Las turbinas de agua se utilizan para extraer energía del agua en movimiento, generalmente para la producción de energía hidroeléctrica. Funcionan obligando al agua a pasar por palas inclinadas, que hacen girar las turbinas. Las turbinas de agua se pueden unir mecánicamente a maquinaria o a un generador eléctrico. Las turbinas de vapor utilizan vapor gaseoso, en lugar de agua líquida, para funcionar.
El precursor de las turbinas hidráulicas fue la rueda hidráulica, que se utilizó durante miles de años. Una rueda de agua está orientada verticalmente con solo una pequeña porción sumergida debajo del agua en un momento dado. Este tipo de rueda depende del impulso horizontal del agua en un río para girar. Para que esto funcione, la rueda debe tener crestas o cubos para recoger el agua. El mismo principio se utiliza en la rueda de paletas de un barco de vapor.
Las turbinas de agua, sin embargo, funcionan de forma diferente, con las palas dispuestas de forma análoga a las de un molino de viento. El fluido fluye a través de un molino de viento en lugar de pasarlo. El mismo diseño se utiliza para las turbinas de agua, aunque la forma de las palas está optimizada para agua en lugar de aire.
La turbina de agua comenzó a usarse ampliamente durante el siglo XIX. Antes de que la electricidad estuviera disponible, las fábricas funcionaban mecánicamente. Las turbinas de agua se unieron a la maquinaria de la misma manera que el motor de un automóvil está unido a sus ruedas. Un motor puede continuar girando mientras una transmisión distribuye la potencia a las ruedas haciendo o rompiendo una conexión mecánica. De manera similar, una fábrica se puede alimentar sin involucrar electricidad.
En los últimos tiempos se han utilizado turbinas de agua en centrales hidroeléctricas. Estas plantas generalmente involucran una presa con una diferencia significativa en el nivel del agua entre los lados. La planta extrae la energía potencial gravitacional almacenada en el agua superior obligándola a fluir a través de turbinas de agua; en otras palabras, a medida que el agua cae del nivel alto al nivel bajo, empuja las palas de una turbina de agua y hace girar la turbina. La energía rotacional se convierte en electricidad con un generador eléctrico. En 2008, la energía hidroeléctrica representó la mayor parte de la energía renovable producida en todo el mundo.
Las turbinas de vapor, por otro lado, aprovechan la energía del vapor en lugar del agua líquida. Se utilizan ampliamente en otros tipos de centrales eléctricas. De hecho, la turbina de vapor es el método principal para convertir energía térmica en energía cinética en aplicaciones a gran escala. Ya sea que el calor en una planta de energía provenga de la combustión de carbón o de la fisión nuclear, se usa para hervir agua y producir vapor. Luego, el vapor de alta presión se desvía para que fluya a través de una turbina, lo que hace que gire rápidamente y encienda un generador eléctrico.