Análisis del desgaste y ruptura de las púas por mecánica de materiales

Juan Gustavo Diosa Peña (Kthulu)
Estudiante Ingeniería Mecánica,
Universidad de Antioquia, Medellín, Antioquia, Colombia

La vida útil de cada púa por lo general es hasta su pérdida; pero existen casos especiales en los cuales la tenemos por un largo tiempo y debemos desecharla por su mal estado, como resultado de varios fenómenos relacionados con el material, el calibre, su uso, entre otros como fatiga, esfuerzos cortantes y axiales, junto con la fricción con las cuerdas y el fenómeno del creep se deterioran nuestras púas

La púa (pajuela, plectro, uña, pick, pluma, plumilla) se emplea en reemplazo de los dedos para la interpretación de instrumentos de cuerda, y en su mayor parte para la guitarra. Se elaborada en diferentes formas y tamaños, por lo general es triangular, con sus vértices biselados y puede emplearse celuloide, Nylon, tortex, Delrin y lexan para su fabricación.

Los calibres son variados desde .38 mm hasta 3 mm tengo conocimiento y he llegado a usar (para el caso de guitarra, en bajo es otra historia).
Las marcas que se especializan en este accesorio y que tienen mayor número de ventas son la jim dunlop, planet waves y fender; aunque existen cantidades alarmantes de empresas que se dedican a esto.

Para comenzar, es necesario tener en cuenta el significado de algunos términos relacionados con el tema y que se requieren para un mejor entendimiento del texto.

Esfuerzo normal: es la intensidad de una fuerza aplicada en un área determinada, al halar una cuerda por ambos extremos se realiza tensión y se presenta este esfuerzo, las columnas de una casa o edificio están a compresión y se presenta ese esfuerzo, en las pajuelas nosotros las flexionamos y se produce el mismo efecto.

Fricción: es una fuerza que se opone al movimiento de un cuerpo y su magnitud depende de las superficies y de qué manera estén estas en contacto.

Diagrama esfuerzo deformación: es un diagrama donde se muestra la fuerza límite que puede aplicarse a un material y que éste retorne a su estado original.

Fatiga: es una falla que se presenta cuando un esfuerzo se aplica un gran número de veces, por ejemplo cuando se dobla un alambre varias veces hacia arriba y hacia abajo y posteriormente se fractura.

Polímero: unión de unidades moleculares pequeñas que se repiten.

Macro molécula: es la unión de moléculas, que se repiten n veces para crear el polímero.

Acero: es una aleación de hierro y carbono; el contenido de carbono no puede superar el 2.1%, porque ya no se consideraría acero si no fundición; es uno de los materiales más usados en el mundo para diferentes aplicaciones.

En la figura podemos ver el diagrama esfuerzo deformación para un acero

Si se supera el esfuerzo y (punto b); la pieza no retornara a su estado inicial.

Celuloide: o nitrato de celulosa, es un material flexible, transparente y resistente a la humedad, es extremadamente inflamable, lo cual limita su uso. Anteriormente era muy utilizado en la industria del cine y en la actualidad se usa por lo general en juguetes.

Nylon: es un polímero de la familia de las poliamidas, transparente y resistente a la abrasión y muy tenas, es muy usado en la industria textilera y en aplicaciones militares.

Tortex: o delrex es un polímero creado para reemplazar el material del caparazón de tortuga, después que se prohibiera su uso a finales de los 70, tiene muy buen agarre y es usado por la empresa Jim dunlop.

Delrin: nombre común del poli acetal, es muy costoso, muy resistente y se utiliza en la construcción de aplicaciones que requieren precisión como los piñones, las ruedas de patines (otra de mis pasiones) y de patinetas.

Lexan: resina de policarbonato, tiene excelentes características, entre las cuales se destacan sus excepcionales propiedades térmicas, eléctricas, ópticas y mecánicas. Hoy en día mucha gente en el mundo lo carga en sus bolsillos puesto que con este material hacen partes del Ipod.

A diferencia de los metales y otros materiales, los polímeros pierden sus propiedades al pasar el tiempo, la frecuencia y condiciones de su uso.

La resistencia de los polímeros depende de la dirección de aplicación de la fuerza, es decir, si las fibras del polímero están dirigidas en dirección vertical y el polímero se estira horizontalmente, no se comportará igual que que si aplicamos la carga verticalmente donde nos daria su mejor rendimiento.

La mayoría de los polímeros varían sustancialmente con la temperatura, puesto que las macromoléculas se relajan con el calor y pierden su ubicación habitual. Las macromoléculas intentan regresar a su estado natural y en este proceso pierden su propiedades mecanicas. Por ejemplo, el sol es el enemigo número uno de los polímeros, pues produce cambios de color y forma con el paso del tiempo.

Creep: cuando el esfuezo es constante el módulo de elasticidad aumenta con el tiempo, es decir, el material va sediendo bajo la misma carga, por ejemplo, las cuerdas para colgar ropa en las casas, al principio están muy tensas y aunque sólo se cuelgue una camisa, la cuerda se relaja con el tiempo.

Recuperación: cuando se retira la carga el material recupera una parte de lo que se deformó .

Relajación de esfuerzos: la capacidad de recistir un esfuerzo disminuye con el tiempo pero su módulo de elasticidad permance constante, un ejemplo son las cajas plásticas, que después de un tiempo no tapan bien o las amarras y se sueltan.

Por eso los diagramas esfuerzo deformacion de los polímeros se realizan para un tiempo determinado y se analisan según el tiempo que el diseñador quiera que funcionen las cosas.

95% de nuestras pajuelas están elaboradas de polímeros, por lo tanto con el tiempo van perdiendo su consistencia, rigidez y forma, debido a la relajación de esfuerzos y por eso sentimos que aunque sigue siendo la misma pajuela ya no tocamos con ella como antes.Las pajuelas sufren esfuerzos cíclicos (fatiga ) y dependiendo del material, pueden presentar fracturas o creep.

Las pajuelas sufren esfuerzos ciclicos (fatiga ) dependiendo del material pueden presentar fracturas o creep debido a la presencia de esfuerzos en su estructura
La fricción es la menos influyente en la fractura de nuestras púa, puesto que sin ella no harían que nuestras cuerdas vibren y no obtendríamos sonido alguno, pero esta ayuda a la pérdida de material con el tiempo, que de una u otra forma debilitan nuestra pajuela.

Mecánica de materiales Beer and Johnston edición 4, editorial Mc Graw Hill, 2007 México
ISBN 970-10-6101-2.
Diseño en ingeniería mecánica de Shigley edición 8, editorial Mc Graw Hill, 2008 México
ISBN 970-10-6404-7.

Revisión principal: Natalia Guevara
Revisiones: Sarita Cardona, Natalia Zapata, Alejandra Serna.