En el interior de una conducción, cuando una masa líquida comienza a moverse, la velocidad de régimen no se adquiere de manera inmediata, sino que ha de transcurrir un determinado tiempo hasta que este hecho se produce. Ahora bien, cuando esta masa líquida en movimiento se detiene por alguna causa, o simplemente varía su velocidad de desplazamiento, ninguno de estos fenómenos tiene lugar de manera brusca, y de igual manera que en el inicio del movimiento, deberá transcurrir un determinado tiempo hasta que la variación tenga carácter permanente. Un ejemplo de las causas que puede obligar a detenerse o variar la velocidad de la masa de agua puede ser la maniobra de cierre de una válvula.

Durante los periodos de transición mencionados, el movimiento de la masa líquida, deja de ser uniforme y permanente. Es evidente que las primeras partículas en llegar al punto de obturación serán comprimidas por las siguientes, que siguen en movimiento por la propia inercia del mismo, y esas serán a su vez comprimidas por la siguientes, y así sucesivamente, creando una serie de presiones que, en determinadas circunstancias, pueden dar lugar a roturas y/o deformaciones en la conducción.

Todas estas presiones suponen la producción de una sobrepresión en el punto de obturación (en nuestro ejemplo, la válvula cerrada), que actuará sobre el mismo hasta que se produzca un movimiento de reacción en sentido contrario, lo que crea una depresión en dicho punto. Esta sucesión de hechos se repite periódicamente hasta que el rozamiento del agua en el conducto hace que se amortigüe, hasta desaparecer. La propagación de estas depresiones y sobrepresiones da lugar al golpe de ariete.

La velocidad de propagación de la onda sobrepresión-depresión, depende del espesor del material que forma la conducción, de la velocidad de desplazamiento del agua y de su compresibilidad.

Dicha velocidad de propagación recibe el nombre de celeridad, y su expresión ara el agua, es de la siguiente forma:

c = 1 / ((1 / ) + D / (M · e))^1/2

Donde:

    c = Celeridad.

    = Coeficiente de elasticidad a la compresión del agua.

    M = Módulo de elasticidad de la conducción.

    e = Espesor de la misma.

Esta celeridad puede valorarse en unos 300 m/s. La celeridad es un término necesario para obtener el valor de la sobrepresión creada por el golpe de ariete, que se puede expresar como:

^P = (c · v) / g

Siendo:

    ^P = Valor de la sobrepresión, en m.C.A.

    v = Velocidad media en la conducción, en m/s.

    c= Celeridad, en m/s.

    g = Aceleración debida a la gravedad, en m/s².

Según se ha visto con anterioridad, la sobrepresión se va transmitiendo poco a poco aguas arriba del punto de obturación, hasta un punto de la conducción en el que exista otra obturación o una presión mayor. Si denominamos L a la longitud de conducto entre los puntos anteriormente mencionados, el tiempo que tarda en desplazarse la sobrepresión entre ambos puntos será:

t₁ = L / c

    Donde t₁ estará expresado en segundos y L en metros.

Ahora bien, el movimiento continuará de nuevo hacia el punto de partida, en sentido contrario, transformándose la sobrepresión en energía cinética, yd ejando el punto de obturación (originalmente sobrepresionado), en depresión, con lo que el tiempo completo de un recorrido de la onda será de:

T = (L / c) + (L / c) = 2 · L / c

Tiempo que recibe el nombre de período de oscilación. Pues bien, cone ste período de oscilación se puede determinar si una maniobra es lenta o rápida, de manera que, denominando Tm al tiempo de maniobra, tenemos:

    T > Tm, para maniobras rápidas, y

    T < Tm, para maniobras lentas

Veamos a continuación un ejemplo de cada caso:

a) Maniobra rápida.

    Datos:

        - Tiempo de maniobra = 1s.

        - Celeridad = 300 m/s.

        - Longitud de tubería = 200 m.

        - Velocidad media = 0'9 m/s.

Primeramente, determinamos el tipo de maniobra ante la que nos hallamos, para lo cual calculamos el tiemop de recorrido de la onda, aplicando la ecuación:

T = 2 · L / c = 2 · 200 / 300 = 1'33 s.

Nos hallamos, pues, ante una maniobra rápida, ya que el tiempo de recorrido de onda es mayor que el tiempo de maniobra, es decir:

T > Tm

Efectivamente,

1'33 > 1s.

Por todo lo anterior, el cálculo del golpe de ariete se realiza de la siguiente forma:

^P = c · v / g = 300 · 0'9 / 9'8 = 27'55 m.C.A.

Para averiguar la presión total a que se va a ver sometida la conducción en una maniobra de este tipo, habrá que sumar de la presión estática y la del golpe de ariete.

b) Maniobra lenta.

    Datos:

        - Tiempo de maniobra = 2s.

        - Celeridad = 300 m/s.

        - Longitud de tubería = 50 m.

        - Velocidad media = 0'8 m/s.

Al igual que en el ejemplo anterior, primeramente determinamos el tiempo de recorrido de onda para averiguar el tipo de maniobra de que se trata:

T = 2 · L / c = 2 · 50 / 300 = 0'33 s.

En este caso, nos hallamos ante una maniobra lenta, ya que el tiempo de recorrido de onda es menor que el tiempo de maniobra, es decir:

1'33 s. < 2 s.

Por tanto, en este caso, en este caso, el valor máximo del golpe de ariete tiene lugar en cierto momento de la maniobra, es decir, en una posición semi cerrada de la llave de corte. Para averiguar el valor del golpe de ariete aplicaremos la ecuación siguiente:

^P = (2 · L · v) / (g · Tm) = 2 · 50 · 0'8 / (9'8 · 2) = 4'08 m.C.A.