1 Pendahuluan

Tangki Ukur Tetap Silinder Tegak (TUTSIT) merupakan tangki ukur dengan penampang lintang berbentuk lingkaran yang berdiri tegak di atas pondasi kokoh dan tetap [1]. TUTSIT dapat berfungsi sebagai alat penyimpan juga dapat berfungsi sebagai alat ukur [2]. Ketika TUTSIT berfungsi sebagai alat ukur, perlu melakukan kalibrasi terhadap alat ukur tersebut untuk menjamin hasil pengukurannya. Keputusan Direktur Jenderal Perdagangan, Kementerian Perdagangan, R.I salah satunya mengatur durasi waktu dari tera ke tera ulang atau dari tera ulang ke tera ulang berikutnya untuk TUTSIT jenis bahan bakar minyak [3]. Tera dan tera ulang adalah pengujian terhadap alat ukur yang sifatnya wajib dan memiliki batas kesalahan yang diijinkan (BKD) untuk setiap alat ukurnya sesuai peratuan yang berlaku, sedangkan kalibrasi adalah pengujian terhadap alat ukur yang sifatnya tidak wajib dan tidak memiliki BKD. Tera merupakan proses pengujian pertama kali terhadap alat ukur. Hasil pengujian TUTSIT merupakan tabel volume tangki terhadap ketinggian yang digunakan sebagai referensi/acuan alat ukur lain, seperti Automatic Tank Gauging (ATG) [4].

Pada umumnya kalibrasi TUTSIT menggunakan metode volumetrik (kapasitas kurang dari 50 kl) dan metode geometrik (kapasitas lebih dari 50 kl). Untuk metode geometrik terbagi menjadi 2 (dua) bagian, yaitu: metode strapping dan metode optik. Metrode strapping menggunakan standar ban ukur (meteran baja) [5], [6] dan metode optik menggunakan standar teodolit [7]–[10]. Perbedaan utama metode strapping dan metode optik adalah proses pengukuran cincin di atasnya, untuk metode strapping menggunakan roda ukur yang terpasang langsung di dinding TUTSIT, sedangkan metode optik menggunakan teodolit yang dipasang pada jarak tertentu dari TUTSIT. TUTSIT dibagi menjadi beberapa bagian untuk setiap ketinggian tertentu yang disebut dengan cincin. Cincin pertama disebut juga sebagai cincin referensi, karena diameter pada cincin pertama digunakan untuk perhitungan diameter cincin di atasnya. Pengukuran diameter cincin referensi dapat menggunakan ban ukur atau teodolit. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik jika menggunakan ban ukur, dibutuhkan waktu yang lebih lama dan personil yang lebih banyak, agar tidak terjadi lengkungan pada ban ukur tersebut yang menyebabkan biaya kalibrasi TUTSIT menjadi mahal [11]. Sedangkan teodolit, selain memiliki harga yang cukup mahal juga tidak dapat secara langsung mendapatkan hasil pengukuran dalam informasi diameter [12]. Untuk mendapatkannya, masih perlu dilakukan proses perhitungan secara manual.

Untuk menunjang terlaksananya kegiatan tera dan tera ulang Unit Metrologi Legal (UML) daerah alat ukur TUTSIT bahan bakar minyak, maka dibuat sebuah prototipe pengukur diameter cincin referensi TUTSIT menggunakan laser rangefinder dan rotary angle sensor. Prototipe ini juga dibandingkan dengan teodolit untuk mengukur obyek TUTSIT di Pusat Pengembangan Sumber Daya Kemetrologian. Prototipe ini dapat secara langsung mendapatkan informasi diameter untuk setiap pengukurannya.

2 Metode

2.1 Pengukuran Diameter TUTSIT

Tahap pertama pada pengujian TUTSIT yaitu mengukur diameter TUTSIT cincin referensi (D₁), yang akan dijadikan acuan untuk mengukur diameter TUTSIT di atasnya. TUTSIT dibagi menjadi beberapa bagian/cincin seperti pada Gambar 1.a dan setiap cincin dibagi menjadi beberapa seksi seperti pada Gambar 1.b.

