom+sensor+fish+design+and+instrumentation.">Six-degree-of-freedom sensor fish design and instrumentation.</a> 7, 3399-3415 (2007).</li><li>Deng, Z. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+implementation+of+a+new+autonomous+sensor+fish+to+support+advanced+hydropower+development.">Design and implementation of a new autonomous sensor fish to support advanced hydropower development.</a> Review of Scientific Instruments. 85, 115001 (2014).</li><li>Deng, Y., Jia, Y., Haoran, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+ionicity+and+chain+structure+on+the+physicochemical+properties+of+protic+ionic+liquids.">Effects of ionicity and chain structure on the physicochemical properties of protic ionic liquids.</a> AIChE Journal. 66 (10), e16982 (2020).</li><li>Salalila, A., Deng, Z. D., Martinez, J. J., Lu, J., Baumgartner, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+fish-friendly+self-cleaning+horizontal+irrigation+screen+using+autonomous+sensors.">Evaluation of a fish-friendly self-cleaning horizontal irrigation screen using autonomous sensors.</a> Marine and Freshwater Research. 70, 1274-1283 (2019).</li><li>Martinez, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+characterization+of+turbine+hydraulic+environment+to+support+development+of+fish-friendly+hydropower+guidelines+in+the+lower+Mekong+River+region.">In situ characterization of turbine hydraulic environment to support development of fish-friendly hydropower guidelines in the lower Mekong River region.</a> Ecological engineering. 133, 88-97 (2019).</li><li>Heisey, P. G., Mathur, D., D'Allesandro, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+technique+for+assessing+fish+passage+survival+at+hydro+power+stations.">A new technique for assessing fish passage survival at hydro power stations.</a> International Atomic Energy Agency. , (1993).</li><li>Heisey, P. G., Mathur, D., Rineer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+reliable+tag-recapture+technique+for+estimating+turbine+passage+survival:+application+to+young-of-the-year+American+shad+(Alosa+sapidissima).">A reliable tag-recapture technique for estimating turbine passage survival: application to young-of-the-year American shad (Alosa sapidissima).</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 49 (9), 1826-1834 (1992).</li><li>Mathur, D., Heisey, P. G., Euston, E. T., Skalski, J. R., Hays, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbine+passage+survival+estimation+for+chinook+salmon+smolts+(Oncorhynchus+tshawytscha)+at+a+large+dam+on+the+Columbia+River.">Turbine passage survival estimation for chinook salmon smolts (Oncorhynchus tshawytscha) at a large dam on the Columbia River.</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 53 (3), 542-549 (1996).</li><li>Mathur, D., Heisey, P. G., Robinson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbine-passage+mortality+of+juvenile+American+shad+at+a+low-head+hydroelectric+dam.">Turbine-passage mortality of juvenile American shad at a low-head hydroelectric dam.</a> Transactions of the American Fisheries Society. 123 (1), 108-111 (1994).</li><li>Watson, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safe+passage+of+American+Eels+through+a+novel+hydropower+turbine.">Safe passage of American Eels through a novel hydropower turbine.</a> Transactions of the American Fisheries Society. 151, 711-724 (2022).</li><li>Al-Tabakha, M. o. a. w. i. a. . M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+capsule+shell+composition+on+the+performance+indicators+of+hypromellose+capsule+in+comparison+to+hard+gelatin+capsules.">Influence of capsule shell composition on the performance indicators of hypromellose capsule in comparison to hard gelatin capsules.</a> Drug Development and Industrial Pharmacy. 41 (10), 1726-1737 (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydropower+Vision.">Hydropower Vision.</a> U.S. Department of Energy. , (2016).</li><li>Duncan, J. o. a. n. n. e. . P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+and+ecological+evaluation+of+a+fish-friendly+surface+spillway.">Physical and ecological evaluation of a fish-friendly surface spillway.</a> Ecological Engineering. 110, 107-116 (2018).</li><li>Trumbo, B. r. a. d. l. y. . A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+hydroturbine+pressures+to+enhance+salmon+passage+survival+and+recovery.">Improving hydroturbine pressures to enhance salmon passage survival and recovery.</a> Reviews in fish biology and fisheries. 24, 955-965 (2014).</li><li>Pohanish, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Sittig's handbook of toxic and hazardous chemicals and carcinogens. , (2017).</li><li>U.S. Food and Drug Administration. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> CFR - Code of Federal Regulations Title 21. , (1994).</li></ol>

Gli autori non hanno conflitti di interesse.

