As turbinas de água são usadas para extrair energia da água em movimento, normalmente para a produção de hidroeletricidade. Eles operam forçando a água a passar pelas lâminas inclinadas, que giram as turbinas. As turbinas de água podem ser mecanicamente conectadas a máquinas ou a um gerador elétrico. As turbinas a vapor usam vapor gasoso, em vez de água líquida, para operar.
O precursor das turbinas hidráulicas foi a roda d’água, que foi usada por milhares de anos. Uma roda d’água é orientada verticalmente com apenas uma pequena parte submersa na água a qualquer momento. Este tipo de roda depende do momento horizontal da água em um rio para girar. Para que isso funcione, a roda deve ter cristas ou baldes para pegar a água. O mesmo princípio é usado na roda de pás de um barco a vapor.
As turbinas de água, no entanto, funcionam de maneira diferente, com as pás dispostas de forma análoga às de um moinho de vento. O fluido flui através de um moinho de vento em vez de passar por ele. O mesmo projeto é usado para turbinas de água, embora o formato das pás seja otimizado para água em vez de ar.
A turbina hídrica começou a ser usada extensivamente durante o século XIX. Antes que a eletricidade estivesse disponível, as fábricas eram alimentadas mecanicamente. As turbinas hidráulicas eram fixadas às máquinas da mesma forma que o motor de um carro é acoplado às rodas. Um motor pode continuar girando enquanto uma transmissão distribui potência para as rodas fazendo ou quebrando uma conexão mecânica. De forma semelhante, uma fábrica pode ser alimentada sem envolver eletricidade.
Nos últimos tempos, turbinas de água têm sido usadas em usinas hidrelétricas. Essas plantas normalmente envolvem uma barragem com uma diferença significativa no nível de água entre os lados. A planta extrai a energia potencial gravitacional armazenada na água superior, forçando-a a fluir através das turbinas de água; em outras palavras, conforme a água cai do nível alto para o nível baixo, ela empurra as lâminas de uma turbina hidráulica e gira a turbina. A energia rotacional é convertida em eletricidade com um gerador elétrico. Em 2008, a hidroeletricidade respondeu pela maior parte da energia renovável produzida em todo o mundo.
As turbinas a vapor, por outro lado, aproveitam a energia do vapor em vez da água líquida. Eles são usados extensivamente em outros tipos de usinas de energia. Na verdade, a turbina a vapor é o principal método de conversão de energia térmica em energia cinética em aplicações de grande escala. Quer o calor em uma usina de energia venha da combustão do carvão ou da fissão nuclear, ele é usado para ferver água e produzir vapor. O vapor de alta pressão é então desviado para fluir através de uma turbina, fazendo com que ela gire rapidamente e gire um gerador elétrico.