Este estudo foi financiado pelo U.S. Department of Energy (DOE) Water Power Technologies Office. Os estudos laboratoriais foram realizados no Pacific Northwest National Laboratory, que é operado pela Battelle para o DOE sob o Contrato DE-AC05-76RL01830.

1. Encapsulamento ácido/base
<ol><li>Misturar uma proporção de 1:2 em peso de H 2 C2O4 (ácido oxálico) e NaHCO3 (bicarbonato de sódio) num copo de mistura (ver Tabela de Materiais). Se a mistura ácido-base em pó estiver cristalizada, triture-a com argamassa e pilão (Figura 1A).</li>
	<li>Recupere as cápsulas de base vegetal tamanho 3 e a máquina de enchimento de cápsulas semiautomática para iniciar o processo (consulte a Tabela de Materiais).</li>
	<li>Coloque a folha da tampa plana sobre uma superfície limpa e seca. Alinhe a folha de encapsulamento na parte superior da folha da tampa usando os pinos pretos para fixá-la corretamente no lugar (Figura 1B).</li>
	<li>Separe as partes superiores e inferiores da cápsula, a menos que use cápsulas pré-separadas. As cápsulas vegetais tamanho #3, quando fechadas, têm dimensões totais de 15,9 mm de comprimento, 5,57 mm de diâmetro externo (DO), 0,30 mL de volume e pesam 47 mg.</li>
	<li>Despeje as tampas da cápsula na folha de encapsulamento (Figura 1C). Agite suavemente os topos nos orifícios com um movimento circular. Ao fazer isso, cubra a lacuna na parede da folha de encapsulamento com uma mão ou um espalhador de pó para evitar derramar os topos (Figura 1D).<ol><li>Uma vez preenchidos os orifícios, despeje as tampas da cápsula em excesso em um copo limpo (Figura 1E). Identifique as tampas das cápsulas de cabeça para baixo e vire-as (Figura 1F). Certifique-se de que todas as tampas da cápsula estejam voltadas para a direção correta na folha da tampa. É importante garantir a orientação adequada, pois o alinhamento incorreto pode resultar na não união adequada dos topos das cápsulas com os fundos das cápsulas.</li>
	</ol></li>
	<li>Retire a folha de encapsulamento e reserve a folha de tampa preenchida.</li>
	<li>Retire o corpo ou a folha "inferior". Coloque-o em uma superfície limpa, seca e plana. Fixe a folha de encapsulamento na folha inferior, garantindo o alinhamento adequado utilizando os pinos pretos para posicioná-la corretamente no lugar.</li>
	<li>Despeje os fundos da cápsula na folha de encapsulamento e agite como antes em um movimento circular para preencher os buracos. Despeje o excesso de fundos de cápsulas. Identifique os fundos da cápsula de cabeça para baixo e vire-os.</li>
	<li>Remova a folha de encapsulamento da folha inferior e reserve-a.</li>
	<li>Despeje a mistura ácido/base em pó sobre a folha de fundo preenchida (Figura 1G). Use um espalhador plástico para preencher o fundo da cápsula com o pó (Figura 1H). Verifique se todos os fundos da cápsula estão preenchidos (Figura 1I). Remova qualquer pó ácido/base não utilizado.</li>
	<li>Coloque a folha da tampa em uma superfície plana e posicione a folha do meio em cima, alinhando-a com os pinos pretos para garantir um ajuste correto. Certifique-se de alinhar todos os topos da cápsula com os orifícios correspondentes na folha do meio.</li>
	<li>Inverta a folha da tampa com a folha do meio afixada e alinhe-a com a folha inferior preenchida (Figura 1J).</li>
	<li>Pressione suavemente a folha da tampa igualmente em todos os lados para unir as partes superiores e inferiores, encaixando ambos os lados da cápsula juntos (Figura 1K).</li>
	<li>Remova a folha de tampa e a folha do meio da folha inferior. Neste ponto, os fundos e topos da cápsula devem estar devidamente unidos.<ol><li>Verifique se cada cápsula superior e inferior estão bem encaixadas; Caso contrário, pressione manualmente a parte superior e inferior da cápsula juntas para criar um ajuste apertado. Retire as cápsulas cheias e coloque-as em um recipiente hermético e selado (Figura 1L). OBS: Para um manuseio seguro, é imprescindível o uso de equipamentos de proteção individual (EPIs) e proteção facial. A ventilação adequada deve ser garantida e precauções devem ser tomadas para evitar a ingestão, inalação e contato com a substância na pele, olhos ou roupas. Além disso, é importante evitar a geração de poeira. Para obter informações detalhadas sobre segurança, consulte a ficha de dados de segurança (SDS) para ácido oxálico e bicarbonato de sódio. Para manter a integridade das cápsulas ácido/base, é aconselhável armazená-las longe da luz solar direta e da alta umidade. Armazene as cápsulas não utilizadas num recipiente selado e hermético. Desde que as cápsulas sejam mantidas secas e livres de umidade, elas podem ser usadas de forma eficaz para garantir a funcionalidade ideal.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Fabricação de rolha de silicone
