Un resorte de gas , también conocido como puntal de gas o 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 . [1] Se basan en un pistón deslizante para almacenar neumáticamente energía potencial y soportar una fuerza externa aplicada paralela a la dirección del eje del pistón (vagamente análogo a una bomba de bicicleta sin salida de gas).
Los resortes de gas se utilizan en automóviles para sostener escotillas, capós y cubiertas. [2] También se utilizan en muebles y puertas, así como en camas médicas. [2] Se utilizan industrialmente en prensas de máquinas herramienta . [2] Los resortes de gas de acción rápida se utilizan en diseño aeroespacial y aplicaciones de armas, y los resortes de gas grandes y extendidos se utilizan en compensadores de elevación pasivos , que estabilizan las operaciones de perforación contra las olas. [2]
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. [3] El nitrógeno es un gas común en los resortes de gas porque es inerte y no inflamable. [2]
Un resorte de gas consta de un cilindro sellado lleno de una carga de gas a alta presión [4] , un vástago de pistón unido a un pistón con un sello deslizante y un poco de aceite. [1] 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). [1] Esto hace que la presión en ambas cámaras se equilibre sin importar cuánto se empuje el pistón por el tubo. [1]
En el caso ideal de un pistón que se mueve con fricción cero a través de un cilindro completamente sellado, hay dos fenómenos clave que pueden considerarse como actuando simultáneamente dentro del resorte mientras se comprime. [ cita requerida ] En primer lugar, a medida que el resorte se comprime y el vástago del pistón se empuja dentro del cilindro, el volumen efectivo del cilindro disminuye debido al espacio adicional que ahora ocupa el vástago del pistón sólido. [5] Este sería el caso incluso si no hubiera un 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. [ cita requerida ] Nuevamente, este sería el caso incluso si no hubiera un pistón unido. [ cita requerida ] 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 de la varilla no altera las fuerzas netas involucradas, [ cita requerida ] sino que separa parcialmente el cilindro en dos volúmenes con flujo restringido de gas [5] y aceite [ cita requerida ] entre ellos, a través de canales de restricción de flujo en el pistón o en la pared del cilindro. [5]
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. [2]
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. [ cita requerida ] Algunos resortes de gas tienen orificios finos en el émbolo para una amortiguación adicional: [ ¿cómo? ] estos se denominan "resortes de amortiguación lenta" y son comunes en puertas y portones de seguridad. [2] 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 . [ cita requerida ]
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. [ cita requerida ]
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 junta tórica 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 emergencia, el gas puede introducirse a través de una celda generadora de gas , similar a las que se utilizan en los airbags . [ cita requerida ]
A un resorte de gas se le puede dar una fuerza de empuje ajustable a través de una perilla local o de forma remota mediante un cable Bowden . [ cita requerida ]
La carrera extendida generalmente se adquiere a través de 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. [2]
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. [ cita requerida ]
También es posible fabricar resortes de gas decrecientes, donde el resorte se vuelve más, no menos, potente a medida que el cilindro principal se expande. [6]