La elección del dispositivo captador depende de muchos factores, algunos de los más importantes son:
Por otra parte, las máquinas captadores de la energía del agua se pueden clasificar en dos grandes grupos, según su principio de funcionamiento: ruedas hidráulica y turbinas.
Las ruedas hidráulicas son dispositivos particularmente útiles para generar energía mecánica, que se extrae del eje de la rueda y se conecta mediante multiplicadores a la maquinaria que se quiera impulsar. Aunque se pueden usar para generar energía eléctrica, sus bajas velocidades de rotación hacen la transformación difícil y costosa. Sus principales ventajas son su resistencia, limpieza y posibilidad de operar con grandes fluctuaciones de la corriente de agua.
El diseño básico de una rueda hidráulica corresponde a la rueda de empuje inferior (Figura 6.4), que funciona por acción directa del agua contra las paletas. El rendimiento de esta máquina (alrededor del 10%) puede aumentarse hasta el 75%, curvando las palas y transformándola en una rueda Poncelet (Figura 6.5), muy apta para saltos de hasta 3 m y caudales de hasta 3 m3/s.
Las ruedas hidráulicas de empuje superior (Figura 6.6) son accionadas por el peso del agua que cae dentro de unos cajones que recogen sucesivamente el agua de un canal superior. Este dispositivo, bastante eficaz (alrededor del 75%) es más adecuado para saltos mayores (hasta 10 m), pero puede operar con caudales de hasta 50 l/s.
La llamada turbina Pelton (Figura 6.7) es una rueda hidráulica que puede desarrollar velocidades de giro suficientemente altas (alrededor de 1.000 rpm) como para poder ser utilizada en la generación de energía eléctrica, con eficacias superiores al 90%. Aunque puede operar a caudales desde los 30 l/s. necesita una altura mínima de 25 m.
La llamada turbina Michell (Figura 6.8) también es una rueda hidráulica de gran velocidad. Su diseño es muy parecido al de la turbina Pelton, aunque su rendimiento es inferior (80%), pero también es más barata. Generalmente no se utiliza para generar energía eléctrica, operando a alturas inferiores a los 30 m.
Cabe mencionar que tanto la turbina Pelton como la Michell se citan normalmente como "turbinas de impulsión", debido a que desarrollan altas velocidades. Aquí se han considerado como "ruedas hidráulicas", dejando la denominación turbinas para los dispositivos basados en el principio físico de la reacción (y totalmente sumergidas en el agua), es decir, las llamadas "turbinas de reacción".
Las turbinas son máquinas en las que se aprovecha directamente la fuerza del agua, mediante la reacción que ésta produce en un dispositivo de paletas en forma de hélice. El principio de la reacción se comprende perfectamente con el "molinete hidráulico" (Figura 6.9), que gira tanto más rápidamente, cuanto más alto sea el nivel del agua en el recipiente (tranformación de la energía potencial en energía cinética sin necesidad de órganos intermedios).
Las turbinas tienen eficacias muy elevadas (hasta el 95%) y giran a muy altas velocidades (superiores a 1.000 rpm), lo que las hace ideales para generar energía eléctrica. Una turbina consta de tres elementos:
Una de las turbinas más utilizadas es la turbina Francis (Figura 6.10), que se emplea en caídas medias con rendimientos de cerca del 90%. La turbina Kaplan (Figura 6.11) es una modificación de la anterior y puede utilizarse incluso para pequeñas caídas de agua (hasta 20 m) con rendimientos de hasta el 95%.