Gambar 1. (a) Pembagian TUTSIT arah vertikal menjadi beberapa cincin. (b) Pembagian tiap cincin menjadi beberapa seksi

Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik metode strapping, pada setiap cincin dilakukan pengukuran berulang yang disesuaikan dengan jumlah seksinya. Pada Gambar 2 di bawah ini memperlihatkan ilustrasi pengukuran berulang pada setiap cincin.

Gambar 2. Pengukuran berulang pada setiap cincin

Kondisi TUTSIT tampak seperti pada Gambar 1.b, yang memiliki 8 seksi dengan jarak A ke A' adalah \(A_1\). Pengulangan dilakukan pada setiap seksi sebanyak 3 (tiga) kali, untuk mendapatkan diameternya, selanjutnya dijumlahkan seperti pada persamaan 1.

\[A = A_1 + A_2 + \dots + A_8\] \[B = B_1 + B_2 + \dots + B_8\] \[C = C_1 + C_2 + \dots + C_8\] (1)

Maka diameter TUTSIT dapat ditentukan dengan persamaan 2.

\[D_{\rm l} = \frac{A+B+C}{3} \tag{2}\] dengan ketentuan selisih antara A, B, dan C tidak lebih dari 3 mm [1][5]. Pengukuran diameter dengan metode strapping yang menggunakan ban ukur, setiap hasil pengukuran perlu dikoreksi sesuai sertifikatnya. Pada metode optik, proses pengukuran diameter referensi diilustrasikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Ilustrasi pengukuran diameter referensi metode optik

T adalah titik teodolit, O adalah titik tengah TUTSIT pada cincin-1, R adalah jari-jari referensi, dan \(\beta\) adalah sudut antara titik teodolit dengan kedua sisi tepi TUTSIT. Untuk menghitung diameter referensi (D₁) dapat menggunakan persamaan 3 di bawah ini [6].

\[D_{1} = \frac{2TO\sin\left(\frac{\beta}{2}\right)}{1-\sin\left(\frac{\beta}{2}\right)} \tag{3}\]

Pada makalah ini, prototipe menggunakan metode optik menggunakan laser rangefinder untuk mengukur jarak TO dan potensio rotary angle untuk mengukur sudut \(\beta\). Jarak TO ditentukan dengan menentukan sudut \(\beta\) terlebih dahulu untuk mendapatkan titik tengahnya. Selanjutnya dengan bantuan laser pointer yang diarahkan pada titik tengah TUTSIT untuk mendapatkan jarak TO.

2.2 Sensor Yang Digunakan

2.2.1 Laser Rangefinder

Laser merupakan gelombang elektromagnetik nampak yang berada dalam kisaran panjang gelombang tertentu. Laser dapat dikategorikan menjadi dua berdasarkan jenis keluarannya, yaitu laser pulsa dan laser kontinu. Laser Rangefinder termasuk laser pulsa yang dapat digunakan untuk mengukur jarak [13]. Spesifikasi laser rangefinder yang digunakan memiliki akurasi sebesar 1 mm dan jaraknya pada rentang 0,02 m – 50 m pada suhu 0 – 40 °C. Hasil pengujian linearisasi laser rangefinder yang dibandingkan dengan laser rangefinder standar merek Leica Disto A6, terlihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Grafik linearitas laser rangefinder

2.2.2 Potensio Rotary Angle

Potentio Rotary Angle merupakan jenis potensiometer linear yang memanfaatkan perubahan tahanan sehingga memengaruhi nilai tegangan masukan pada Analog Digital Converter (ADC). Semakin besar nilai tahanan yang diberikan maka akan semakin besar nilai tegangan masukan pada ADC [14]. Perubahan sudut sebanding dengan perubahan tegangan masukan pada ADC. Semakin besar perubahan tegangan masukan maka akan semakin besar pula sudut yang dibentuknya. Adapun potensio rotary angle yang digunakan

memiliki akurasi sebesar 10. Hasil pengujian linearitas potensio rotary angle dengan busur terlihat pada Gambar 5.