Questo studio ha concluso che i tag a palloncino a tre capsule iniettati con 5 mL di acqua a 18,3 °C avevano un tempo di gonfiaggio iniziale più lento e un volume costantemente maggiore rispetto ai tag a palloncino a due e quattro capsule. Quando i tag del palloncino sono stati iniettati con acqua a 12,7 °C, il volume medio era inferiore e il tempo di gonfiaggio era più lungo. La capsula a tre capsule inizia a sgonfiarsi per prima, seguita da quella a quattro capsule e infine da quella a due capsule. I periodi di gon...

L'energia idroelettrica è un'importante risorsa di energia rinnovabile in tutto il mondo. Negli Stati Uniti, l'energia idroelettrica contribuisce con circa il 38% o 274 TWh di elettricità generata da fonti rinnovabili1 e ha il potenziale per aggiungere circa 460 TWh all'anno2. Tuttavia, con l'aumento dello sviluppo dell'energia idroelettrica, le preoccupazioni per le lesioni e la mortalità dei pesci durante il passaggio idraulico sono diventate fondamentali3. Vari meccanismi contribuiscono alle lesioni dei pesci durante il passaggio, tra cui la decompressione rapida (barotrauma), lo stress da taglio, la turbolenza, gli urti, la cavitazione e la macinazione4. Sebbene questi meccanismi di lesione possano non avere un impatto immediato sulle condizioni generali dei pesci, possono renderli più vulnerabili a malattie, infezioni fungine, parassiti e predazione5. Inoltre, le lesioni fisiche dirette derivanti da collisioni con turbine o altre strutture idrauliche possono portare a una mortalità significativa, sottolineando l'importanza di mitigare questi rischi nello sviluppo dell'energia idroelettrica.
Uno dei metodi più comuni per valutare le condizioni di passaggio dei pesci è il rilascio di pesci sensore e pesci vivi attraverso strutture idrauliche 6,7. Il Sensor Fish è un dispositivo autonomo progettato per studiare le condizioni fisiche che i pesci sperimentano durante il passaggio attraverso strutture idrauliche, tra cui turbine, sfioratori e alternative di bypassdelle dighe 8,9. Dotato di un accelerometro 3D, un giroscopio 3D, un sensore di temperatura e un sensore di pressione 9, il Sensor Fish fornisce dati preziosi sulle condizionidi passaggio dei pesci.
I tag a palloncino, che sono palloncini autogonfiabili attaccati esternamente a Sensor Fish e pesci vivi, aiutano nel loro recupero dopo essere passati attraverso le strutture idrauliche. Le etichette a palloncino sono costituite da capsule solubili riempite con sostanze chimiche che generano gas (ad es. acido ossalico e bicarbonato di sodio), un tappo in silicone e una lenza. Prima del dispiegamento, l'acqua viene iniettata nel palloncino attraverso il tappo in silicone. L'acqua scioglie le capsule a base vegetale, innescando una reazione chimica che produce gas gonfiando il palloncino. In questa reazione di neutralizzazione, il bicarbonato di sodio, una base debole, e l'acido ossalico, un acido debole, reagiscono per formare anidride carbonica, acqua e ossalato di sodio10. La reazione chimica è fornita di seguito:
2NaHCO3+ H 2 C2O 4 → 2CO 2 + 2H2O + Na 2 C2O4
Il pallone gonfiato aumenta la galleggiabilità del pesce sensore e dei pesci vivi, consentendo loro di galleggiare sulla superficie dell'acqua per un recupero più facile.
Il numero di tag a palloncino necessari per ottenere la flottazione e facilitare il recupero di un campione (ad esempio, pesci sensore o pesci vivi) può variare in base alle caratteristiche di volume e massa del campione. La durata del gonfiaggio dell'etichetta del palloncino può essere regolata iniettando acqua a diverse temperature. L'acqua più fredda aumenterà il tempo di gonfiaggio, mentre l'acqua più calda lo diminuirà. Le targhette a palloncino sono state impiegate con successo in varie località, tra cui il Farmers Screen, un'esclusiva struttura orizzontale a piastra piana per pesci e detriti a Hood River, Oregon11, e una turbina Francis presso la diga di Nam Ngum nella Repubblica Democratica Popolare del Laos12. Un altro esempio di tag a palloncino disponibile in commercio è l'Hi-Z Turb'N Tag13,14. L'Hi-Z Turb'N Tag consente di regolare il tempo di gonfiaggio tra 2 min e 60 min, a seconda della temperatura dell'acqua iniettata13. Questa tecnologia è stata utilizzata in studi sui pesci in molti siti sul campo, compresi gli studi che hanno coinvolto i giovani salmoni Chinook rilasciati alla diga di Rocky Reach sul fiume Columbia e i giovani aloni americani alla diga di Hadley Falls sul fiume Connecticut15,16. Entrambe le tecnologie utilizzano reazioni chimiche acido-base per gonfiare le etichette del palloncino per il recupero.
Questo metodo offre economicità e semplicità nella produzione, con un costo del materiale stimato di soli $ 0,50 per palloncino. Come descritto qui, il processo di produzione è facile da seguire, rendendo la produzione di tag a palloncino accessibile a chiunque.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printed Silicone Stopper Plate</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARC800 Sensor Fish</td>
			<td>ATS</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDM 3D printer</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual Capsule Filler Machine CN-400CL (Size #3)</td>
			<td>Capsulcn</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mold Star 15 SLOW</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oil-Resistant Buna-N O-Ring</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>SN: 9262K141</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxalic Acid, 98%, Anhydrous Powder (C2H2O4)&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific&#160;</td>
			<td>CAS: 144-62-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber Band Expansion Tool</td>
			<td>iplusmile</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Separated Vegetable Cellulose Capsules (Size #3)</td>
			<td>Capsule Connection</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smiley Face YoYo Latex balloon</td>
			<td>YoYo Balloons, Etc.</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Bicarbonate Powder (CHNaO3)&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>CAS: 144-55-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectra Fiber Braided Fishing Line (50 lbs.)</td>
			<td>Power Pro</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

