Resorte de gas

Un resorte de gas, también conocido como amortiguador de gas, es un tipo de resorte que, a diferencia de un resorte mecánico típico que se basa en la deformación elástica, utiliza gas comprimido contenido dentro de un cilindro cerrado. Se basan en un pistón deslizante para almacenar neumáticamente energía potencial y soportar una fuerza externa aplicada en paralelo a la dirección del eje del pistón (similar a una bomba de bicicleta sin salida de gas).

Los resortes de gas se utilizan en automóviles para sostener escotillas, capós y cubiertas. También se utilizan en muebles y puertas, así como en camas médicas. Se utilizan industrialmente en prensas para máquinas herramienta. Los resortes de gas de acción rápida se utilizan en el diseño aeroespacial y en aplicaciones armamentísticas, y los resortes de gas grandes y extendidos se utilizan en compensadores pasivos de elevación, que estabilizan las operaciones de perforación contra las olas.

Los resortes de gas se implementan generalmente de una de dos maneras. Un resorte de gas de suspensión neumática comprime directamente una cámara de aire con el pistón. Un resorte de gas de suspensión hidroneumática, en cambio, comprime una cámara de aceite conectada a un acumulador en el que la presión del aceite comprime el gas. El nitrógeno es un gas común en los resortes de gas porque es inerte y no inflamable.

Un resorte de gas consta de un cilindro sellado lleno de una carga de gas a alta presión, un vástago de pistón unido a un pistón con un sello deslizante y un poco de aceite. El pistón (o la pared del cilindro) contiene una serie de canales que permiten que el gas se transfiera entre la cámara inferior (entre el pistón y el extremo cerrado del cilindro) y la cámara superior (entre el pistón y la tapa de la cabeza). Esto hace que la presión en ambas cámaras se equilibre sin importar cuánto se empuje el pistón hacia abajo en el tubo.

En el caso ideal de un pistón que se mueve sin fricción a través de un cilindro completamente sellado, hay dos fenómenos clave que se pueden considerar como actuando simultáneamente dentro del resorte mientras se comprime. En primer lugar, a medida que el resorte se comprime y el vástago del pistón se empuja hacia el cilindro, el volumen efectivo del cilindro disminuye debido al espacio adicional que ahora ocupa el vástago sólido del pistón. Esto sería así incluso si no hubiera ningún pistón unido al vástago, ya que el único factor cambiante es el volumen cilíndrico del propio vástago. En segundo lugar, la parte inferior del pistón siempre experimenta una mayor fuerza opuesta a la acción de compresión que la parte superior. Aunque el gas comprimido ejerce una cantidad igual de fuerza en todas las superficies internas del cilindro y el vástago del pistón, la contribución de la fuerza en la dirección del desplazamiento es prácticamente cero para los lados del vástago, pero casi total para la parte inferior del vástago. La adición de un pistón al extremo del vástago no altera las fuerzas netas involucradas, sino que separa parcialmente el cilindro en dos volúmenes con flujo restringido de gas y aceite entre ellos, a través de canales de restricción de flujo en el pistón o en la pared del cilindro.

Los resortes de gas cuyos pistones tienen orificios finos para amortiguar se denominan resortes de amortiguación lenta y son comunes en puertas y portones de seguridad.

Según la Ley de Hooke, si el émbolo interno tiene un diafragma que se extiende hasta el costado del tubo de gas, dejará de moverse una vez que la fuerza aplicada se vuelva constante y soportará un peso, como un resorte normal. Algunos resortes de gas tienen orificios finos en el émbolo para una amortiguación adicional: estos se denominan "resortes de amortiguación lenta" y son comunes en puertas y portones de seguridad. Un resorte de gas diseñado para operaciones rápidas se denomina "resorte de gas rápido" y se utiliza en la fabricación de pistolas de aire comprimido y amortiguadores de retroceso.

Es posible reducir el volumen de gas y aumentar su presión interna mediante un tope final móvil o haciendo que un tubo se deslice sobre otro, lo que permite ajustar las características de un resorte de gas durante el funcionamiento. La varilla puede ser hueca mediante el uso de sellos ingeniosos o puede constar de múltiples varillas de diámetro pequeño. Normalmente hay una pequeña cantidad de aceite.

El gas puede introducirse mediante una válvula tipo Schrader, utilizando un sello de labios alrededor del vástago y obligándolo a dejar entrar el gas mediante una sobrepresión externa o un sistema de juntas tóricas de vaivén. Los resortes de gas de gran calibre contienen una gran cantidad de energía y pueden utilizarse como fuente de energía. En caso de uso de emergencia, el gas puede introducirse a través de una celda generadora de gas, similar a las que se utilizan en los airbags.

Se puede ajustar la fuerza de empuje de un resorte de gas mediante una perilla local o de forma remota mediante un cable Bowden.

La carrera prolongada se adquiere generalmente mediante mecanismos telescópicos, compuestos por una varilla y varios cilindros, donde el más pequeño de los dos cilindros actúa en realidad como una segunda varilla que se extiende dentro y fuera del cilindro más grande.

También existen técnicas para fabricar resortes de gas de elevación variable. Estos están pensados para series cortas de producción y prototipos, y en aplicaciones donde la fuerza exacta es importante pero difícil de estimar de antemano, como levantar una tapa lentamente en un tiempo conocido. En este caso, el cilindro se suministra lleno a la presión máxima de diseño pero equipado con un puerto de purga para permitir que se libere el gas una vez instalado. La intención es que el diseño pueda sobreestirarse y luego la presión se reduce en etapas para optimizar el comportamiento. Si se libera demasiado gas, se debe instalar un nuevo resorte.

También es posible fabricar resortes de gas decrecientes, en los que el resorte se vuelve más, y no menos, potente a medida que el cilindro principal se expande.

Los resortes de gas se utilizan a menudo en sillas de oficina, portones traseros de camiones y sillas de ruedas, por nombrar solo algunos. Un problema poco frecuente con los resortes de gas es que si se fabrican de forma barata, utilizando oxígeno como gas interno, el oxígeno se quemará si se le aplica suficiente fuerza. Esto se debe a que el oxígeno es un gas combustible y el nitrógeno no. El oxígeno no es inflamable en sí mismo, sin embargo, oxida las partes internas a altas temperaturas. Las partes internas del resorte de gas, en gran tensión y calor, explotan con el aceite y la grasa dentro del resorte de gas. En un incidente denunciado en 2008, un anciano sufrió lesiones graves debido a una varilla de 150 mm expulsada con fuerza de la explosión.

Existen algunos signos comunes de falla de los resortes de gas. Algunos de ellos son: fuga de gases, falta de capacidad para soportar el peso, ruidos inusuales, rebote excesivo y hundimiento.

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