WO2021111017A1 - Instalación para generar electricidad aprovechando la energía gravitacional - Google Patents

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WO2021111017A1
WO2021111017A1 PCT/ES2020/070672 ES2020070672W WO2021111017A1 WO 2021111017 A1 WO2021111017 A1 WO 2021111017A1 ES 2020070672 W ES2020070672 W ES 2020070672W WO 2021111017 A1 WO2021111017 A1 WO 2021111017A1
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cylinder
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liquid
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Aitor Mendibe Albizu
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Aitor Mendibe Albizu
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    • F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05B2260/503—Kinematic linkage, i.e. transmission of position using gears

Definitions

  • the object of the invention relates to an installation for generating electrical energy taking advantage of the operating principle of gravitational potential energy.
  • the object of the invention is an installation for generating electricity that, with respect to the precedent described in document ES2690559, eliminates the need to use large rooms and all the water contained in them.
  • the object of the invention is based on the principle of operation of gravitational potential energy, according to which, given two cylinders arranged one empty in a higher plane and the other full of liquid in a lower plane and interconnected by means of a conduction that forms with They are a closed circuit, the liquid in the lower cylinder under pressure can rise and the upper cylinder that generates a depression can suck this liquid in such a way that the liquid rises between them to the height of the upper cylinder through the pipeline.
  • the installation to generate electricity using gravitational energy is characterized in that, in addition to the electricity generator itself, it consists of, at least:
  • the installation is also characterized in that:
  • the support-structures of the cylinders are suspended from the fixed place using at least one pair of chains that associate their respective ends to the support-structures and engage in at least two pairs of compensating pinions arranged in said fixed place and associated with the electricity generator.
  • Figure 1 represents, in general diagram, an installation for generating electricity, according to the invention in one of its operating phases and for a configuration that includes at least one component of each type.
  • Figure 2 represents general diagrams of four operating phases (a), (b), (c) and (d) of the installation of the previous figure.
  • the object of the invention is based on the principle of operation of gravitational potential energy, according to which -see diagram (c) of figure 2-, given two cylinders (1a), (1b) arranged an empty one in a superior plane and another one filled with liquid in a lower plane and interconnected with each other by means of a conduit (3) that forms a closed circuit with them, the liquid in the lower cylinder (1a) under pressure can rise and the upper cylinder (1b) that generates a depression It can suck in this liquid so that the liquid rises between them to the height of the upper cylinder (1b) through the conduit (3).
  • the installation for generating electricity using gravitational energy according to the invention in addition to the electricity generator itself (G), consists, at least, of the following components and features:
  • the cylinders (1a), (1b) are equal to each other. Each of them defines two closed chambers of variable capacity in one of which air enters / leaves while water enters / leaves the other. These cylinders (1a), (1b) are interconnected with each other by means of a conduit that forms with them a closed circuit provided with enough liquid to completely fill one of said chambers in one of them. Normally, the liquid used is water, although the possibility of using any other fluid is not ruled out.
  • a handle (31) is arranged to allow or occlude the passage of liquid through the conduit (3) in one direction or the other; that is to say, the handle (31) can be opened or closed allowing or occluding the passage of the liquid at any time, regardless of the direction of circulation that the liquid has in the conduction (3) at that moment.
  • each pair of cylinders (1a), (1b) are interconnected with each other by means of a conduit (3) provided with a handle (31) and it is required include a solution, for example a valve, for the synchronism of all of them.
  • the cylinders (1a), (1b) are arranged in respective support structures (5a), (5b) suspended from a fixed place (6) with the possibility of turning between two extreme positions delimited by respective rotation stops (81), ( 82).
  • a chain (4) relates to each other said cylinders (1a), (1b) or their support structures (5a), (5b). Said chain (4) is provided with a load compensator (41).
  • the two chains (7a), (7b) are of different length.
  • the two compensating pinions (2a), (2b) have different diameter and / or different number of teeth.
  • the chains (7a), (7b) associate their respective ends to the support structures (5a), (5b), this joint being articulated.
  • One of the chains (7a) meshes with the two large sprockets (2a) while the other chain (7b) meshes with the two small sprockets (2b) of the aforementioned sets of compensating sprockets (2a), (2b).