<ol><li>Usando uma impressora 3D de modelagem de deposição fundida (FDM) (consulte Tabela de Materiais), imprima uma placa de molde usando o arquivo STL fornecido no Arquivo Suplementar 1.</li>
	<li>Coloque uma fita de embalagem transparente na parte inferior da placa do molde para que cada abertura seja selada (Figura 2A).</li>
	<li>Misture uma proporção de 1:1 em peso (por exemplo, 50 g cada uma das Partes A e B) do material do molde de silicone disponível comercialmente em um copo de mistura (consulte a Tabela de Materiais). Usando uma colher descartável, misture bem o composto químico por aproximadamente 5 min, ou até que ele se torne uniforme.</li>
	<li>Coloque a placa do molde com a fita de embalagem sobre um pedaço de papel. O papel irá capturar qualquer derramamento potencial de silicone da placa do molde.</li>
	<li>Comece despejando a mistura de silicone em cada orifício da rolha, garantindo que todos estejam preenchidos (Figura 2B). Use um rodo de borracha para espalhar o silicone em cada orifício da rolha (Figura 2C). Remova a mistura de silicone que sobrou da superfície da placa do molde.</li>
	<li>Deixe as rolhas de borracha secarem por 4 h. Depois de certificar-se de que as rolhas estão totalmente curadas (por exemplo, a mistura de silicone secou completamente e endureceu), remova a fita da parte de trás da placa do molde (Figura 2D) e, em seguida, comece a retirar as rolhas do molde (Figura 2E).</li>
	<li>Remova o excesso de silicone preso às rolhas (Figura 2F).</li>
</ol>3. Montagem da etiqueta do balão
<ol><li>Insira cuidadosamente a ferramenta de perfuração (por exemplo, palito dentário reto) na rolha de silicone (Figura 3A) (consulte a Tabela de Materiais). Insira a ferramenta perfurante em uma agulha de seringa de 15 G e, em seguida, remova a ferramenta perfurante da rolha de silicone, deixando apenas a agulha de 15 G dentro (Figura 3B). A ferramenta perfurante criará uma fenda dentro da rolha de silicone sem cortar ou remover qualquer material.</li>
	<li>Corte um pedaço de linha de pesca de 50 lb (ver Tabela de Materiais) até um comprimento de 150 mm. Insira a linha de pesca através da agulha da seringa de 15 G e na rolha de silicone (Figura 3C).<ol><li>Enquanto segura cuidadosamente a rolha e a linha de pesca juntas, remova a agulha da seringa de 15 G do corpo da rolha, deixando a linha de pesca dentro da rolha (Figura 3D). Certifique-se de que os comprimentos das linhas de pesca são uniformes em ambos os lados da rolha.</li>
	</ol></li>
	<li>Insira duas cápsulas cheias de ácido/base em pó em um balão de látex (Figura 3E) (consulte a Tabela de Materiais). Expandir a abertura do balão usando a ferramenta de expansão de fita de borracha (ou seja, alicate de faixa de castração) e, em seguida, inserir cuidadosamente uma rolha de silicone na abertura do balão (Figura 3F), deixando as duas extremidades da linha de pesca fora do balão.</li>
	<li>Coloque dois O-rings (1,6 mm de largura, 8,1 mm ID, consulte Tabela de Materiais) na ferramenta de expansão de banda de borracha e expanda-os. Inserir o pescoço do balão de látex através dos dois anéis O expandidos (Figura 3G). Puxe cuidadosamente os dois O-rings para longe da ferramenta de expansão da fita de borracha, deixando-os firmemente enrolados ao redor do pescoço do balão, centrados na rolha (Figura 3H).</li>
</ol>4. Fixação da etiqueta do balão às tampas do peixe do sensor
<ol><li>Coloque uma extremidade da linha de pesca através de um dos pequenos orifícios na tampa do Sensor Fish (consulte a Tabela de Materiais) e leve-a através do grande orifício no centro da tampa (Figura 4A).</li>
	<li>Amarre as duas extremidades da linha de pesca, deixando cerca de 13 a 26 mm entre o topo da tampa e a base do balão. Use quatro nós overhand um sobre o outro ao amarrar a linha de pesca.</li>
	<li>Deixe a linha de pesca extra presa, pois cortá-la muito perto de um nó pode potencialmente fazer com que o nó seja desfeito (Figura 4B).</li>
	<li>Teste o nó segurando a linha de pesca de cada lado do nó com os dedos e puxando o mais forte possível. Tenha cuidado para não se aproximar muito do balão, pois ele pode rasgar involuntariamente a linha de pesca através da rolha de borracha.</li>
</ol>

