La turbina Kaplan è una turbina ad acqua che utilizza un’elica con pale e porte a regolazione automatica. Le turbine Kaplan sono ideali per bassa prevalenza, o situazioni di bassa pressione dinamica dell’acqua, e sono spesso situate in luoghi in cui tale turbina è necessaria date le condizioni di flusso del fiume. Le turbine Kaplan consentono una maggiore produzione di energia idroelettrica rispetto a quanto fosse possibile con i progetti precedenti limitati dalle dimensioni dell’elica e dal flusso d’acqua.
Una turbina idraulica è una sorta di motore rotativo che produce energia raccolta dalle correnti d’acqua, tipicamente fiumi. Le turbine Kaplan, così come altri tipi di turbine, hanno visto lo sviluppo durante la Rivoluzione industriale ai fini della generazione di energia localizzata nella produzione. Victor Kaplan, un professore di ingegneria austriaco, concepì la turbina Kaplan nel 1913 ma, a causa di problemi iniziali di progettazione, non realizzò alcuna produzione diffusa fino a anni dopo.
La turbina Kaplan ha migliorato un tipo di turbina precedentemente popolare utilizzando un’elica autoregolabile differenziale. Presenta inoltre l’utilizzo di saracinesche regolabili per dirigere e controllare la pressione dell’acqua, con una camera contenente l’elica stessa. Questo tipo di turbina è uno dei tipi di turbina ad elica più utilizzati nei casi di corrente d’acqua ad alto flusso e produzione di energia a bassa prevalenza.
Il design della turbina Kaplan utilizza un tubo che scorre verso l’interno che funge da camera di compressione con una serie di porte regolabili. Quando l’acqua viene introdotta attraverso un cancello in ingresso, il fluido diventa sempre più pressurizzato mentre si muove attraverso la turbina e cede la sua energia. L’acqua in ingresso è orientata ad angolo all’interno del tubo che circonda l’elica e il suo albero, provocando la rotazione dell’elica.
Per recuperare la potenziale perdita di energia, la turbina Kaplan è dotata di un cancello di uscita che rallenta il flusso dell’acqua mentre lascia la camera. Le lame e le saracinesche regolabili consentono alla turbina di funzionare continuamente attraverso diverse condizioni di flusso d’acqua. Queste caratteristiche aiutano a evitare perdite di pressione della camera che potrebbero causare cavitazioni o onde d’urto che si verificano nelle eliche chiuse in condizioni di fluido a bassa pressione.
Le turbine Kaplan sono costose da produrre. Ciò è in genere dovuto ai materiali coinvolti e alle grandi dimensioni delle unità stesse. Nonostante ciò, l’efficienza della turbina, la potenza erogata e la capacità di funzionare ininterrottamente per diversi decenni ne fanno un design popolare nelle applicazioni idroelettriche.
Il suo utilizzo della corrente d’acqua naturale e il suo metodo efficiente di produzione di energia fanno sì che le turbine Kaplan forniscano una fonte di energia pulita e rinnovabile. Nonostante la loro produzione di energia pulita, gli alberi delle turbine Kaplan funzionano utilizzando fluidi lubrificanti come l’olio idraulico. Un’attenzione particolare al mantenimento delle guarnizioni e alla prevenzione della perdita del fluido assicura che l’olio non contamini il corso d’acqua di una determinata località.