  • Each braking lever (9) is activated / deactivated when the corresponding empty cylinder (1a) or (1b) reaches the upper position in its support-structure (5a) or (5b) and deactivates when said cylinder (1a) or ( 1b) has been filled.
  • the cylinders (1a), (1b) and their support structures (5a), (5b) reverse and turn their positions simultaneously: one of the cylinders (1a) passes from be upright, filled with liquid and in a lower plane to be inverted, empty and in a higher plane while the other cylinder (1b) goes from being inverted, empty and in a higher plane to be upright, filled with liquid and in a lower plane.
  • the upper cylinder (1a) is loaded with water, it weighs 460 Kg and the lower cylinder (1b) is empty, it weighs 300 Kg, so it goes down and generates electricity in the generator (G).
  • the cylinder (1a) (460 Kg) weighs more and falls; the cylinder (1b) (300 Kg) rises due to the difference in weight.
  • the generator (G) turns, making the potential energy become electrical energy, in this way the cylinder (1a) goes down and the cylinder (1b) goes up at the same time they rotate, making the cylinder (1b) when reaching the top, activate one of the braking levers (9), being blocked and not allowing it to go up or down until the cylinder (1b) fills with water and loses contact with the braking lever (9), allowing it to go down.
  • the long chain (7b) engages the large sprockets (2a) and releases more length than the short chain (7a) that engages the small sprockets (2b).
  • the chains (7a), (7b) are attached to the support structures (5a), (5b) and, by means of rotation stops (81), (82) placed on them, they make the two cylinders go down and up. (1a), (1b) with the structures (5a), (5b) that support them.
  • the empty cylinder (1b) When the empty cylinder (1b) has reached the top, it activates its corresponding braking lever (9) and with the weight of said cylinder (1b), which is 250 Kg in the example, it begins to carry out the suction depression. At the same time, the other cylinder (1a), which is below and filled with water, with the weight of the cylinder, which is 250 Kg in the example, begins to carry out the rising pressure of the water.

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Abstract

Instalación para generar electricidad aprovechando la energía gravitacional que, además del propio generador de electricidad (G) consta de: dos cilindros (1a), (1b), cada uno con dos cámaras cerradas de capacidad variable; interconectados mediante una conducción (3) que forma con ellos un circuito cerrado con líquido suficiente para llenar una de dichas cámaras en uno de ellos; dispuestos en sendas estructuras-soporte (5a), (5b) portadoras de ellos y suspendidas de un lugar fijo (6) con posibilidad de voltear entre dos posiciones extremas delimitadas por sendos topes de giro (81), (82); al menos una palanca de frenado (9) por cada cilindro (1a), (1b); una cadena (4) unida a dichos cilindros (1a), (1b) y provista de un compensador de carga (41); medios para que dichos cilindros (1a), (1b) partiendo de uno lleno en un plano inferior y el otro vacío en un plano superior pasen a intercambiar sus posiciones.

Description

Instalación para generar electricidad aprovechando la energía gravitacional
DESCRIPCIÓN
Objeto de la invención
El objeto del invento se refiere a una instalación para generar energía eléctrica aprovechando el principio de funcionamiento de la energía potencial gravitacional.
Antecedentes de la invención
En el actual estado de la técnica, las instalaciones para transformar energías renovables en energía eléctrica generan presión en líquidos por medios mecánicos o cinéticos y también aprovechando desniveles o fuerzas de la naturaleza. Problemas no resueltos en las instalaciones conocidas, radican en que dependen de la climatología, y en que no pueden trabajar en todos los lugares y/o a todas horas. Así, las que se basan en energía marina no pueden trabajar donde no hay mar, y trabajan a muy bajo rendimiento cuando no hay olas o mareas vivas; las que se basan en energía eólica no pueden trabajar cuando no hay viento; y las que se basan en energía solar no pueden trabajar, o trabajan a muy bajo rendimiento, cuando no hay sol o es de noche.
Problema técnico a resolver
Tratando de solventar esta problemática, el propio solicitante ha desarrollado, por ejemplo y entre otros, el sistema para generar energía eléctrica descrito en el documento ES2690559 que aprovecha la cualidad de que los objetos flotan o se hunden en un líquido dependiendo de su densidad.
Ventajas de la instalación, de acuerdo con el invento descrito en el documento ES2690559, radican en que es totalmente ecológica, constante, inagotable y controlable en todo momento.
