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El resorte de gas —también llamado comúnmente tirante de gas o amortiguador de gas— funciona utilizando nitrógeno comprimido como material elástico de almacenamiento de energía dentro de un cilindro de metal sellado. Para que este diseño funcione de manera fluida, el cilindro también contiene una mezcla de aceites hidráulicos especializados (como aceite de transformador o aceite de turbina). Estos aceites cumplen tres funciones clave:

• Cierre hermético del gas en el interior

• Lubricación de las piezas móviles para reducir el desgaste

• Garantía de una transmisión uniforme de la fuerza mecánica.

Cuando empuja la varilla de pistón hacia el interior del cilindro (este es el proceso de compresión), el espacio disponible para el nitrógeno se reduce. Al igual que apretar un globo aumenta la presión interior, este menor volumen hace que la presión del gas en el cilindro aumente —lo que se alinea con la Ley de Boyle.

La fuerza que emite el resorte de gas se intensifica a medida que se empuja la varilla hacia adentro, y es máxima cuando la varilla está completamente introducida en el cilindro. Esta fuerza, más estable y confiable que la de los resortes helicoidales, es la razón por la que los resortes de gas se usan en objetos cotidianos como portones traseros de coches (para mantenerlos abiertos suavemente), máquinas industriales (para controlar el movimiento) y muebles ergonómicos (como sillas de oficina ajustables).

Si observa el diagrama anterior, verá cómo se comporta el resorte de gas a medida que se mueve el pistón.

En los resortes de gas, la fuerza aumenta exponencialmente a medida que se comprimen, por lo que se necesita menos fuerza inicial para comprimirlos. Cuando el resorte de gas se acerca al final de su carrera, la fuerza de compresión necesaria aumenta.

Estado de Pistón Extendido

Cuando el pistón está completamente extendido, el cilindro tiene el mayor espacio disponible para el gas.

Estado de Pistón Comprimido

A medida que el pistón se mueve hasta su estado completamente comprimido, el espacio del gas se reduce —por lo que la presión aumenta (se puede ver en la línea continua del diagrama). La línea discontinua muestra cómo disminuye el volumen del cilindro al mismo tiempo.

La fuerza de extensión se calcula multiplicando la presión de llenado por la área transversal de la varilla de pistón. Tanto el tamaño como la fuerza se pueden adaptar según sus requisitos.

Los resortes de gas estándar DK ofrecen fuerzas de extensión desde 10 N hasta 5000 N, con una tolerancia de ± 5-7%.

La fuerza especificada (F₁) se mide siempre a 20°C ± 2°C, con la varilla de pistón dirigida hacia abajo.

Físicamente, la fuerza real de un resorte de gas depende de la temperatura. Por cada 10°C, la fuerza cambia aproximadamente un 3,3%.

Para definir el rendimiento de un resorte de gas, los ingenieros utilizan un parámetro llamado factor K (o tasa de progresión del resorte de gas). En términos simples, se trata del porcentaje de cambio de fuerza entre dos estados:

Sin carga: Cuando el pistón está en P1 (completamente extendido, la posición inicial del resorte).

Con carga máxima: Cuando el pistón está en P2 (completamente comprimido).

Los resortes de gas de buena calidad tienen un factor K muy bajo —generalmente entre 1,05 y 1,8. A modo de comparación, los resortes de compresión mecánicos (como los resortes helicoidales mencionados anteriormente) tienen factores K mucho más altos. Un factor K bajo significa que la fuerza del resorte se mantiene estable a medida que se comprimen —esto es importante para aplicaciones donde se necesita un levantamiento o amortiguamiento constante (como mantener un portón trasero pesado de coche en cualquier ángulo).

Una nota rápida para los cálculos: Los resortes de gas están precargados a una fuerza específica en P1 (llamamos a esta fuerza F1) —por lo que siempre debe usar F1 como punto de partida al seleccionar el resorte de gas adecuado para una aplicación.