PERANCANGAN SISTEM KONTROL ALAT PENGISIAN BAHAN BAKAR MINYAK TANAH BERBASIS FLOW SENSOR DAN MIKROKONTROLER

Abstrak

Laporan ini menyajikan perancangan sistem kontrol otomatis untuk alat pengisian bahan bakar minyak tanah skala kecil. Sistem ini dirancang untuk mengatasi permasalahan takaran yang tidak akurat, kurangnya transparansi, dan risiko keselamatan yang melekat pada metode pengisian manual. Solusi yang diusulkan memanfaatkan kombinasi flow sensor dan mikrokontroler untuk mengukur dan mengontrol volume fluida secara presisi.

Analisis mendalam dilakukan untuk memilih komponen kunci, yaitu flow sensor dan mikrokontroler. Dipilihnya flow sensor turbin atau oval gear merupakan keputusan yang mengoptimalkan keseimbangan antara akurasi yang memadai (+/- 1%) dan biaya yang terjangkau. Sebagai otak sistem, mikrokontroler ESP32 dipilih karena kapabilitasnya yang unggul dalam integrasi nirkabel (Wi-Fi dan Bluetooth), memungkinkan pengembangan fitur Internet of Things (IoT) di masa depan. Perancangan arsitektur sistem juga diuraikan, termasuk skema perangkat keras dan algoritma kontrol berbasis perangkat lunak.

Analisis kelayakan ekonomi menunjukkan bahwa proyek ini dapat diimplementasikan dengan biaya yang jauh lebih rendah daripada dispenser bahan bakar komersial. Dengan demikian, sistem ini tidak hanya meningkatkan efisiensi dan akurasi, tetapi juga menawarkan solusi yang aplikatif dan terjangkau bagi para pedagang eceran, berpotensi mendisrupsi model distribusi manual yang tidak efisien dan rentan terhadap penipuan.

Pendahuluan

Latar Belakang Masalah

Distribusi minyak tanah secara eceran di Indonesia masih sering dilakukan secara manual, menggunakan jerigen atau botol takaran, yang memunculkan serangkaian tantangan signifikan. Salah satu isu utama adalah ketidakakuratan takaran yang seringkali memicu sengketa antara penjual dan konsumen.¹ Permasalahan ini diperparah oleh kurangnya pengawasan, yang menciptakan celah bagi distributor yang tidak jujur untuk menaikkan harga atau mengutak-atik takaran, seperti yang dilaporkan terjadi di beberapa lokasi.² Data menunjukkan perbedaan harga yang mencolok, di mana harga di pangkalan tetap stabil di Rp 5.000 per liter, sementara penjual eceran dapat menjualnya hingga Rp 7.000 atau bahkan Rp 10.000 per liter.³

Permasalahan yang lebih mendalam dari metode pengisian manual adalah risiko keselamatan dan dampak lingkungan. Pengisian dari jerigen rentan terhadap tumpahan, yang dapat merusak ekosistem tanah dan cadangan air bawah tanah karena kandungan hidrokarbonnya yang berbahaya.⁴ Selain itu, risiko kebakaran juga meningkat, terutama karena listrik statis yang dapat memicu percikan api saat pengisian bahan bakar secara manual, sebuah bahaya yang bahkan dilarang oleh petugas di SPBU konvensional.⁶

Rangkaian sebab-akibat dari analisis ini menunjukkan bahwa masalah yang ada bukanlah sekadar tantangan teknis, tetapi merupakan rantai sebab-akibat yang kompleks dengan implikasi sosial-ekonomi yang luas. Metode manual memicu inefisiensi dan kurangnya pengawasan, yang pada gilirannya mengakibatkan konflik, ketidakstabilan harga, dan dampak lingkungan yang merugikan. Oleh karena itu, perancangan sistem kontrol yang terotomatisasi, akurat, dan aman tidak hanya akan meningkatkan efisiensi operasional, tetapi juga berpotensi menstabilkan harga, menjamin transparansi, dan memitigasi risiko keselamatan bagi seluruh pihak yang terlibat.

Tujuan Penelitian

Berdasarkan permasalahan yang telah diidentifikasi, penelitian ini bertujuan untuk merancang sebuah sistem kontrol otomatis untuk alat pengisian bahan bakar minyak tanah. Tujuan utamanya adalah menciptakan sebuah prototipe yang akurat, aman, efisien, dan memiliki biaya implementasi yang terjangkau. Sistem yang dirancang harus mampu:

1. Mengukur volume minyak tanah yang dikeluarkan dengan tingkat akurasi yang dapat dipertanggungjawabkan, mendekati standar akurasi yang ditetapkan untuk bahan bakar di titik penyerahan, yaitu plus atau minus 0.5%.⁷

2. Mengontrol proses pengisian secara otomatis, mengurangi ketergantungan pada intervensi manual yang rentan kesalahan.

3. Menampilkan informasi pengisian, seperti volume dan harga, secara real-time kepada konsumen, sehingga meningkatkan transparansi dan kepercayaan.

