Luchtdruk in station Delft

[jkien]

Het nieuwe station van Delft dat een paar maanden geleden geopend werd haalde het nieuws doordat de luchtdrukpuls van passerende treinen een onhoudbare dreun uitdeelde aan de draaideuren van de stationshal. Zo een luchtdrukpuls ging het technische voorstellingsvermogen van de mensen die de tunnel ontwierpen blijkbaar te boven:
 

De nieuwe ondergrondse spoortunnel in Delft is nog maar één dag in gebruik en er is al een probleem.
Als de treinen in de tunnel zo hard rijden als ze mogen, wordt de luchtdruk te hoog en gaan de automatische draaideuren in de stationshal te snel draaien. Een woordvoerder van ProRail bevestigt de bevinding. (link)

 
Mijn vraag is: hoe groot zou de luchtdrukpuls geweest zijn die de draaideuren gevaarlijk snel liet draaien? 
 
Ik heb de luchtdruk nu in het station gemeten met een smartphone.1  Te laat eigenlijk, want de draaideuren zijn inmiddels verwijderd. Het zijn nu permanent open poorten, maar de vraag blijft interessant.
 
In de grafiek heb ik onderscheid gemaakt tussen treinen die aankomen, treinen die vertrekken, en treinen die doorrijden. Het cirkeltje markeert het einde van de aankomst (stilstand), het begin van vertrek (eerste beweging), of het moment waarop de trein het midden van het perron passeert. Het verschil van 1 mbar tussen de  signalen is kunstmatig, ik heb ze verticaal verschoven voor de rangschikking. Signalen die er dik uitzien bestaan uit meerdere opnames die over elkaar getekend zijn, het geeft een indruk van de reproduceerbaarheid. De draaideuren bevinden zich op de 2e verdieping (straatniveau).
 

Delft3 1119 keer bekeken

 
De positieve drukpuls van een aankomende trein betekent dat de trein lucht naar het station duwt, en de negatieve puls van een vertrekkende trein dat hij lucht ervan wegzuigt. De positieve puls piekt als de aankomende trein de tunnelbuis binnentreedt, ver weg van het station, en hij neemt geleidelijk af als de trein het station nadert. Af en toe wekt een doorrijdende trein bovendien een plotselinge snelle drukwisseling op bij het passeren van het perron. De grootste drukamplitude ontstaat wanneer twee treinen tegelijk aankomen of tegelijk vertrekken, of eentje die doorrijdt terwijl de andere aankomt ('tegenliggers'). De Beneluxtrein die met 140 km/h doorreed werd aangewezen als oorzaak van het draaideurprobleem, de maximumsnelheid in de tunnel werd daarom verlaagd naar 80 km/h. De grafiek laat zien dat deze trein (de trein die doorrijdt) inderdaad niet meer een grotere drukamplitude opwekt dan de stoptrein.  
 
Het is opmerkelijk dat de drukpuls tot op de 2e etage, zo ver weg van de bron, nog meetbaar is. De drukamplitude is er ongeveer gehalveerd, vergeleken met perronniveau. Vermoedelijk komt het halveren door weglekken van lucht door de open poorten, de acht voormalige draaideuren.
 
Stel dat de draaideuren er nog waren en dat de drukamplitude overal 0.5 mbar was, welke kracht oefende de drukpuls dan uit op de draaideuren? Het oppervlak van een draaideur is ongeveer 4 m², en 0.5 mbar is 50 Pa, dus de kracht is 4 · 50 = 200 N. Dat is niet erg groot, mensen zullen soms ook wel die kracht op de draaideur uitoefenen. Ik gok dat treinen die met 140 km/h rijden de dubbele drukamplitude veroorzaken, dus de kracht zou 400 N zijn. Het is vreemd dat de draaideur daar niet tegen kon.
 
Hoe kon de luchtdruk de deur trouwens sneller laten draaien? In principe kan dat niet.