Otimizando o conjunto de etiquetas de balão para recuperar peixes com sensor e peixes vivos

<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>

Os autores não têm conflitos de interesse.

Este estudo concluiu que os balões de três cápsulas injetados com 5 mL de água a 18,3 °C tiveram um tempo de insuflação inicial mais lento e volume consistentemente maior em comparação com os rótulos de balão de duas e quatro cápsulas. Quando os balões foram injetados com água a 12,7 °C, o volume médio foi menor e o tempo de insuflação foi maior. As três cápsulas começam a desinsuflar primeiro, seguidas pelas quatro cápsulas e, por último, as duas cápsulas. Os períodos de inflação e deflação ...

A energia hidrelétrica é um importante recurso de energia renovável em todo o mundo. Nos Estados Unidos, a energia hidrelétrica contribui com cerca de 38% ou 274 TWh de eletricidade gerada a partir de fontes renováveis1 e tem o potencial de adicionar aproximadamente 460 TWh por ano2. No entanto, à medida que o desenvolvimento hidrelétrico aumenta, a preocupação com a injúria e mortalidade de peixes durante a passagem hidráulica tornou-se primordial3. Vários mecanismos contribuem para as lesões dos peixes durante a passagem, incluindo descompressão rápida (barotrauma), tensão de cisalhamento, turbulência, golpes, cavitação e trituração4. Embora esses mecanismos de lesão possam não ter impacto imediato na condição geral dos peixes, eles podem torná-los mais vulneráveis a doenças, infecções fúngicas, parasitas e predação5. Além disso, lesões físicas diretas resultantes de colisões com turbinas ou outras estruturas hidráulicas podem levar a mortalidade significativa, enfatizando a importância de mitigar esses riscos no desenvolvimento hidrelétrico.
Um dos métodos mais comuns para avaliar as condições de passagem dos peixes é a liberação de peixes sensores e peixes vivos através de estruturas hidráulicas 6,7. O Sensor Fish é um dispositivo autônomo projetado para estudar as condições físicas que os peixes experimentam durante a passagem por estruturas hidráulicas, incluindo turbinas, vertedouros e alternativas de desvio de barragem 8,9. Equipado com um acelerômetro 3D, giroscópio 3D, sensor de temperatura e sensor de pressão9, o Sensor Fish fornece dados valiosos sobre as condições de passagem dos peixes.
As etiquetas de balão, que são balões auto-infláveis fixados externamente ao Sensor Fish e aos peixes vivos, auxiliam na sua recuperação após passarem por estruturas hidráulicas. As etiquetas de balão consistem em cápsulas solúveis cheias de produtos químicos geradores de gás (por exemplo, ácido oxálico e bicarbonato de sódio), uma rolha de silicone e uma linha de pesca. Antes da implantação, a água é injetada através da rolha de silicone no balão. A água dissolve as cápsulas de base vegetal, desencadeando uma reação química que produz gás inflando o balão. Nessa reação de neutralização, o bicarbonato de sódio, uma base fraca, e o ácido oxálico, um ácido fraco, reagem formando dióxido de carbono, água e oxalato de sódio10. A reação química é fornecida abaixo:
2NaHCO3+ H 2 C2O 4 → 2CO 2 + 2H2O + Na 2 C2O4
O balão inflado aumenta a flutuabilidade dos peixes sensores e peixes vivos, permitindo que eles flutuem na superfície da água para uma recuperação mais fácil.
