La turbina idroelettrica è un dispositivo in grado di trasformare l'energia cinetica e potenziale dell’acqua in energia meccanica. È un elemento imprescindibile delle centrali idroelettriche, dal rendimento molto elevato: si stima che le turbine siano in grado di convertire in energia meccanica oltre il 90% dell’energia cinetica dell’acqua che intercettano.

Una turbina idroelettrica è costituita da una parte fissa, detta distributore o statore, e dalla ruota o girante. Il primo serve a indirizzare e regola il flusso d'acqua, la seconda trasferisce l’energia cinetica sottratta all’acqua all’albero su cui è montata.

Tipologie di turbina idroelettrica: Francis, Pelton e Kaplan

I tre tipi principali di turbina, a seconda della portata dell’acqua o del dislivello, sono tre: turbina Francis, turbina Pelton e turbina Kaplan.

La turbina Francis è stata sviluppata nel 1848 dall’ingegnere francese James B. Francis e rappresenta il tipo di turbina idraulica più utilizzata. È una turbina a flusso centripeto: l'acqua raggiunge la girante tramite un condotto a chiocciola, poi delle palette regolabili sulla parte fissa indirizzano il flusso per investire le pale della girante. Viene utilizzata per dislivelli medi (da 10 fino a 300/400 metri) e portate di acqua da 2 a 100 metri cubi al secondo. 

La turbina Pelton è stata introdotta nel 1879 dal carpentiere e inventore americano Lester Allan Pelton. Il suo principio di funzionamento rispecchia quello della classica ruota a pale dei vecchi mulini, rielaborato per aumentarne l’efficienza: l’acqua viene convogliata nella condotta forzata, la quale ha alla fine un ugello, una strozzatura che fa aumentare la velocità dell’acqua indirizzandola. Il getto d’acqua che esce dall’ugello va a colpire le pale della girante, che hanno forma di cucchiai sagomati. La turbina Pelton è utilizzata per grandi dislivelli (tra i 300 e i 1400 metri) e portate inferiori ai 50 metri cubi al secondo, in modo tale da ottenere velocità più elevate.

La turbina Kaplan, che ha visto la luce nel 1913 grazie al professore austriaco Viktor Kaplan, segue invece il principio di funzionamento dell’elica di una nave. La turbina Kaplan è una turbina di tipo assiale: il flusso d’acqua che fa girare le pale dell’elica entra ed esce in direzione assiale rispetto all’asse di rotazione della girante. Grazie alla possibilità di regolare l’angolo di incidenza delle pale, ha il pregio di fornire un rendimento ottimo in presenza di piccoli dislivelli, ma anche con grosse variazioni della portata (dai 200 metri cubi al secondo a salire).