[Jan van de Velde]

dit zou dan zo'n draaideur zijn? 
https://twitter.com/ErikHVNL/status/571686362455400449/photo/1

draaideur 1187 keer bekeken

 
net of ze er al een vleugel uit verwijderd hebben? Ik zie er maar twee onder een hoek van ca 120° lijkt het, en je zou er toch drie verwachten? 
 
hier nog eentje, staan er hier twee achter elkaar??
 
http://www.spoorpro.nl/spoorbouw/2015/03/02/ondergronds-spoortunnel-delft-kampt-met-problemen/

IMG_1642-480x320 1177 keer bekeken

 
dat zijn dus draaideuren met twee vleugels in elkaars verlengde, en dan zo te zien twee draaideuren achter elkaar met een soort van sluis ertussen

[Benm]

Die sets 'dubbele draaideuren' zie je wel vaker, ik denk dat de bekendste te vinden zijn op schiphol (als je iemand per auto afzet bij departures). Dat zijn ook deuren met 2 vleugels, maar aan het einde van iedere vleugel zit een -) vormig stuk dat de opening tijdens het draaien afsluit. Deze deuren zijn wel een stuk groter dan bovenstaande.

De logica erachter zal ongetwijfeld liggen in een optimum tussen warmteisolatie en capaciteit van het aantal personen dat erdoor kan.

Waarom een beetje onder of overdruk een probleem zou zijn zie ik trouwens zo 123 niet: het lijkt me dat die druk op beide helfte van het draaiende deel precies gelijk is, en daardoor het draaien van de deur niet echt beinvloed.

[Michel Uphoff]

Zijn er afbeeldingen van die draaideur in het station?

Vreemd, normale draaideuren hebben geen last met drukverschillen.

[Emveedee]

Toen de deuren er nog in zaten zou de druk waarschijnlijk nog wat hoger oplopen, maar hoeveel dat blijft giswerk uiteraard. Ik kan me overigens wel iets voorstellen bij een draaideur die sneller gaat draaien, bijv. als het er een is met 3 deuren, zoals Jan suggereert:
 

draaideur 1118 keer bekeken

Donkerblauw is hoge druk, lichtblauw lage druk. De streepjes stellen de deuropeningen voor. Ik heb niks nagerekend, maar mijn gevoel zegt me dat het moment in de draairichting groter is dan dat aan de andere kant.

[Jan van de Velde]

 Ik kan me overigens wel iets voorstellen bij een draaideur die sneller gaat draaien, bijv. als het er een is met 3 deuren, zoals Jan suggereert:
 

Ik zat daar ook al over te piekeren; in een statische situatie zou dat niet mogen zijn, maar nu ik dat plaatje zie zou ik me dat wél kunnen voorstellen als er een drukGOLF dat gat invliegt bij een bepaalde stand van de deuren zoals hier:
 

hooglaag 1118 keer bekeken

 
zuiging aan de rechtse kant van het plaatje achter dat stukje cirkelvormig scherm (een soort straalpompeffect) , en drukopbouw in de hoek links (een soort "waterslageffect"). En dan kan dat vlak tegen die deur ineens om vele millibars méér gaan dan in die hal gemeten werd. 
 
En datzelfde zou zich voor mijn gevoel ook best eens kunnen voordoen bij een deursysteem zoals in mijn tweede foto, dwz met maar twee vleugels op 180° .

[Jan van de Velde]

Zijn er afbeeldingen van die draaideur in het station?

 

zie mijn bericht #2

[Benm]

Zoals in de laatste schets zou het kunnen, maar het is een draaideur, dus die bevind zich even vaak in de positie waarbij het effect een draaikracht met de klok mee geeft. Er is ongetwijfeld een mechaniek aanwezig dat voorkomt dat de deur de andere kant op kan draaien, maar voor even langzamer gaan draaien is dat niet van belang.

[jkien]

nu ik dat plaatje zie zou ik me dat wél kunnen voorstellen als er een drukGOLF dat gat invliegt bij een bepaalde stand van de deuren zoals hier ... zuiging aan de rechtse kant van het plaatje achter dat stukje cirkelvormig scherm (een soort straalpompeffect) , en drukopbouw in de hoek links (een soort "waterslageffect"). En dan kan dat vlak tegen die deur ineens om vele millibars méér gaan dan in die hal gemeten werd.