Desventajas que ha podido constatar experimentalmente el propio solicitante radican en que, a costes asequibles para que la instalación sea rentable, no siempre es posible disponer del gran recinto que se necesita, ni del agua suficiente para llenarlo.
Descripción de la invención El objeto del invento es una instalación para generar electricidad que, respecto al precedente descrito en el documento ES2690559, elimina la necesidad de utilizar grandes recintos y toda el agua contenida en ellos.
El objeto del invento está basado en el principio de funcionamiento de la energía potencial gravitacional, según el cual, dados dos cilindros dispuestos uno vacío en un plano superior y otro lleno de liquido en un plano inferior e interconectados entre sí mediante una conducción que forma con ellos un circuito cerrado, el líquido del cilindro inferior sometido a presión puede ascender y el cilindro superior que genera una depresión puede aspirar ese líquido de forma que entre ambos suben el líquido a la altura del cilindro superior a través de la conducción.
La instalación para generar electricidad aprovechando la energía gravitacional, de acuerdo con el invento, se caracteriza porque, además del propio generador de electricidad, consta de, como mínimo:
• dos cilindros, cada uno de ellos con dos cámaras cerradas de capacidad variable; yendo dichos cilindros interconectados entre sí mediante una conducción que forma con ellos un circuito cerrado provisto de líquido suficiente para llenar totalmente una de dichas cámaras en uno de ellos;
• sendas estructuras-soporte portadoras de dichos cilindros y suspendidas de un lugar fijo con posibilidad de voltear entre dos posiciones extremas delimitadas por sendos topes de giro;
• al menos una palanca de frenado que se activa cuando uno de los cilindros, vacío, alcanza en su estructura-soporte la posición superior y se desactiva cuando dicho cilindro se ha llenado;
• una cadena que relaciona entre sí dichos cilindros o sus estructuras-soporte y va provista de un compensador de carga;
• medios para que dichos cilindros lleguen a intercambiar sus posiciones de forma que, partiendo de la posición en la que uno está lleno de líquido en un plano inferior y el otro vacío en un plano superior, pasan a invertir y voltear sus posiciones, activando el generador de electricidad durante esta subida y bajada con volteo. A partir de esta estructuración básica, están incluidas en el objeto del invento cualesquiera realizaciones alternativas que no alteren, cambien o modifiquen la esencialidad propuesta.
En particular, la instalación, de acuerdo con el invento, también se caracteriza porque:
• dispone una maneta en la conducción que forma parte del circuito cerrado, para permitir u ocluir el paso de liquido a través de dicha conducción;
• las estructuras-soporte de los cilindros van suspendidas del lugar fijo empleando, al menos, un par de cadenas que asocian sus respectivos extremos a las estructuras- soporte y engranan en, al menos, dos pares de piñones compensadores dispuestos en dicho lugar fijo y asociados al generador de electricidad.
Es indistinto, y está incluido en el objeto del invento disponer un número cualquiera de parejas de cilindros sincronizando el funcionamiento de todas ellas para una salida común eléctrica o mecánica.
Ventajas de la instalación, de acuerdo con el invento radican en que es totalmente ecológica, renovable, constante, inagotable y controlable en todo momento porque:
• en cualquier momento, y a voluntad del usuario, se puede arrancar o parar simplemente permitiendo o no el paso del líquido de un cilindro a otro a través de la conducción que los relaciona;
• aprovecha la energía gravitacional; siendo ésta constante y continua;
• además, no depende de la climatología, pudiendo trabajar a todas horas.
Otras configuraciones y ventajas de la invención se pueden deducir a partir de la descripción siguiente, y de las reivindicaciones dependientes.
Descripción de los dibujos
Para comprender mejor el objeto de la invención, se representa en las figuras adjuntas una forma preferente de realización, susceptible de cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento. En este caso: La figura 1 representa, en esquema general, una instalación para generar electricidad, de acuerdo con el invento en una de sus fases de funcionamiento y para una configuración que incluye, al menos, un componente de cada tipo.
La figura 2 representa esquemas generales de cuatro fases de funcionamiento (a), (b), (c) y (d) de la instalación de la figura anterior.