balloon tag manufacturing technique for sensor fish and live fish recovery

I pesci possono subire lesioni e mortalità quando passano attraverso i trasporti idraulici delle dighe idroelettriche, anche se questi trasporti sono progettati per essere rispettosi dei pesci, come i sistemi di bypass a valle, gli sfioratori modificati e le turbine. I principali metodi utilizzati per studiare le condizioni di passaggio dei pesci nelle strutture idrauliche prevedono test diretti in situ utilizzando la tecnologia Sensor Fish e pesci vivi. I dati di Sensor Fish aiutano a identificare i fattori di stress fisico e la loro posizione nell'ambiente di passaggio dei pesci, mentre i pesci vivi vengono valutati per lesioni e mortalità. Le targhette a palloncino, che sono palloncini autogonfiabili attaccati esternamente a Sensor Fish e pesci vivi, aiutano nel loro recupero dopo essere passati attraverso le strutture idrauliche.
Questo articolo si concentra sullo sviluppo di tag a palloncino con un numero variabile di capsule solubili a base vegetale contenenti una miscela di acido ossalico, polveri di bicarbonato di sodio e acqua a due diverse temperature. La nostra ricerca ha determinato che i tag a palloncino con tre capsule, iniettati con 5 mL di acqua a 18,3 °C, hanno raggiunto costantemente il volume desiderato del palloncino. Questi tag avevano un volume di gonfiaggio medio di 114 cm 3 con una deviazione standard di 1,2 cm3. Tra i tag a palloncino iniettati con acqua a 18,3 °C, è stato osservato che i tag a palloncino a due capsule hanno impiegato il tempo più lungo per raggiungere il gonfiaggio completo. Inoltre, le etichette a palloncino a quattro capsule hanno dimostrato un tempo di inizio del gonfiaggio più rapido, mentre le etichette a palloncino a tre capsule hanno dimostrato un tempo di inizio dello sgonfiaggio più rapido. Nel complesso, questo approccio si dimostra efficace per convalidare le prestazioni di nuove tecnologie, migliorare la progettazione delle turbine e prendere decisioni operative per migliorare le condizioni di passaggio dei pesci. Funge da strumento prezioso per la ricerca e le valutazioni sul campo, aiutando a perfezionare sia la progettazione che il funzionamento delle strutture idrauliche.