Tinjauan Pustaka

Arsitektur Dispenser Bahan Bakar Konvensional vs. Berbasis Mikrokontroler

Sistem dispenser bahan bakar komersial, seperti yang digunakan di SPBU, memiliki arsitektur yang telah teruji dan efisien. Prinsip kerjanya melibatkan motor atau pompa yang digerakkan untuk menyedot bahan bakar dari tangki penyimpanan bawah tanah.⁸ Bahan bakar yang disedot kemudian melewati

flow meter, yang berfungsi sebagai alat pengukur utama.⁸

Flow meter ini menghasilkan sinyal listrik berupa pulsa, yang kemudian diolah oleh kepala elektronik (microcomputer).⁸ Kepala elektronik ini menghitung jumlah pulsa untuk menentukan volume dan total biaya, yang kemudian ditampilkan secara

real-time pada layar.⁸ Arsitektur serupa juga diadopsi pada

SPBU Mikro 3 kl yang disiapkan untuk melayani area yang belum terjangkau.¹¹

Sejumlah proyek akademik dan prototipe telah mencoba mengadaptasi prinsip ini menggunakan mikrokontroler. Sebuah penelitian mengenai dispenser air otomatis untuk penyandang tunanetra menunjukkan penggunaan arsitektur sistem terdistribusi dengan dua mikrokontroler: Atmega32 dan ESP8266.¹² Dalam desain ini, satu mikrokontroler menangani tugas kontrol inti, sementara mikrokontroler lainnya (yang dilengkapi fitur Wi-Fi) mengelola komunikasi data dengan internet.¹² Pendekatan ini memungkinkan pemisahan fungsi yang efisien, di mana tugas-tugas kritis yang membutuhkan

deterministic behavior dipisahkan dari tugas-tugas sekunder seperti komunikasi nirkabel.

Tantangan utama dalam merancang sistem prototipe berbasis mikrokontroler terletak pada pencapaian akurasi yang memadai. Laporan sebuah prototipe dispenser bahan bakar berbasis Arduino menunjukkan error margin pengukuran hingga 8%.¹³ Tingkat akurasi ini jauh dari standar dispenser komersial yang memiliki akurasi sangat tinggi, sekitar ±0.01% ¹⁴, atau bahkan standar legal yang mewajibkan akurasi ±0.5% untuk bahan bakar di titik penyerahan.⁷ Ketidaksesuaian ini menyoroti bahwa mencapai akurasi yang dapat diterima memerlukan pemilihan komponen yang cermat dan kalibrasi yang tepat, sebuah aspek krusial yang akan dibahas lebih lanjut.

Analisis dan Pemilihan Komponen Utama

Pemilihan Sensor Aliran

Pemilihan flow sensor merupakan aspek paling penting untuk menjamin akurasi sistem. Berbagai jenis sensor dievaluasi berdasarkan prinsip kerja, kecocokan untuk minyak tanah, dan kelayakan ekonominya.

· Flow Meter Coriolis: Sensor ini bekerja berdasarkan efek Coriolis, di mana gaya tegak lurus (perpendicular force) dihasilkan saat massa bergerak dalam sistem yang berputar.¹⁶ Keunggulan utamanya adalah kemampuannya mengukur

aliran massa secara langsung, independen dari sifat fluida seperti viskositas, kepadatan, atau suhu.¹⁷ Sensor ini sangat akurat, tidak memerlukan kalibrasi periodik, dan dapat digunakan untuk berbagai jenis cairan.¹⁷ Namun, harganya yang sangat mahal menjadikannya tidak praktis untuk proyek berskala kecil dan terjangkau.

· Flow Meter Ultrasonik: Mengukur laju aliran menggunakan gelombang ultrasonik.¹⁸ Sensor ini dapat dipasang secara

non-kontak atau clamp-on, yang memudahkan instalasi tanpa perlu memotong pipa.²⁰ Meskipun beberapa model digunakan dalam industri

minyak dan gas ²⁰ dan cocok untuk cairan

bersih seperti air ¹⁸, akurasinya pada minyak tanah eceran yang mungkin mengandung partikel atau kotoran perlu diverifikasi. Model-model yang dirancang untuk cairan viskositas tinggi atau kotor cenderung lebih mahal.

