PENGEMBANGAN SISTEM PENGUKURAN VOLUME TANGKI UKUR TETAP SILI NDER TEGAK MENGGUNAKAN ALAT PEMINDAI BERBASISKAN ULTRASOUND RANGING TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh: WILLI SUTANTO NIM: 23820009 (Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JUNI 2022 i ABSTRAK PENGEMBANGAN SISTEM PENGUKURAN VOLUME TANGKI UKUR TETAP SILI NDER TEGAK MENGGUNAKAN ALAT PEMINDAI BERBASISKAN ULTRASOUND RANGING Oleh WILLI SUTANTO NIM: 23820009 (Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol) Sistem pengukuran yang dikembangkan dalam penelitian ini menawarkan pilihan alternatif dalam mengukur volume tangki ukur tetap silinder tegak atau TUTSIT. Berbeda dengan metode nasional seperti metode Strapping dan kebanyakan metode optik yang dilakukan di luar tangki dengan titik pengukuran yang terbatas, sistem pengukuran yang sedang dikembangkan ini meniru konsep pengukuran volume dengan menggunakan metode 3D laser scanner. Pada sistem ini, pengukuran dilakukan di dalam tangki dengan cara memindai area dalam tangki dengan menggunakan alat pemindai yang dapat berotasi 360 o secara kontinu dan otomatis. Tujuan pemindaian tersebut adalah agar diperoleh jumlah titik pengukuran yang sangat banyak dibandingkan dengan metode Strapping dan optik walaupun masih kalah banyak dibandingkan dengan metode 3D laser scanner. Berbeda dengan 3D laser scanner yang merupakan alat komersial yang sangat mahal dan digunakan untuk survey lokasi dan bangunan, sistem pengukuran ini menggunakan purwarupa alat pemindai berbasis ultrasound ranging yang dirancang menggunakan komponen-komponen dengan harga terjangkau. Alat pemindai ini memiliki komponen-komponen utama seperti mikrokontroler Arduino UNO R3, tiga buah transduser ultrasonik dan sebuah sensor DHT. Dua buah transduser ultrasonik (US-1 dan US-2) diletakkan dalam posisi horizontal dan saling bertolak belakang untuk mengukur jari-jari sedangkan satu transduser sisanya (US-3) dipasang secara vertikal ke bawah untuk mengukur ketinggian alat dari dasar tangki. Adapun sensor DHT digunakan untuk mendeteksi kondisi suhu dan kelembaban saat pemindaian. Alat pemindai dilengkapi dengan dua buah nivo tabung yang menempel pada alat untuk memastikan pemindaian dilakukan dalam posisi datar. Selain itu, untuk membantu dalam memindahkan posisi ketinggian saat pengukuran, alat pemindai diletakkan pada tripod penyangga. Untuk dapat memindai dengan cara berputar 360 o , transduser US-1 dan US-2 dipasang di atas penyangga yang terpasang bearing dan terhubung ke motor stepper melalui dua buah gear yang terhubung oleh timing belt. Jumlah titik pengukuran dalam sekali pemindaian adalah 325 titik. Pemindaian dilakukan pada 6 posisi ketinggian di cincin I dan II. Berdasarkan hasil pengukuran metode Strapping, masing-masing cincin memiliki tinggi rata-rata sekitar 151,10 cm dan 152,40 cm dengan diameter rata-rata 403,76 cm untuk cincin ii I dan 403,65 cm untuk cincin II. Tujuan dari pemindaian ini adalah untuk memperoleh data jari-jari dalam tangki. Selanjutnya, data tersebut akan diproses untuk menghilangkan gross error dan outlier. Setelah itu, data tersebut akan dicocokkan menggunakan metode pencocokan RANSAC untuk memperoleh model lingkaran yang mewakili penampang melintang dalam tangki. Model lingkaran tersebut berjumlah dua karena pencocokan data dilakukan pada data US- 1 dan US-2 secara terpisah. Selain model lingkaran, pencocokan data menghasilkan informasi berupa jari-jari dan titik tengah dari lingkaran tersebut. Jari-jari yang diperoleh digunakan untuk menentukan diameter lingkaran dalam dan volume tangki. Volume tangki hasil pengukuran diperoleh dengan mengalikan luas lingkaran menggunakan diameter hasil pengukuran dengan ketinggian hasil pengukuran metode Strapping. Kesalahan pengukuran volume tangki hasil pemindaian jika dibandingkan dengan hasil pengukuran metode Strapping adalah sebesar -558.78 dm 3 atau sekitar -1.44% untuk hasil pindai US-1, -547.46 dm 3 atau sekitar -1.41% untuk hasil pindai US-2, dan -599,01 dm 3 atau sekitar -1.44% untuk penggunaan diameter hasil penjumlahan antara jari-jari