Hydropower is a significant renewable energy resource worldwide. In the United States, hydropower contributes an estimated 38% or 274 TWh of electricity generated from renewable sources1 and has the potential to add approximately 460 TWh per year2. However, as hydropower development increases, concerns about fish injury and mortality during hydraulic passage have become paramount3. Various mechanisms contribute to fish injuries during passage, including rapid decompression (barotrauma), shear stress, turbulence, strikes, cavitation, and grinding4. Although these injury mechanisms may not have an immediate impact on the overall condition of the fish, they can render them more vulnerable to diseases, fungal infections, parasites, and predation5. Additionally, direct physical injuries resulting from collisions with turbines or other hydraulic structures can lead to significant mortality, emphasizing the importance of mitigating these risks in hydropower development.
One of the most common methods for evaluating fish passage conditions is releasing Sensor Fish and live fish through hydraulic structures6,7. The Sensor Fish is an autonomous device designed to study the physical conditions that fish experience during passage through hydraulic structures, including turbines, spillways, and dam bypass alternatives8,9. Equipped with a 3D accelerometer, 3D gyroscope, temperature sensor, and pressure sensor9, the Sensor Fish provides valuable data on fish passage conditions.
Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, assist in their recovery after passing through hydraulic structures. The balloon tags consist of dissolvable capsules filled with gas-generating chemicals (e.g., oxalic acid and sodium bicarbonate), a silicone stopper, and a fishing line. Prior to deployment, water is injected through the silicone stopper into the balloon. The water dissolves the vegetable-based capsules, triggering a chemical reaction that produces gas&#160;inflating the balloon. In this neutralization reaction, sodium bicarbonate, a weak base, and oxalic acid, a weak acid, react to form carbon dioxide, water, and sodium oxalate10. The chemical reaction is provided below:
2NaHCO3+ H2C2O4 &#8594; 2CO2 + 2H2O + Na2C2O4
The inflated balloon increases the buoyancy of the Sensor Fish and live fish, enabling them to float on&#160;the water surface for easier recovery.
The number of balloon tags required to achieve flotation and facilitate the retrieval of a sample (e.g., Sensor Fish or live fish) may vary based on the volume and mass characteristics of the sample. The duration of balloon tag inflation can be adjusted by injecting water at different temperatures. Colder water will increase the inflation time, while warmer water will decrease it. Balloon tags have been successfully employed in various locations, including the Farmers Screen, a unique horizontal, flat-plate fish and debris screen structure in Hood River, Oregon11, and a Francis turbine at Nam Ngum Dam in the Lao People&#39;s Democratic Republic12. Another commercially available balloon tag example is the Hi-Z Turb&#39;N Tag13,14. The Hi-Z Turb&#39;N Tag allows inflation time to be adjusted between 2 min and 60 min, depending on the injected water temperature13. This technology has been used in fish studies at many field sites, including studies involving Chinook salmon smolts released at Rocky Reach Dam on the Columbia River and juvenile American shad at Hadley Falls Dam on the Connecticut River15,16. Both technologies utilize acid-base&#160;chemical reactions to inflate the balloon tags for recovery.
This method offers cost-effectiveness and simplicity in manufacturing, with an estimated material cost of only $0.50 per balloon. As described here, the manufacturing process is easy to follow, making balloon tag production accessible to anyone.

Autore in primo piano: Sviluppo di tag a palloncino convenienti e personalizzabili per gli studi sul passaggio dei pesci 

Tecnica di produzione di tag a palloncino per il recupero di pesci sensore e pesci vivi

This research focuses on developing and evaluating cost-effective balloon tags for fish passage studies and hydraulic structures. Our aim is to assess the effectiveness of different balloon tag configurations for the recovery of sensor fish and live fish after they pass through these hydraulic structures. The balloon tag protocol we developed offer a cost effectiveness, customizability, and adjustable inflation times.It is a low-cost solution for large scale studies with limited budgets. It helps to understand the impact of hydraulic structures on fish and can be tailored to different species and environments. We have developed a cost-effective balloon tag manufacturing process.This will enhance our understanding of balloon tag performances under different conditions, enabling tailored testing and facilitating environmental impact assessments for developing and operating fish-friendly hydropower systems.

È stato condotto uno studio per determinare i metodi ottimali per la produzione di etichette per palloncini, concentrandosi sul volume e sulla temperatura dell'acqua iniettata nel palloncino. Lo studio ha esaminato vari parametri di input, tra cui l'ora di inizio del gonfiaggio, il tempo di gonfiaggio completo, l'ora di inizio dello sgonfiaggio e il volume del palloncino a gonfiaggio completo. Lo studio è stato condotto a una scrivania con una temperatura ambiente di 21 °C.
Per lo studio so...

