Una turbina de hélice pertenece a un grupo de máquinas que convierten la energía del flujo de un fluido o gas en un movimiento de rotación. Como indica esta descripción, estas máquinas se dividen en dos categorías básicas: turbinas de hélice de viento o de agua. La fuerza de rotación que producen estas máquinas se usa más comúnmente para generar energía eléctrica y, en menor medida, para realizar trabajo mecánico. Ejemplos comunes de variantes de trabajo mecánico de la turbina de hélice son los molinos de viento y ciertos tipos de molinos accionados por agua. Debido a la naturaleza abundante, renovable y barata de la fuente de energía de la turbina de hélice, es uno de los métodos de producción de energía más rentables y respetuosos con el medio ambiente jamás ideados.
Una turbina de hélice aplica la teoría de la hélice convencional a la inversa para aprovechar la energía cinética latente en los flujos de gas y fluidos. Las hélices consisten en un eje central con un mínimo de dos palas o paletas opuestas en forma de perfil aerodinámico unidas a él. Por lo general, estos son girados por una fuente de energía externa para producir empuje empujando o desplazando aire o líquido sobre las palas. En una turbina de hélice, este principio se invierte; un flujo de aire o líquido desplaza las palas haciendo que giren el eje.
Las turbinas eólicas se utilizan ampliamente en todo el mundo para aprovechar la energía eólica para generar electricidad, hacer funcionar molinos o bombear agua. Las turbinas de hélice impulsadas por viento pueden tener un diseño de eje horizontal o vertical. La variante más reconocida es la turbina de eje horizontal que incluye molinos de viento tradicionales y generadores de viento con hélices de tipo avión. Igualmente eficaz es la nueva generación de diseños de eje vertical que cuentan con paletas planas o curvas que impulsan un eje vertical. Estos incluyen la paleta curva Savonius, la paleta plana Giromill y los distintivos tipos Darrieus «batidores de huevos».
Las turbinas horizontales más antiguas requieren que la cabeza de la turbina se mantenga girada hacia el viento en todo momento. En el caso de ejemplos más pequeños, un simple timón de estilo veleta hace girar la cabeza de la turbina pivotante. Las turbinas más grandes utilizan un sistema de sensores de viento y servomotores para mantener la hélice girada hacia el viento. La mayoría de los diseños de turbinas de hélice impulsadas por viento utilizan una caja de cambios para impulsar el generador o la manivela de la bomba a la velocidad correcta.
Las turbinas de hélice accionadas por agua se asocian comúnmente con grandes plantas de generación hidroeléctrica, aunque existen varias aplicaciones industriales y agrícolas más pequeñas. Estas turbinas funcionan de la misma manera que sus hermanas impulsadas por el viento, aunque su diseño básico difiere sustancialmente. Estas máquinas son generalmente mucho más grandes y cuentan con diseños de palas que suelen ser más cortos que las variantes impulsadas por viento. La más común de estas turbinas accionadas por agua más grandes es la turbina Kaplan. Las turbinas Kaplan son unidades de reacción de alto caudal y baja altura que se utilizan en la mayoría de las grandes instalaciones hidroeléctricas.
La variante Kaplan cuenta con palas ajustables de paso que conducen a niveles de eficiencia que generalmente superan el 90 por ciento en una amplia gama de niveles de agua y condiciones de flujo. Una gran parte de la eficiencia se logra mediante una trayectoria de flujo de agua cuidadosamente diseñada que hace que el fluido de salida se desacelere. Esta desaceleración conduce a una transferencia de la máxima cantidad de energía cinética al mecanismo de la hélice. Las turbinas Kaplan pueden producir potencias de 100 megavatios (100,000,000 vatios) o más.
La turbina de hélice aprovecha las fuentes de energía que son renovables y gratuitas o extremadamente baratas en comparación con las opciones de combustibles fósiles. Los avances en las tecnologías utilizadas en estos dispositivos están ampliando continuamente los límites de su eficiencia y capacidad, y pueden convertirse en un reemplazo viable del combustible convencional en un futuro próximo. La tecnología de turbinas de hélice también se está volviendo cada vez más accesible, lo que mejora aún más su papel en el ámbito de un escenario de suministro de energía más limpio y ecológico.