Descripción detallada de una realización preferente
Se describe a continuación un ejemplo de realización práctica, no limitativa, del presente invento. No se descartan en absoluto otros modos de realización en los que se introduzcan cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento.
El objeto del invento está basado en el principio de funcionamiento de la energía potencial gravitacional, según el cual -ver esquema (c) de la figura 2-, dados dos cilindros (1a), (1b) dispuestos uno vacío en un plano superior y otro lleno de liquido en un plano inferior e interconectados entre sí mediante una conducción (3) que forma con ellos un circuito cerrado, el líquido del cilindro inferior (1a) sometido a presión puede ascender y el cilindro superior (1b) que genera una depresión puede aspirar ese líquido de forma que entre ambos suben el líquido a la altura del cilindro superior (1b) a través de la conducción (3).
La instalación para generar electricidad aprovechando la energía gravitacional de acuerdo con el invento, además del propio generador de electricidad (G) consta, como mínimo, de los siguientes componentes y particularidades:
• dos cilindros (1a), (1b)
• dos pares de piñones compensadores (2a), (2b)
• una conducción-trasvase (3) provista de una maneta de corte (31)
• dos estructuras-soporte (5a), (5b)
• una cadena (4) provista de un compensador de carga (41)
• dos pares de cadenas (7a), (7b) para suspender las estructuras-soporte (5a), (5b) de un lugar fijo (6); y al menos una palanca de frenado (9) por cada cilindro (1a), (1b).
Los cilindros (1a), (1b) son iguales entre sí. Cada uno de ellos define dos cámaras cerradas y de capacidad variable en una de las cuales entra/sale aire mientras que en la otra entra/sale agua. Estos cilindros (1a), (1b) van interconectados entre sí mediante una conducción que forma con ellos un circuito cerrado provisto de líquido suficiente para llenar totalmente una de dichas cámaras en uno de ellos. Normalmente, el líquido empleado es agua, aunque no se descarta la posibilidad de emplear cualquier otro fluido.
En cada cilindro (1a), (1b), ambas cámaras son de funcionamiento inverso:
• cuando en uno de los cilindros (1a), (1b) una de las cámaras que contiene aire aumenta su capacidad y se llena de aire su correspondiente en el otro cilindro (1a), (1b) se vacía de aire; y simultáneamente
• cuando en uno de los cilindros (1a), (1b) una de las cámaras que contiene agua aumenta su capacidad y se llena de agua su correspondiente en el otro cilindro (1a), (1b) se vacía de agua;
No se describe con mayor detalle la estructuración de dichos cilindros (1a), (1b) de doble cámara puesto que una estructuración muy similar está descrita, por ejemplo, en el documento ES2690559B1 del propio solicitante (que también emplea un cilindro con dos cámaras con la particularidad de que una de ellas es abierta y la otra cerrada).
En la conducción (3) se dispone una maneta (31) para permitir u ocluir el paso de líquido a través de la conducción (3) en uno u otro sentido; es decir la maneta (31) se puede abrir o cerrar permitiendo u ocluyendo el paso del líquido en cualquier momento, independientemente del sentido de circulación que en la conducción (3) tenga el líquido en ese momento.
En el caso de que la instalación disponga varias parejas de cilindros (1a), (1b) cada pareja de cilindros (1a), (1b) van interconectados entre sí mediante una conducción (3) provista de una maneta (31) y se requiere incluir una solución, por ejemplo una válvula, para el sincronismo de todas ellas. Los cilindros (1a), (1b) van dispuestos en sendas estructuras-soporte (5a), (5b) suspendidas de un lugar fijo (6) con posibilidad de voltear entre dos posiciones extremas delimitadas por sendos topes de giro (81), (82).
Una cadena (4) relaciona entre sí dichos cilindros (1a), (1b) o sus estructuras-soporte (5a), (5b). Dicha cadena (4) va provista de un compensador de carga (41).
Para suspender las estructuras-soporte (5a), (5b) se emplea, al menos, un par de cadenas (7a), (7b) y, al menos, dos pares de piñones compensadores (2a), (2b) dispuestos en dicho lugar fijo (6) y asociados al generador de electricidad (G).
En cada par, las dos cadenas (7a), (7b) son de distinta longitud. En cada par, los dos piñones compensadores (2a), (2b) tienen distinto diámetro y/o distinto número de dientes.
