Caracterización del desempeño de una bomba Tesla

Abstract

En el presente estudio se realiza la caracterización experimental y el análisis del desempeño de un mecanismo de propulsión tipo Tesla aplicado al bombeo de agua, mediante su comparación directa con una bomba centrífuga convencional bajo condiciones operativas equivalentes. La motivación del estudio surge de la falta de evaluaciones comparativas que permitan establecer, de manera objetiva, la eficiencia relativa de ambos mecanismos de transferencia de energía al fluido.

La metodología se fundamenta en el uso de una bomba centrífuga comercial como sistema de referencia, la cual fue modificada para incorporar un impulsor tipo Tesla compuesto por discos paralelos. Se diseñó un banco de pruebas experimental que permitió evaluar el desempeño de ambos sistemas bajo dos condiciones de carga hidráulica (0.65 m y 2.9 m), manteniendo constante el volumen de control. Se analizaron variables como caudal volumétrico, consumo eléctrico, velocidad de rotación y eficiencia, empleando como criterio principal la transferencia de momentum, complementada con el análisis de la energía mecánica transferida al fluido.

Los resultados muestran que la bomba centrífuga presenta una mayor eficiencia en términos absolutos, alcanzando valores máximos de 33.25% a nivel de suelo, mientras que el impulsor Tesla logra una eficiencia máxima de 23.67% en su mejor configuración (9 discos). No obstante, se observa que el desempeño del impulsor Tesla mejora conforme aumenta el número de discos, debido al incremento en la superficie de interacción fluido--sólido. Asimismo, la energía mecánica transferida al fluido por el impulsor Tesla alcanza valores competitivos, aunque inferiores a los del sistema centrífugo.

El análisis físico de los resultados indica que las diferencias de desempeño se deben principalmente al mecanismo de transferencia de energía: mientras la bomba centrífuga opera mediante intercambio directo de cantidad de movimiento a través de álabes, el impulsor Tesla depende del arrastre viscoso, lo que introduce mayores pérdidas por deslizamiento y fricción.

Se concluye que, aunque la bomba Tesla presenta una menor eficiencia en las condiciones evaluadas, constituye una alternativa viable en aplicaciones específicas donde sus características, como simplicidad mecánica, menor mantenimiento y capacidad de manejo de fluidos complejos, resulten ventajosas. Además, se identifica un potencial significativo de mejora mediante optimización geométrica y el uso de técnicas de manufactura de mayor precisión. In the present study, an experimental characterization and performance analysis of a Tesla-type propulsion mechanism applied to water pumping is carried out through its direct comparison with a conventional centrifugal pump under identical operating conditions. The motivation for this study arises from the lack of comparative evaluations that objectively establish the relative efficiency of both energy transfer mechanisms to the fluid.

The methodology is based on the use of a commercial centrifugal pump as a reference system, which was modified to incorporate a Tesla-type impeller composed of parallel disks. An experimental test bench was designed to evaluate the performance of both systems under two hydraulic load conditions (0.65 m and 2.9 m), maintaining a constant control volume. Variables such as volumetric flow rate, electrical consumption, rotational speed, and efficiency were analyzed, using momentum transfer as the main criterion, complemented by the analysis of mechanical energy transferred to the fluid.

The results show that the centrifugal pump exhibits higher efficiency in absolute terms, reaching maximum values of 33.25% at ground level, while the Tesla impeller achieves a maximum efficiency of 23.67% in its best configuration (9 disks). However, it is observed that the performance of the Tesla impeller improves as the number of disks increases, due to the enhanced fluid–solid interaction surface. Likewise, the mechanical energy transferred to the fluid by the Tesla impeller reaches competitive values, although still lower than those of the centrifugal system.

The physical analysis of the results indicates that performance differences are mainly due to the energy transfer mechanism: while the centrifugal pump operates through direct momentum exchange via blades, the Tesla impeller relies on viscous drag, which introduces greater losses due to slip and friction.

It is concluded that, although the Tesla pump presents lower efficiency under the evaluated conditions, it constitutes a viable alternative in specific applications where its characteristics such as mechanical simplicity, lower maintenance, and the ability to handle complex fluids are advantageous. Furthermore, significant potential for improvement is identified through geometric optimization and the use of higher-precision manufacturing techniques.