Una turbina a reazione è un motore rotante che sfrutta l’energia dei fluidi utilizzando la terza legge del moto di Newton, che afferma che ogni azione ha una reazione uguale e contraria. La turbina di reazione è progettata per consentire ai flussi di fluido in pressione di far girare il rotore. Di solito, gli ugelli del fluido sono fissati al rotore e sono rivolti in senso opposto al senso di rotazione. Quando il fluido lascia l’ugello, la forza di reazione risultante fa girare il rotore. Il sistema sfrutta la variazione della pressione dell’acqua mentre scorre attraverso la turbina.
La maggior parte delle turbine a reazione genera elettricità. Molti addirittura trasmettono quell’elettricità nella rete energetica. Esistono tre tipi principali di turbine a reazione: elica, cinetica e Francis.
Una turbina a reazione ad elica è generalmente costituita da un’elica, da tre a sei pale, situata in un tubo. Il flusso dell’acqua è controllato da saracinesche che si trovano a monte dell’elica. La maggior parte dei modelli di turbine a reazione ad elica è dotata di porte fisse, mentre alcuni modelli, inclusa la turbina a reazione Kaplan, sono dotate di porte regolabili e pale del rotore. La turbina Kaplan viene in genere utilizzata in scenari specializzati che richiedono regolazioni fini delle pale per una produzione efficiente di energia.
Altri tipi di turbine a reazione ad elica includono la turbina a bulbo, che tipicamente consiste in una turbina e un generatore che opera nel flusso d’acqua. La turbina straflo è simile, tranne per il fatto che il generatore è posizionato all’esterno della turbina. Una turbina a tubi dispone di un collegamento diretto al generatore.
La turbina a reazione Francis è stata inventata da James B. Francis nel 1848. Può essere implementata sia orizzontalmente che verticalmente, a seconda dell’applicazione. Tipicamente, ci sono due stadi a contatto con l’acqua nella turbina a reazione Francis. Quando l’acqua entra nella parte superiore della turbina e quando l’acqua si svuota dalla parte inferiore della turbina, l’energia viene trasferita, determinando così il movimento della turbina. Generalmente, una turbina a reazione Francis è costituita da un corridore, diverse palette di guida, un tubo di scorrimento, porte a wicket e tubo di pescaggio.
Le turbine a reazione cinetica utilizzano l’energia cinetica nell’acqua corrente, piuttosto che l’energia potenziale, per generare elettricità. In genere, queste turbine vengono posizionate nei fiumi, nelle acque di marea o nelle correnti oceaniche per sfruttare il flusso naturale dell’acqua. Non richiedono infrastrutture aggiuntive per funzionare, riducendo così il potenziale impatto sull’ambiente. La velocità del flusso d’acqua determina le specifiche della turbina cinetica. I periodi di inondazioni e siccità in genere devono essere considerati prima che una persona implementi un sistema a turbina cinetica.