 

Hoe zwaar zou de stoot op de deur dan zijn? Het luchtpakket dat op de deur slaat is niet een lange staaf, want een luchtpakket heeft geen stevigheid, noch de rigide verpakking die nodig is voor het waterslageffect. Een zwervende luchtwervel ter grootte van de deur zou misschien wel een soort samenhangende stoot kunnen leveren. Stel dat de luchtwervel 5 m³ groot is, dan is zijn massa 6 kg, wat voor een stoot op de deur nog niet zo slecht is. Het Reynoldsgetal van zo een grote wervel is groot als de luchtsnelheid niet te klein is (>0.1 m/s), zodat hij niet meteen door de viscositeit wordt uitgedempt. Maar ik zie geen logische route voor die wervel van trein naar draaideur, en geen relatie tussen die plaatselijke wervel en een luchtdrukpuls die overal gelijk is.

[Jan van de Velde]

Ik zie niet de nood voor wervels.
"Waterslag" was denk ik wel wat sterk uitgedrukt, mogelijk niet de beste analogie. 
Maar ik zie in de basis een vrij eenvoudige (drukgolf) door dat station gaan, ik neem aan met de geluidssnelheid. En die zie ik dan als een getijgolf in een steeds nauwer wordende "baai" hoger en hoger worden. 
Ook het werkingsprincipe van ouderwetse hoorapparaten

hearing_aid_silver_Phipps_and_Robinson1810 1117 keer bekeken

[jkien]

Aha, in werkelijkheid versnelde de draaideur niet, maar klapte een van de drie deurvleugels om, blijkt uit dit korte filmpje en onderstaande foto van Hart van Nederland. Op de foto zie je geen beschadiging, misschien was het de omklapbare deurvleugel voor het doorlaten van mindervaliden.
 
Transcript voor wie het filmpje bekijken teveel moeite vindt: "Dan ineens gegil, een jongen zit vast met zijn been tussen de draaideur, hij houdt er een pijnlijk been aan over. Wat gebeurde er? Dat ding ging kapot en ik kreeg een klap. Je zat er tussen geklemd? Ik weet het niet, het ging gewoon zo ... Als de trein voorbijkomt dan krijg je een drukverschil, en pats, er klappen twee deuren tegen elkaar aan. Het slaat dubbel."
 

draaideur3 1116 keer bekeken

Screenshot van filmpje: de omgeklapte deurvleugel in close-up.

[Benm]

Blijft een vreemd verhaal. Als het is gegaan zoals op de foto hierboven vraag ik me af waar de lucht in het dichtgeklapte deel zo snel heen is gegaan - dit lijkt een afgesloten compartiment te zijn. Uiteraard zit er wat ruimte onder en boven de deur, maar dat zou toch een flinke weerstand moeten geven tegen snel dichtklappen.

[Michel Uphoff]

dit lijkt een afgesloten compartiment te zijn

 
Als de deur een tikkie verder gedraaid is niet meer.

[jkien]

Als je op een windstille dag in de deuropening van het station staat, zou je dan als een indiaan met een natte vinger aan de luchtstroom kunnen voelen dat er beneden een trein aankomt of vertrekt? In mijn metingen is de drukamplitude op de bovenste verdieping 0.3 mbar = 30 Pa. Volgens Bernoulli (Δp = ½ ρ v²) is de snelheid van de luchtstroom dan v = √(2Δp/ρ) = √(2·30/1.2 ) = 7 m/s. Met een natte vinger zou je dat zeker kunnen voelen. M.b.v. de luchtstroomrichting zou je zelfs aankomst en vertrek kunnen onderscheiden.
 
 
Zou het veel energie kosten om de luchtdruk in het hele station te verhogen met 0.5 mbar? Een ruwe schatting van het luchtvolume is L·B·H = 400·20·10 = 80000 m³. Arbeid W = F s = p A s = p ΔV. Wegens Δp/p=ΔV/V is W = p Δp (V/p) = V Δp = 80000 · 50 = 4 megajoule ≈ 1 kWh. Dat valt mee, dat kost maar een kwartje.

[Jan van de Velde]

Vanwaar deze vraag?:

Zou het veel energie kosten om de luchtdruk in het hele station te verhogen met 0.5 mbar?