Al giorno d’oggi, a causa della necessità di energia pulita e di produzione di elettricità sostenibile, l’energia idroelettrica gioca un ruolo centrale nel soddisfare la domanda di energia. In particolare, l’uso di microcentrali idroelettriche a bassa prevalenza si sta diffondendo in tutto il mondo, grazie ai loro bassi periodi di ammortamento e alla buona sostenibilità ambientale. Le ruote idrauliche a gravità sono micro convertitori di energia idroelettrica tipicamente utilizzati in siti con prevalenze inferiori a 6 m e scarichi di pochi metri cubi al secondo. Sebbene le ruote idrauliche siano state studiate scientificamente già nel diciottesimo secolo, sono state largamente ignorate per tutto il ventesimo secolo, e solo negli ultimi due decenni c’è stato un rinnovato interesse per il loro utilizzo da parte della comunità scientifica.
In questo articolo viene presentata una rassegna sulle ruote idrauliche a gravità, distinguendo tra ruote idrauliche sottobattente, a seno e soprabattente. La tecnologia delle ruote ad acqua viene discussa concentrandosi sulla progettazione geometrica e idraulica; vengono anche presentati i dati e le equazioni ingegneristiche trovate nei libri storici del diciannovesimo secolo. Le prestazioni delle ruote ad acqua sono descritte esaminando i risultati sperimentali, e sono presentati i moderni modelli teorici per la stima dell’efficienza. Infine, i risultati ottenuti attraverso esperimenti e simulazioni numeriche sono stati discussi con lo scopo di ottimizzare le prestazioni delle ruote ad acqua a gravità. I risultati hanno mostrato che l’efficienza massima delle ruote ad acqua overshot e undershot era intorno all’85%, mentre quella delle ruote ad acqua breastshot variava dal 75% all’80%, a seconda della configurazione di afflusso. L’efficienza massima delle ruote idrauliche moderne può essere mantenuta a valori così alti su una gamma più ampia di portate e condizioni idrauliche rispetto alle vecchie installazioni. Quindi le ruote ad acqua ben progettate possono essere considerate come convertitori micro-idroelettrici efficienti e convenienti.