Come si può vedere dal seguente spaccato, il flusso investe l’otturatore in modo tale da generare sullo stelo uno stato di sforzo di sola compressione( a valvola chiusa) con leggera inflessione nel transitorio di chiusura.

La variazione di portata in una generica sezione della corrente dà origine ad un processo di moto vario il quale si propaga lungo la corrente sotto forma di un’onda con fenomeno del tutto simile a quello della propagazione di un’onda elastica sonora. Il passaggio dell’onda produce brusche variazioni degli elementi caratteristici del moto: in particolare si verifica un cambiamento della pressione, a cui consegue, data la effettiva natura elastica del fluido, una compressione oppure una dilatazione locale del fluido. Tale perturbazione si sposta da una sezione all’altra della corrente con una velocità che viene designata con il nome di celerità la quale è funzione delle caratteristiche elastiche del mezzo e della condotta.

In generale, dato l’alto valore della celerità, l’intera lunghezza della condotta, alla quale è applicata la valvola, viene percorsa dalle perturbazioni in qualche secondo o frazione di secondo: tempi che risultano essere dello stesso ordine di grandezza della durata delle manovre che provocano le condizioni perché avvenga il cosiddetto colpo d’ariete. Tale fenomeno è cosi’ nominato poiché esso si manifesta  con una successione di brusche sovrapressioni che determinano una serie di violenti colpi contro la parete della condotta. Tuttavia poiché tale fenomeno interessa specialmente la sezione del tubo in cui è stata applicata la valvola, per evitare la rottura di una sua qualche parte è necessario limitare, a parità di portata, i valori di pressione che il fluido deve avere in condizioni di moto permanente, devono essere limitati.

Tutto questo è richiesto poiché alla pressione del fluido in condizioni normali si va a sommare una sovrapressione dovuta al suo arresto(piu’ o meno rapido) mediante otturatore, è stato eseguito un calcolo (anche se approssimativo, data la complessità del problema) del valore massimo di pressione alla quale è in grado di resistere la valvola.

Per valutare il valore di sovrapressione è necessario definire la celerità c come:

in cui:

·         è la celerità del suono nel liquido la quale vale 1425m/s per acqua a 8°C : tale valore aumenta in ragione di circa 3m/s per ogni grado di aumento della temperatura (per olii combustibili, ai quali compete una comprimibilità  maggiore di quella dell’acqua, la celerità è dell’ordine dei 1200¸1300 m/s);

·        E è il modulo di Young del materiale di cui è costituito il tubo all’imbocco della valvola (210000 Mpa per l’acciaio);

·        D ed e  sono rispettivamente il diametro interno e lo spessore della condotta.

Qui sotto è riportato il rapporto c/c* in funzione dei due rapporti E/e e D/e: esso mostra che la celerità è tanto minore quanto piu’ sottile è il tubo e quanto minore è il suo modulo di elasticità, vale a dire quanto piu’ deformabile è il tubo.

Normalmente se il liquido è acqua, il rapporto E/e vale all’incirca 100 per il ferro e l’acciaio, mentre è dell’ordine di 10 per il cemento amianto; le condotte in acciaio hanno però alti valori del rapporto D/e e come ordine di grandezza piu’ frequente si può ritenere che la celerità c sia compresa in media fra 900 e 1000m/s. Invece con tubi di cemento amianto a cui competono valori piu’ piccoli di D/e le celerità sono piu’ elevate e assai prossime a quelle del condotto deformabile[ved. Foglio Excel].

Per cui l’aumento di pressione rispetto al valore in condizione di moto permanente è definito come:

dove  le velocità del fluido nel moto indisturbato. Occorre fare attenzione al fatto che  diminuendo il diametro di imbocco della valvola, a portata costante, la velocità del fluido arriverebbe,in condizioni limite,ad assumere un valore infinito (il che non avrebbe senso perché la sovrapressione in gioco, specialmente in presenza di pompe, aumenterebbe troppo causando la rottura della valvola).