Gambar 5. (a) Pengujian karakteristik menggunakan multimeter dan osiloskop. (b) Grafik linearitas potensio rotary angle

Pada Gambar 5.b terihat bahwa potensio rotary angle memiliki hasil yang baik pada rentang 30⁰ – 2700. Mengingat penggunaanya untuk mengukur sudut kedua sisi TUTSIT (β), maka sensor ini masuk dalam rentang pengukuran.

3 Rancang Bangun Prototipe

Pada rancang bangun prototipe seperti pada Gambar 6 di bawah ini, beberapa komponen yang digunakan adalah: Arduino Mega 2560, Laser Rangefinder, Potensio Rotary Angle, LCD, MicroSD, Keypad dan Push Button.

Gambar 6. (a) Rancang bangun prototipe (b) Prototipe

Selain komponen utama berupa sensor jarak dan sensor sudut, ada beberapa komponen tambahan, yaitu: push button berfungsi sebagai pengambil data, keypad berfungsi memasukkan data tebal pelat untuk mendapatkan nilai diameter dalam karena hasil pengukuran berupa diameter luar, MicroSD berfungsi menyimpan hasil akhir (diameter) dan LCD berfungsi menampilkan (diameter, sudut dan jarak secara realtime).

4 Hasil

Pengujian prototipe dilakukan dengan cara membandingkan dengan teodolit pada obyek yang sama, yaitu TUTSIT yang ada di Pusat Pengembangan Sumber Daya Kemetrologian (PPSDK) Kementerian Perdagangan. TUTSIT ini memiliki kapasitas 78,494 liter, koefisien muai bahan dinding tangki 1,12×-5/ ^oC dan diameter cincin referensi (D1) sebesar 12,720 mm pada suhu 28 oC yang tertera pada sertifikat. Pengujian dilakukan dengan 2 (dua) cara, cara pertama yaitu posisi pada seksi yang sama dan jarak prototipe/teodolit (TO) ke dinding TUTSIT yang berbeda (Gambar 7.a). cara kedua yaitu posisi dengan jarak TO yang sama tetapi pada seksi yang berbeda (Gambar 7.b). Selain itu juga, untuk setiap pengambilan data prototipe pada cincin referensi dilakukan pengukuran berulang dengan jarak 30 cm di atas dan di bawah cincin referensi[1].

Gambar 7. (a) variasi jarak TO pada seksi yang sama. (b) variasi posisi seksi dengan jarak TO yang sama

Pada Tabel 1 diperlihatkan hasil pengukuran prototipe yang dibandingkan dengan hasil pengukuran teodolit sesuai dengan ilustrasi Gambar 7.a. Prototipe memperlihatkan hasil yang stabil di tiga posisi tersebut dengan rata-rata koreksi sebesar 15,7 mm lebih besar terhadap teodolit.

Tabel 1. Data pengukuran prototipe dengan ilustrasi gambar 7.a

Pada Tabel 2 diperlihatkan hasil pengukuran prototipe yang dibandingkan dengan hasil pengukuran teodolit sesuai dengan ilustrasi Gambar 7.b. Prototipe memperlihatkan hasil yang stabil di dua posisi tersebut dengan rata-rata koreksi sebesar 15,9 mm lebih besar terhadap teodolit.

Tabel 2. Data pengukuran prototipe dengan ilustrasi gambar 7.b

Rata-rata koreksi pada Tabel 1 dan Tabel 2 didapatkan sebesar 15,8 mm. Hasil koreksi ini masih masuk dalam BKD sesuai syarat teknis yang berlaku [1]. Tabel 3 memperlihatkan karakteristik prototipe untuk nilai bias, akurasi, presisi, dan kesalahan yang dibandingkan terhadap teodolit.

Tabel 3. Karakteristik prototipe

Dengan karakteristik prototipe seperti pada Tabel 3 di atas, akurasi dan presisi sekitar 99%, tetap masih banyak yang dapat dikembangkan lebih lanjut terutama dari sisi konstruksi prototipe. Konstruksi yang dimaksud adalah potensio rotary angle yang dijadikan poros secara langsung untuk mengarahkan sudut kedua sisi TUTSIT, sehingga reliabilitasnya kurang baik. Untuk pengembangan selanjutnya dapat dilakukan dengan mengganti potensio rotary angle dengan motor steper dan gabungan konversi roda gigi, sehingga bisa menghasilkan sudut yang memiliki resolusi lebih kecil. Selain itu, prototipe ini baru dapat mengukur diameter cincin referensi saja, sedangkan pengujian keseluruhan TUTSIT juga harus dapat mengukur diameter pada cincin di atasnya.