Las cadenas (7a), (7b) asocian sus respectivos extremos a las estructuras-soporte (5a), (5b) siendo esta unión articulada.
Una de Las cadenas (7a) engrana en los dos piñones grandes (2a) en tanto que la otra cadena (7b) engrana en los dos piñones pequeños (2b) de los citados juegos de piñones compensadores (2a), (2b).
Se disponen dos palancas de frenado (9) cada una asociada a un cilindro (1a) ó (1b). Cada palanca de frenado (9) se activa/desactiva cuando el correspondiente cilindro (1a) ó (1b) vacío alcanza en su estructura-soporte (5a) ó (5b) la posición superior y se desactiva cuando dicho cilindro (1a) ó (1b) se ha llenado.
Con esta estructura y disposición, en un ciclo completo de funcionamiento, los cilindros (1a), (1b) y sus estructuras-soporte (5a), (5b) invierten y voltean sus posiciones simultáneamente: uno de los cilindros (1a) pasa de estar enhiesto, lleno de líquido y en un plano inferior a estar invertido, vacío y en un plano superior en tanto que el otro cilindro (1b) pasa de estar invertido, vacío y en un plano superior a estar enhiesto, lleno de líquido y en un plano inferior.
Cuatro fases (a), (b), (c), (d) de dicho ciclo de funcionamiento se han representado en la figura 2 para un ejemplo de realización en el que: • se han utilizado cilindros (1a), (1b) de 320 milímetros de diámetro; 2 metros de largo y 250 kilogramos de peso
• se han utilizado estructuras-soporte (5a), (5b) de 50 kilogramos de peso
• se ha utilizado un desnivel de trabajo de 6 metros
• se han utilizado cilindros (1a), (1b) de 160 litros de capacidad
• se han utilizado piñones grandes (2a) de 130 dientes
• se han utilizado piñones pequeños (2b) de 100 dientes
Fase 1:
El cilindro superior (1a) está cargado con agua pesa 460 Kg y el cilindro inferior (1b) está vacío pesa 300 Kg por lo que baja y genera electricidad en el generador (G).
Comenzando por esta fase 1 tal como se ha representado en esquema (a) de la figura 2, el cilindro (1a) (460 Kg) pesa mas y cae; el cilindro (1b) (300 Kg) sube por la diferencia de peso. Al bajar el cilindro (1a) gira el generador (G) haciendo que la energía potencial se convierta en energía eléctrica, de esta forma va bajando el cilindro (1a) y subiendo el cilindro (1b) a la vez que giran, haciendo que el cilindro (1b) al llegar arriba active una de las palancas de frenado (9) quedando bloqueado y no permitiendo que suba o baje hasta que el cilindro (1b) se llene de agua y pierda el contacto con la palanca de frenado (9) permitiéndole bajar.
Fase 2:
Al bajar, la cadena larga (7b) engrana en los piñones grandes (2a) y libera mas longitud que la cadena corta (7a) que engrana en los piñones pequeños (2b). Las cadenas (7a), (7b) van sujetas a las estructuras-soporte (5a), (5b) y, mediante unos topes de giro (81), (82) colocados en ellas, hacen bajar y subir girando a los dos cilindros (1a), (1b) con las estructuras (5a), (5b) que los soportan.
Al bajar, tal como se ha representado en esquema (b) de la figura 2, en un mismo eje horizontal tenemos una cadena (7a) engranada en los piñones compensadores (2b) de 100 dientes que libera menos longitud de cadena (6 metros) y la otra cadena (7b) engranada en los piñones compensadores (2a) de 130 dientes que libera mas longitud de cadena (7,80 metros) y dan el mismo número de vueltas, puesto que los dos piñones compensadores (2a), (2b) están en un mismo eje, sujetos a la estructura que soporta los cilindros. Al subir ocurre lo contrario: uno sube 6 metros y el otro sube 7,80 metros haciendo de esta forma que giren las estructuras-soporte (5a), (5b) con los cilindros (1a), (1b) apoyándose en los topes de giro (81), (82) de la correspondiente estructura-soporte (5a), (5b).