O número de etiquetas de balão necessárias para alcançar a flutuação e facilitar a recuperação de uma amostra (por exemplo, peixes sensores ou peixes vivos) pode variar com base nas características de volume e massa da amostra. A duração da insuflação da etiqueta do balão pode ser ajustada injetando água em diferentes temperaturas. A água mais fria aumentará o tempo de insuflação, enquanto a água mais quente diminuirá. As etiquetas de balão foram empregadas com sucesso em vários locais, incluindo a Tela dos Agricultores, uma estrutura única de tela horizontal de placa plana de peixes e detritos em Hood River, Oregon11, e uma turbina Francis na Barragem Nam Ngum na República Democrática Popular do Laos12. Outro exemplo de tag de balão disponível comercialmente é o Hi-Z Turb'N Tag13,14. O Hi-Z Turb'N Tag permite que o tempo de inflação seja ajustado entre 2 min e 60 min, dependendo da temperatura da água injetada13. Essa tecnologia tem sido utilizada em estudos de peixes em muitos locais de campo, incluindo estudos envolvendo salmão Chinook liberado na represa Rocky Reach, no rio Columbia, e juvenis de sável americano na represa Hadley Falls, no rio Connecticut15,16. Ambas as tecnologias utilizam reações químicas ácido-base para inflar as etiquetas do balão para recuperação.
Este método oferece custo-benefício e simplicidade na fabricação, com um custo de material estimado de apenas US $ 0,50 por balão. Como descrito aqui, o processo de fabricação é fácil de seguir, tornando a produção de etiquetas de balão acessível a qualquer pessoa.

<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

Os peixes podem sofrer ferimentos e mortalidade quando passam por transportes hidráulicos em barragens hidrelétricas, mesmo que esses transportes sejam projetados para serem amigáveis aos peixes, como sistemas de desvio a jusante, vertedouros modificados e turbinas. Os principais métodos utilizados para estudar as condições de passagem de peixes em estruturas hidráulicas envolvem testes diretos, in situ , utilizando a tecnologia Sensor Fish e peixes vivos. Os dados do Sensor Fish ajudam a identificar estressores físicos e suas localizações no ambiente de passagem dos peixes, enquanto os peixes vivos são avaliados quanto a lesões e mortalidade. As etiquetas de balão, que são balões auto-infláveis fixados externamente ao Sensor Fish e aos peixes vivos, auxiliam na sua recuperação após passarem por estruturas hidráulicas.
Este artigo se concentra no desenvolvimento de etiquetas de balão com números variados de cápsulas dissolvidas à base de vegetais contendo uma mistura de ácido oxálico, bicarbonato de sódio em pó e água em duas temperaturas diferentes. Nossa pesquisa determinou que os balões com três cápsulas, injetados com 5 mL de água a 18,3 °C, atingiram consistentemente o volume de balão desejado. Esses tags apresentaram volume médio de insuflação de 114 cm 3 com desvio padrão de 1,2 cm3. Entre os balões injetados com água a 18,3 °C, observou-se que os balões de duas cápsulas foram os que levaram mais tempo para atingir a inflação total. Além disso, os tags de balão de quatro cápsulas demonstraram um tempo de início de inflação mais rápido, enquanto os tags de balão de três cápsulas demonstraram um tempo de início de deflação mais rápido. Em geral, essa abordagem se mostra eficaz para validar o desempenho de novas tecnologias, melhorar o projeto da turbina e tomar decisões operacionais para melhorar as condições de passagem dos peixes. Serve como uma ferramenta valiosa para pesquisas e avaliações de campo, auxiliando no refinamento tanto do projeto quanto da operação de estruturas hidráulicas.