5 Kesimpulan

Prototipe alat bantu pengukur diameter cincin referensi tangki ukur tetap silinder tegak berhasil dibuat dengan dua buah sensor, yaitu laser rangefinder dan potensio rotary angle. Hasil pengukuran diameter cincin referensi oleh prototipe lebih besar 15,8 mm dibandingkan dengan teodolit. Adapun nilai-nilai karakteristik prototipe untuk akurasi sebesar 99,2%, presisi sebesar 99,9% dan kesalahan sebesar 0,8%.

6 Ucapan Terima kasih

Makalah ini merupakan hasil proyek akhir mahasiswa D3 Metrologi dan Instrumentasi Akademi Metrologi dan Instrumentasi Kementerian Perdagangan dengan pola kerjasama pendidikan dengan FTI-ITB pada Program Studi Teknik Fisika.

7 Referensi

• [1] D. M. ST-25, "Syarat Teknis Tangki Ukur Silinder Tegak," Keputusan Direktur Jenderal Dalam Negeri Nomor 25/PDN/KEP/3/2010, Direktur Jenderal Perdagangan Dalam Negeri, Kementerian Perdagangan, 2010.
• [2] OIML R71, "Fixed storage tanks. General requirements," OIML Recomendation, France: OIML, 2008, pp. 1–32.
• [3] D. Permendag-68, Tera dan Tera Ulang Alat-alat Ukur, Takar, Timbang dan Perlengkapannya. 2018.
• [4] OIML-R85, "Automatic level gauges for measuring the level of liquid in stationary storage tanks," 2008.
• [5] ISO7507-1, "Petroleum and liquid petroleum products Calibration of vertical cylindrical tanks Part 1: Strapping method," 2003.
• [6] API-MPMS-2.2A, Manual of Petroleum Management Standard Chapter 2-Tank Calibration. Measurement and Calibration of Upright Cylindrical Tanks by the Manual Tank Strapping Method. 1995.
• [7] ISO7507-2, "Petroleum and liquid petroleum products Calibration of vertical cylindrical tanks Part 2: Optical-reference-line method," 2005.
• [8] ISO7507-3, "Petroleum and liquid petroleum products Calibration of vertical cylindrical tanks Part 3: Optical-triangulation method," 2006.
• [9] ISO7507-4, "Petroleum and liquid petroleum products Calibration of vertical cylindrical tanks Part 4:Internal electro-optical distance-ranging method," 2010.

• [10] ISO7507-5, "Petroleum and liquid petroleum products Calibration of vertical cylindrical tanks Part 5:External electro-optical distance-ranging method," 2000.
• [11] O. O. Agboola, O. B. Akinnuli, A. M. Akintunde, and B. Kareem, "Modelling of cost estimates for the geometrical calibration of upright oil storage tanks," Int. J. Energy Econ. Policy, vol. 10, no. 1, pp. 464– 470, 2020, doi: 10.32479/ijeep.8271.
• [12] O. O. Agboola, P. P. Ikubanni, R. A. Ibikunle, A. A. Adediran, and B. T. Ogunsemi, "Generation of Calibration Charts for Horizontal Petroleum Storage Tanks Using Microsoft Excel," Mapan - J. Metrol. Soc. India, vol. 32, no. 4, pp. 321–327, 2017, doi: 10.1007/s12647-017-0224-6.
• [13] J. A. S. D. Fonseca, A. Baptista, M. J. Martins, and J. P. N. Torres, "Distance Measurement Systems Using Lasers and Their Applications," Appl. Phys. Res., vol. 9, no. 4, p. 33, 2017, doi: 10.5539/apr.v9n4p33.
• [14] R. Ekawita, H. Nawir, Suprijadi, and Khairurrijal, "A simple and inexpensive vertical deformation measurement system for soil compression tests," AIP Conf. Proc., vol. 1589, no. 2014, pp. 104–107, 2014, doi: 10.1063/1.4868760.