pencocokan dari US-1 dan US-2. Kata Kunci: TUTSIT, transduser ultrasonik, RANSAC, model lingkaran, volume iii ABSTRACT DEVELOPMENT OF A VERTI CAL CYLINDRICAL TANK VOLUME MEASUREMENT SYST EM USING ULTRASOUND RANGING SCANNER Oleh WILLI SUTANTO NIM: 23820009 (Master’s Program in Instrumentation dan Control) The measurement system developed in this study offers an alternative option in measuring the volume of a vertical cylindrical tank or TUTSIT. In contrast to national methods such as the Strapping method and most optical methods which are carried out outside the tank with limited measuring points, the measurement system is imitating the concept of volume measurement using the 3D laser scanner method. In this system, measurements are done in the tank by scanning the area in the tank using a scanner that can rotate 360 o continuously and automatically. The purpose of the scan is to obtain a very large number of measurement points compared to the Strapping and optical methods, although they are still less than the 3D laser scanner method. Unlike the 3D laser scanner, which is a very expensive commercial tool and is used for site and building surveys, this measurement system uses a prototype ultrasound ranging based scanner designed using affordable components. This scanner has main components such as an Arduino UNO R3 microcontroller, three ultrasonic transducers and a DHT sensor. Two ultrasonic transducers (US-1 and US-2) were positioned horizontally and opposite each other to measure the radius while the remaining one transducer (US-3) was mounted vertically downwards to measure the height of the scanner from the bottom of the tank. The DHT sensor is used to detect temperature and humidity conditions during scanning. The scanner is equipped with two spirit buble level that attach to the scanner to ensure scanning is performed in a perfect level position. In addition, to assist in moving the height position during measurement, the scanner is mounted on a tripod stand. To be able to scan by rotating 360 o , the US-1 and US-2 transducers are mounted on a bearing mounted support and are connected to the stepper motor through two gears connected by a timing belt. The number of measurement points in one scan is 325 points. Scans were performed at 6 elevation positions at course I and II. Based on the results of the Strapping method, each course has an average height of about 151.10 cm and 152.40 cm with an average diameter of 403.76 cm for course I and 403.65 cm for course II. The purpose of this scan is to obtain inner radius data of the tank. Furthermore, the data will be processed to eliminate gross errors and outliers from iv the data. After that, the data will be fitted using the RANSAC fitting method to obtain a circular model that represents the cross section in the tank. The fitting results two circle models because the data fitted were done on US-1 and US-2 data separately. In addition to the circle model, the fitting method produces radius and center point of the circle. The radius is used to determine the diameter of the inner circle and the volume of the tank. The measured tank volume is estimated by multiplying the area of the circle using the diameter measured by the height measured by the Strapping method. The measurement error of the scanned tank volume compared to the Strapping method is -558.78 dm 3 or about -1.44% for the US-1 scan, -547.46 dm 3 or about -1.41% for the US-2 scan, and -599.01 dm 3 or about -1.44% for the use of the diameter of the sum of the fitting radii of US-1 and US-2. Keyword: TUTSIT, ultrasonic transduser, RANSAC, circle model, volume v PENGEMBANGAN SISTEM PENGUKURAN VOLUME TANGKI UKUR TETAP SILI NDER TEGAK MENGGUNAKAN ALAT PEMINDAI BERBASISKAN ULTRASOUND RANGING Oleh: WILLI SUTANTO NIM: 23820009 (Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal 22 Juni 2022 Pembimbing I Pembimbing II (Dr. Suprijanto, S.T., M.T.) (D r. Ir. Endang Juliastuti, M.S.) . vi PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat ditulis dalam Bahasa Indonesia sebagai berikut: Sutanto, W. (2022): Pengembangan