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Viene presentato un protocollo per la progettazione e la produzione di tag a palloncino per il recupero di pesci sensore e pesci vivi, consentendo di valutare le loro condizioni fisiche e le prestazioni biologiche nelle strutture idrauliche. Il metodo ottimizza le prestazioni dell'etichetta del palloncino considerando fattori quali il volume del palloncino, i tempi di gonfiaggio/sgonfiaggio, la selezione dei componenti e le caratteristiche dell'acqua iniettata.

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be ...

Questa ricerca si concentra sullo sviluppo e la valutazione di tag a palloncino convenienti per studi di passaggio dei pesci e strutture idrauliche. Il nostro obiettivo è quello di valutare l'efficacia di diverse configurazioni di tag a palloncino per il recupero di pesci sensore e pesci vivi dopo il loro passaggio attraverso queste strutture idrauliche. Il protocollo di tag a palloncino che abbiamo sviluppato offre economicità, personalizzazione e tempi di gonfiaggio regolabili.Si tratta di una soluzione a basso costo per studi su larga scala con budget limitati. Aiuta a comprendere l'impatto delle strutture idrauliche sui pesci e può essere adattato a diverse specie e ambienti. Abbiamo sviluppato un processo di produzione di etichette a palloncino economico.Ciò migliorerà la nostra comprensione delle prestazioni dei tag dei palloni in diverse condizioni, consentendo test su misura e facilitando le valutazioni dell'impatto ambientale per lo sviluppo e la gestione di sistemi idroelettrici rispettosi dei pesci.

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Balloon Tag Manufacturing Technique for Sensor Fish and Live Fish Recovery

1.0K Views.  Pacific Northwest National Laboratory. Questa ricerca si concentra sullo sviluppo e la valutazione di tag a palloncino convenienti per studi di passaggio dei pesci e strutture idrauliche. Il nostro obiettivo è quello di valutare l'efficacia di diverse configurazioni di tag a palloncino per il recupero di pesci sensore e pesci vivi dopo il loro passaggio attraverso queste strutture idrauliche. Il protocollo di tag a palloncino che abbiamo sviluppato offre economicità, personalizzazione e tempi di gonfiaggio regolabili.Si t...

Video: Autore in primo piano: Sviluppo di tag a palloncino convenienti e personalizzabili per gli studi sul passaggio dei pesci 

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be fish-friendly, such as downstream bypass systems, modified spillways&#160;and turbines. The main methods used to study fish passage conditions in hydraulic structures involve direct, in situ testing using Sensor Fish technology and live fish. Sensor Fish data helps identify physical stressors and their locations in the fish passage environment, while live fish are assessed for injuries and mortality. Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, aid in their recovery after passing through hydraulic structures.
This article focuses on the development of balloon tags with varying numbers of dissolvable, vegetable-based capsules containing a mixture of oxalic acid, sodium bicarbonate powders, and water at two different temperatures. Our research determined that balloon tags with three capsules, injected with 5 mL of water at 18.3 &#176;C, consistently achieved the desired balloon volume. These tags had a mean inflation volume of 114 cm3 with a standard deviation of 1.2 cm3. Among the balloon tags injected with water at 18.3 &#176;C, it was observed that the two-capsule balloon tags took the longest time to reach full inflation. In addition, the four-capsule balloon tags demonstrated a faster inflation start time, while the three-capsule balloon tags demonstrated a faster deflation start time. Overall, this approach proves to be effective for validating the performance of new technologies, improving turbine design, and making operational decisions to enhance fish passage conditions. It serves as a valuable tool for research and field evaluations, aiding in the refinement of both the design and operation of hydraulic structures.

A protocol is presented for designing and manufacturing balloon tags to recover Sensor Fish and live fish, allowing assessment of their physical condition and biological performance in hydraulic structures. The method optimizes balloon tag performance by considering factors such as balloon volume, inflation/deflation times, component selection, and the characteristics of the injected water.

