Le turbine idrauliche sono utilizzate per estrarre energia dall’acqua in movimento, tipicamente per la produzione di energia idroelettrica. Funzionano forzando l’acqua oltre le pale inclinate, che fanno girare le turbine. Le turbine idrauliche possono essere fissate meccanicamente a macchinari oa un generatore elettrico. Le turbine a vapore utilizzano vapore gassoso, anziché acqua liquida, per funzionare.
Il precursore delle turbine idrauliche è stata la ruota idraulica, utilizzata per migliaia di anni. Una ruota idraulica è orientata verticalmente con solo una piccola porzione sommersa dall’acqua in un dato momento. Questo tipo di ruota si basa sulla quantità di moto orizzontale dell’acqua in un fiume per girare. Perché questo funzioni, la ruota deve avere creste o secchi per raccogliere l’acqua. Lo stesso principio è utilizzato nella ruota a pale di un battello a vapore.
Le turbine idrauliche, invece, funzionano in modo diverso, con le pale disposte in modo analogo a quelle di un mulino a vento. Il fluido scorre attraverso un mulino a vento piuttosto che oltre. Lo stesso design viene utilizzato per le turbine idrauliche, sebbene la forma delle pale sia ottimizzata per l’acqua anziché per l’aria.
La turbina idraulica iniziò ad essere ampiamente utilizzata nel corso del XIX secolo. Prima che l’elettricità fosse disponibile, le fabbriche erano alimentate meccanicamente. Le turbine ad acqua erano attaccate ai macchinari più o meno allo stesso modo in cui il motore di un’auto è attaccato alle sue ruote. Un motore può continuare a girare mentre una trasmissione distribuisce potenza alle ruote creando o interrompendo una connessione meccanica. In modo simile, una fabbrica può essere alimentata senza coinvolgere l’elettricità.
Negli ultimi tempi, le turbine idrauliche sono state utilizzate nelle centrali idroelettriche. Queste piante in genere coinvolgono una diga con una differenza significativa nel livello dell’acqua tra i lati. L’impianto estrae l’energia potenziale gravitazionale immagazzinata nell’acqua superiore costringendola a fluire attraverso turbine ad acqua; in altre parole, mentre l’acqua scende dal livello alto al livello basso, spinge sulle pale di una turbina idraulica e fa girare la turbina. L’energia rotazionale viene convertita in elettricità con un generatore elettrico. Nel 2008, l’energia idroelettrica ha rappresentato la maggior parte dell’energia rinnovabile prodotta in tutto il mondo.
Le turbine a vapore, d’altra parte, sfruttano l’energia dal vapore invece che dall’acqua liquida. Sono ampiamente utilizzati in altri tipi di centrali elettriche. In effetti, la turbina a vapore è il metodo principale per convertire l’energia termica in energia cinetica nelle applicazioni su larga scala. Sia che il calore di una centrale elettrica provenga dalla combustione del carbone o dalla fissione nucleare, viene utilizzato per far bollire l’acqua e produrre vapore. Il vapore ad alta pressione viene quindi deviato per fluire attraverso una turbina, facendolo ruotare rapidamente e facendo girare un generatore elettrico.