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.

Autor em destaque: Desenvolvimento de etiquetas de balão econômicas e personalizáveis para estudos de passagem de peixes 

Técnica de Fabricação de Balão Tag para Recuperação de Peixes Sensores e Peixes Vivos

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.

Um estudo foi realizado para determinar os métodos ótimos para a fabricação de etiquetas de balão, com foco no volume e temperatura da água injetada no balão. O estudo examinou vários parâmetros de entrada, incluindo a hora de início da inflação, a hora de inflação completa, a hora de início da deflação e o volume do balão na inflação cheia. O estudo foi realizado em uma mesa com temperatura ambiente de 21 °C.
Um total de 360 balões foi preparado para o estudo. Os tags fo...

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É apresentado um protocolo para projeto e fabricação de balões para recuperação de Sensores de Peixes e Peixes vivos, permitindo a avaliação de sua condição física e desempenho biológico em estruturas hidráulicas. O método otimiza o desempenho do balão ao considerar fatores como volume do balão, tempos de insuflação/deflação, seleção de componentes e características da água injetada.

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

Esta pesquisa concentra-se no desenvolvimento e avaliação de etiquetas de balão de baixo custo para estudos de passagem de peixes e estruturas hidráulicas. Nosso objetivo é avaliar a eficácia de diferentes configurações de balão tag para a recuperação de peixes sensores e peixes vivos após passarem por essas estruturas hidráulicas. O protocolo de balão que desenvolvemos oferece uma relação custo-benefício, personalização e tempos de inflação ajustáveis.É uma solução de baixo custo para estudos em larga escala com orçamentos limitados. Ele ajuda a entender o impacto das estruturas hidráulicas nos peixes e pode ser adaptado a diferentes espécies e ambientes. Desenvolvemos um processo de fabricação de etiquetas de balão de baixo custo.Isso melhorará nossa compreensão do desempenho das etiquetas de balão sob diferentes condições, permitindo testes personalizados e facilitando avaliações de impacto ambiental para o desenvolvimento e operação de sistemas hidrelétricos amigáveis aos peixes.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Balloon Tag Manufacturing Technique for Sensor Fish and Live Fish Recovery

1.0K visualizações.  Pacific Northwest National Laboratory. Esta pesquisa concentra-se no desenvolvimento e avaliação de etiquetas de balão de baixo custo para estudos de passagem de peixes e estruturas hidráulicas. Nosso objetivo é avaliar a eficácia de diferentes configurações de balão tag para a recuperação de peixes sensores e peixes vivos após passarem por essas estruturas hidráulicas. O protocolo de balão que desenvolvemos oferece uma relação custo-benefício, personalização e tempos de inflação ajustáveis.É uma solu...

Vídeo: Autor em destaque: Desenvolvimento de etiquetas de balão econômicas e personalizáveis para estudos de passagem de peixes 

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.

Engenharia

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.

Encapsulamento ácido/base para montagem de balão tag

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.

Fabricação de Tampa de Silicone para Montagem de Balão Tag

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.