Ricerca

Ingegneria

Acid/Base Encapsulation for Balloon Tag Assembly

To begin, in a mixing cup, combine oxalic acid and sodium bicarbonate, maintaining a weight ratio of one to two. If the acid-based powder mix becomes crystalline, grind it into a fine powder using a mortar and pestle. To fill the capsules using a semi-automatic capsule filling machine, place the cap sheet on a clean, dry surface.Align the encapsulation sheet over the cap sheet. Separate the capsule tops and bottoms unless using pre-separated capsules. Pour the capsule tops into the encapsulation sheet and shake the sheet gently in a circular motion to fill the holes with the tops.Collect the leftover capsule tops in a clean cup. Detach the encapsulation sheet from the completely filled cap sheet and keep the cap sheet aside. Identify and flip the capsule tops that are upside down.Next, place the body or bottom sheet on a clean, dry, flat surface. Fix the encapsulation sheet to the bottom sheet and secure the alignment with the black pegs. Pour the cap bottoms onto the encapsulation sheet and shake as described previously to fill all the holes.Then pour off the excess capsule bottoms from the sheet. Remove the encapsulation sheet from the filled bottom sheet. Flip any capsule bottoms found upside down.Now, disperse the acid base powder mixture onto the filled bottom sheet. Using a plastic spreader, fill the capsule bottoms with the powder. After positioning the filled cap sheet on a flat surface, mount the middle sheet on its top.Invert the cap sheet affixed to the middle sheet on the filled bottom sheet, ensuring a proper mutual alignment. Press gently, but equally on all sides of the cap sheet to join and fit the tops and bottoms of the capsules. Then remove the cap sheet and the middle sheet from the bottom sheet, leaving the capsule tops and bottoms joined.Check each capsule to ensure its top and bottom are fitted tightly. If not, manually press and tighten the top and bottom together. Finally, transfer the filled capsules to an airtight sealable container.

Incapsulamento acido/base per l'assemblaggio di etichette a palloncino

Manufacturing Silicone Stopper for Balloon Tag Assembly

To begin, mix both commercial silicone mold material components in a mixing cup, maintaining a one-to-one weight ratio. Stir thoroughly with a disposable spoon for about five minutes until the mixture becomes uniform in appearance. Then position the 3D-printed mold plate fitted with packing tape over a sheet of paper.Pour the silicone mixture into each stopper hole, ensuring all the holes are filled. Using a rubber squeegee, spread the silicone evenly into each stopper hole before clearing any leftover silicone. Leave the rubber stoppers to dry for four hours.Once the stoppers have fully cured as indicated by the complete drying and hardening of the silicone mixture, take off the tape from the back of the mold plate and pull the stoppers out of the mold. Finally, clean any surplus silicone attached to the stoppers.

Produzione di tappi in silicone per l'assemblaggio di etichette a palloncino

Balloon Tag Assembly and Attachment to Sensor Fish Caps

To begin the balloon tag assembly, carefully insert the piercing tool into the silicone stopper. Then insert the piercing tool attached to the stopper into a 15 gauge syringe needle. After that, remove the piercing tool from the silicone stopper leaving only the needle embedded in the stopper.Cut a six inch piece from a 50 pound fishing line. Insert the fishing line piece into the silicone stopper through the 15 gauge needle. While holding the stopper and the fishing line together, carefully retract the needle from the stopper leaving the fishing line inside the stopper.Next, insert two acid-based powder filled capsules into a latex balloon. Using a rubber band expansion tool like a castration band plier, gently expand the balloon opening. Then carefully insert one silicone stopper into the balloon opening, making sure to keep the two ends of the fishing line outside the balloon.Place two O-rings onto the rubber band expansion tool and expand them. Push the neck of the latex balloon through the two expanded O-rings. Carefully pull the two O-rings away from the rubber band expansion tool leaving them tightly wrapped around the balloon's neck centered on the stopper.Insert one end of the fishing line through one of the small holes in the sensor fish cap and pull it through the large hole at the center. Tie both ends of the fishing line together leaving a 0.5 to one inch gap from the top of the cap to the balloon base. Keep the extra fishing line attached as cutting it too close to a knot might cause it to untie.Studying the average inflation time for balloon tags with different volumes of water at two different temperatures revealed that full inflation occurred faster when using water at 18.3 degrees Celsius as compared to 12.7 degrees Celsius. A slower dissolution of the capsules at lower temperatures caused delayed inflation. Among the tested conditions, the three capsule balloon tags injected with five milliliters of water at 18.3 degrees Celsius exhibited consistent size with a mean volume of 114 cubic centimeters.At 18.3 degrees Celsius, the four capsule balloon tags demonstrated a faster inflation start time. However, the full inflation times for the two capsule and four capsule balloon tags were nearly identical. The three capsule balloon tag began deflating first followed by the four capsule, and finally, the two capsule balloon tags.