Sistem Pengukuran Volume Tangki Ukur Tetap Silinder Tegak Menggunakan Alat Pemindai Berbasiskan Ultrasound Ranging, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam Bahasa Inggris sebagai berikut: Sutanto, W. (2022): Development of A Vertical Cylindrical Tank Volume Measurement System Using Ultrasound Ranging Scanner, Master’s Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan Sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. vii Dipersembahkan kepada kedua orang tuaku, istriku Widya Astuti, anak-anakku (Manisya Azzahralia Sutanto, Musyaffa Zumar Sutanto, Marvelia Almahira Sutanto) serta keluarga besarku yang selalu mendukung dengan tulus dalam berbagai bentuk. viii KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur hanya layak dipersembahkan kepada Allah SWT atas segala limpahan karunia dan rahmatNya sehingga penulis dapat menuntut ilmu di Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol ITB serta dapat menyelesaikan penyusunan tesis ini sebagai prasyarat kelulusan pada program studi tersebut. Penulis berterima kasih setinggi-tingginya kepada bapak Dr. Suprijanto, S.T., M.T. dan ibu Dr. Ir. Endang Juliastuti, M.S sebagai dosen pembimbing yang selama hampir dua tahun telah sepenuh hati memberikan bimbingan, arahan, dan dukungan selama penelitian berlangsung dan selama penyusunan tesis ini. Selain itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih juga kepada: 1. Tim dosen dan karyawan Program Studi Magister Instrumentasi dan Kontrol ITB yang telah memberikan ilmu pengetahuan dan wawasan bagi penulis. 2. Bapak Herfin Yienda P., S.Si., M.T selaku widyaiswara madya di PPSDK, yang telah membantu penulis dalam mengambil data penelitian; 3. Kementerian Perdagangan Republik Indonesia yang telah memberikan beasiswa pendidikan pascasarjana selama menjalani pendidikan di ITB; 4. Ibu Sri Atuti, S.Si., M.S.E., selaku Kepala PPSDK dan Bapak Vera Firmansyah, M.Si. selaku Direktur Akademi Metrologi dan Instrumentasi di Kementerian Perdagangan yang telah mendukung penuh penulis untuk melanjutkan kuliah di ITB; 5. Teman-teman mahasiswa Magister Instrumentasi dan Kontrol angkatan 2020 yang selalu saling mendukung selama perkuliahan maupun penyelesaian Tesis. 6. Teman-teman dosen Akmet dan Widyaiswara di PPSDK yang sering memberi dukungan dan masukan agar penulis dapat lulus tepat pada waktunya. Kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi sempurnanya laporan tesis ini. Akhir kata, semoga tesis ini dapat memberikan manfaat baik kepada penulis sendiri maupun kepada pembaca pada umumnya. Penulis ix DAFTAR ISI ABSTRAK ............................................................................................................... i ABSTRACT ........................................................................................................... iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ................................................................... vi KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI ............................................................. xii DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ....................................................... xv Bab I Pendahuluan .................................................................................................. 1 I.1. Latar Belakang ................................................................................. 1 I.2. Batasan Masalah .............................................................................. 3 I.3. Pengandaian/Asumsi ....................................................................... 4 I.4. Hipotesis .......................................................................................... 4 I.5. Sasaran Penelitian ............................................................................ 5 I.5.1. Sasaran Penelitian ............................................................. 5 I.5.2. Kontribusi Bermakna ........................................................ 5 I.6. Tujuan Penelitian .............................................................................