Fase 3:
Cuando el cilindro vacío (1b) ha llegado arriba activa su correspondiente palanca de frenado (9) y con el peso de dicho cilindro (1b), que es de 250 Kg en el ejemplo, comienza a realizar la depresión de aspiración. A su vez, el otro cilindro (1a), que está abajo y lleno de agua, con el peso del cilindro, que es de 250 Kg en el ejemplo, comienza a realizar la presión de subida del agua.
Cuando el cilindro (1a) está abajo, tal como se ha representado en esquema (c) de la figura 2, éste tiene más cadena que el cilindro (1b) que está arriba. Compensamos el peso de la cadena mediante un compensador de carga (41) sujeto al cilindro (1b) y ésto hace mayor depresión en el cilindro superior (1b) y a su vez ayuda en el giro al subir.
La presión del cilindro inferior (1a) (250 Kg) y la depresión ejercida en el cilindro superior (1b) (250 Kg) ayudado también por el compensador de carga (41) de la cadena (4) hace que el agua pueda subir los 6 metros y llegar a la fase 4, representada en esquema (d) de la figura 2.
Fase 4:
Cuando el cilindro (1b) que está arriba se ha llenado se desactiva su correspondiente palanca de frenado (9) permitiendo que baje. La instalación vuelve a la fase 1 pero, con los dos cilindros (1a), (1b) cambiados de posición: El cilindro superior (1b) está cargado con agua pesa 460 Kg y el cilindro inferior (1a) está vacío pesa 300 Kg por lo que baja y genera electricidad en el generador (G).
Podrán ser variables los materiales, dimensiones, proporciones y, en general, aquellos otros detalles accesorios o secundarios que no alteren, cambien o modifiquen la esencialidad propuesta. Los términos en que queda redactada esta memoria son ciertos y fiel reflejo del objeto descrito, debiéndose tomar en su sentido más amplio y nunca en forma limitativa.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Instalación para generar electricidad aprovechando la energía gravitacional, caracterizada porque, además del propio generador de electricidad (G) consta de, como mínimo: a) dos cilindros (1a), (1b), cada uno de ellos con dos cámaras cerradas de capacidad variable; yendo dichos cilindros (1a), (1b) interconectados entre sí mediante una conducción (3) que forma con ellos un circuito cerrado provisto de líquido suficiente para llenar totalmente una de dichas cámaras en uno de ellos; yendo dichos cilindros (1a), (1b) dispuestos en; b) sendas estructuras-soporte (5a), (5b) portadoras de dichos cilindros y suspendidas de un lugar fijo (6) con posibilidad de voltear entre dos posiciones extremas delimitadas por sendos topes de giro (81), (82); c) al menos una palanca de frenado (9) por cada cilindro (1a), (1b) que se activa cuando éste, vacío, alcanza en su estructura-soporte (5a) ó (5b) la posición superior y se desactiva cuando se ha llenado; d) una cadena (4) provista de un compensador de carga (41), que relaciona entre sí dichos cilindros (1a), (1b) o sus estructuras-soporte (5a), (5b); e) medios para que dichos cilindros (1a), (1b) lleguen a intercambiar sus posiciones de forma que, partiendo de la posición en la que uno está lleno de líquido en un plano inferior y el otro vacío en un plano superior pasan a invertir y voltear sus posiciones, activando el generador de electricidad (G) durante esta subida y bajada con volteo.
2.- Instalación, según reivindicación 1, caracterizada porque dispone una maneta (31) para permitir u ocluir el paso de líquido a través de la conducción (3).
3.- Instalación, según reivindicación 1, caracterizada porque las estructuras-soporte (5a), (5b) van suspendidas del lugar fijo (6) empleando, al menos, un par de cadenas (7a), (7b) que asocian sus respectivos extremos a las estructuras-soporte (5a), (5b) y engranan en, al menos, dos pares de piñones compensadores (2a), (2b) dispuestos en dicho lugar fijo (6) y asociados al generador de electricidad (G).
4.- Instalación, según reivindicación 3, caracterizada porque, en cada par, las cadenas (7a), (7b) son de distinta longitud.
5.- Instalación, según reivindicación 3, caracterizada porque, en cada par, los piñones compensadores (2a), (2b) tienen distinto diámetro y/o distinto número de dientes.
6.- Instalación, según reivindicación 5, caracterizada porque la relación entre los piñones compensadores (2a) y (2b) es, aproximadamente, 1,3:1.
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