## Prototipe Alat Bantu Pengukur Diameter Cincin Referensi Tangki Ukur Tetap Silinder Tegak
1 Vera Firmansyah *) , 1 Dwi Putriyati Ningsih, 1 Yusup Maulana & 2 Naila Zahra
1 Akademi Metrologi dan Instrumentasi
2 Kelompok Keahlian Instrumentasi dan Kontrol, Institut Teknologi Bandung
*) verafirmansyah@akmet.ac.id

## Abstrak
Tangki Ukur Tetap Silinder Tegak (TUTSIT) selain dapat berfungsi sebagai alat penyimpanan dapat juga berfungsi sebagai alat  ukur.  Untuk  menjaga  akurasi  hasil  pengukuran,  setiap  alat  ukur  perlu  dilakukan  pengujian/kalibrasi.  Terdapat beberapa metode untuk menguji TUTSIT, salah satunya metode optik dengan teodolit yang memiliki kelebihan yaitu waktu pengujian  singkat  dan  keperluan  jumlah  personil  yang  sedikit.  Selain  kelebihan  tersebut,  teodolit  tetap  memiliki kekurangan  yaitu  harga  yang  mahal,  menggunakan  personil  khusus,  dan  pengolahan  data  masih  manual.  Pengujian TUTSIT  memanfaatkan  fungsi  teodolit  untuk  pengukuran  sudut  dan  pengukuran  jarak.  Pada  makalah  ini  membuat prototipe yang dapat mengukur diameter cincin referensi sebagai langkah awal pengujian TUTSIT. Diameter referensi ini sebagai  acuan  untuk  pengukuran  diameter  pada  cincin  di  atasnya.  Proses  pengujian  prototipe  yaitu  dengan membandingkan terhadap teodolit pada posisi yang sama. 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%. Prototipe ini memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai alternatif ekonomis instrumen pengujian TUTSIT.
Kata Kunci:  metrologi, pengujian, TUTSIT, potensio rotary angle, laser rangefinder

## 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  (D 1 ),  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.
(a) (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.
1 2 8 ... A A A A = + + + 1 2 8 ... B B B B = + + + 1 2 8 ... C C C C = + + +
(1)
Maka diameter TUTSIT dapat ditentukan dengan persamaan 2.
1 3 A B C D + + =
(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  β  adalah sudut  antara  titik  teodolit  dengan  kedua  sisi  tepi  TUTSIT.  Untuk  menghitung  diameter  referensi  (D 1 )  dapat menggunakan persamaan 3 di bawah ini [6].
1 2 sin 2
1 sin 2 TO D  
      =   −    
(3)
Pada  makalah  ini,  prototipe  menggunakan  metode  optik  menggunakan  laser rangefinder untuk  mengukur jarak TO dan potensio rotary angle untuk mengukur sudut β . Jarak TO ditentukan dengan menentukan sudut β 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 o 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  1 0 .  Hasil  pengujian  linearitas  potensio rotary  angle dengan  busur  terlihat  pada Gambar 5.
(a)
(b)
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  30 0 – 270 0 . 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 .
(a) (b)
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 / o C  dan  diameter cincin referensi (D 1 ) sebesar 12,720 mm pada suhu 28 o C 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].
(a) (b)
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
Posisi Teodolit (mm) Prototipe (mm) Koreksi (mm) Bawah Tengah Atas Rerata T 1 2027,7 2007,9 2043,3 2078,5 2043,2 15,5 T 2 2008,6 2043,3 2079,6 2043,8 16,1 T 3 2008,0 2043,4 2078,0 2043,1 15,4 Rerata(mm) 2043,4 15,7
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
Posisi Teodolit (mm) Prototipe (mm) Koreksi (mm) Bawah Tengah Atas Rerata T 1 2027,7 2008,3 2042,7 2078,8 2043,3 15,6 T 2 2008,6 2043,3 2079,8 2043,9 16,2 Rerata (mm) 2043,6 15,9
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 Bias (mm) Akurasi (%) Presisi (%) Kesalahan (%) -15,8 99,2 99,9 0,8
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.  Agbool a,  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.