· Flow Meter Turbin atau Oval Gear: Sensor ini menggunakan rotor yang dipasang di dalam pipa, yang akan berputar saat dilewati fluida.²² Kecepatan putaran rotor menghasilkan sinyal pulsa listrik yang berbanding lurus dengan laju aliran.²² Sensor ini sangat cocok untuk cairan

viskositas rendah, termasuk bahan bakar dan oli.¹⁸ Keunggulan utamanya adalah

harganya yang terjangkau dan kemampuan mengukur dengan akurasi yang memadai, dengan beberapa model menjanjikan akurasi sekitar +/- 1%.²⁴

Berikut adalah perbandingan terstruktur yang mendasari keputusan pemilihan komponen:

Fitur/Kriteria	Flow Meter Turbin/Oval Gear	Flow Meter Coriolis	Flow Meter Ultrasonik
Prinsip Kerja	Rotor berputar, menghasilkan pulsa ²²	Gaya Coriolis, mengukur aliran massa ¹⁶	Mengukur kecepatan gelombang suara ¹⁸
Kecocokan untuk Minyak Tanah	Baik, cocok untuk fluida viskositas rendah ¹⁸	Sangat baik, independen dari sifat fluida ¹⁷	Baik untuk fluida bersih ¹⁸
Akurasi	+/- 1% ²⁴	Sangat tinggi, `down to ± 2% of measured value` untuk mikrofluida ¹⁷	`1 to 2%` ²⁰
Kebutuhan Kalibrasi	Memerlukan kalibrasi awal ²⁶	Tidak memerlukan kalibrasi periodik ¹⁷	Tidak dijelaskan dalam sumber
Estimasi Biaya (USD)	Murah, mulai dari $5 - $87 ²⁴	Sangat mahal, tidak relevan untuk skala kecil ¹⁷	Mahal, mulai dari $800 - $1.000an ²⁷

Dari perbandingan di atas, flow sensor turbin atau oval gear dipilih sebagai komponen yang paling optimal. Meskipun tidak seakurat flow meter Coriolis, akurasinya yang sekitar +/- 1% ²⁴ merupakan peningkatan signifikan dibandingkan pengukuran manual dan sudah mendekati standar legal yang ditetapkan.⁷ Pemilihan ini mencerminkan optimalisasi antara

keterbatasan biaya dan performa yang memadai.

Pemilihan Mikrokontroler

Mikrokontroler berfungsi sebagai "otak" sistem yang memproses data dari sensor dan mengontrol aktuator. Berbagai platform mikrokontroler memiliki keunggulan dan kelemahan masing-masing.

· Arduino: Dikenal karena kemudahan penggunaan dan ekosistem open-source yang luas, membuatnya ideal untuk prototipe cepat.²⁸ Namun, performanya yang terbatas dan kurangnya fitur konektivitas nirkabel internal menjadikannya kurang cocok untuk aplikasi yang kompleks atau memerlukan integrasi

IoT.

· ESP32: Unggul dalam aplikasi IoT berkat Wi-Fi dan Bluetooth yang terintegrasi di setiap cipnya.³⁰ Harganya relatif terjangkau, dan arsitektur

dual-core-nya memberikan performa yang baik untuk multitasking.³¹ Ketersediaan ekosistem

open-source yang luas juga mempercepat proses pengembangan.²⁸

· STM32: Keluarga mikrokontroler ini dikenal karena stabilitas, presisi, dan performa real-time yang superior.³⁰ Fitur-fitur seperti

deterministic interrupt handling dan dukungan untuk protokol komunikasi industri membuatnya sangat andal untuk lingkungan mission-critical.³⁰ Namun, kebanyakan model tidak memiliki konektivitas nirkabel internal, yang memerlukan penambahan modul eksternal.³¹

Berikut adalah perbandingan fitur-fitur teknis mikrokontroler untuk aplikasi dispenser:

Fitur	Arduino (Umum)	ESP32	STM32
Konektivitas Nirkabel	Memerlukan modul eksternal	Wi-Fi & Bluetooth internal ³¹	Memerlukan modul eksternal ³¹
Performa Real-Time	Terbatas	Baik, dual-core ³¹	Sangat baik, deterministik ³⁰
Fleksibilitas GPIO	Relatif terbatas	Kompak, `~30 usable pins` ³¹	Sangat fleksibel, `20-100+` ³¹
Harga	Terjangkau	Sangat `cost-effective` ³⁰	Beragam, dari terjangkau hingga mahal
Aplikasi Terbaik	Prototipe cepat, proyek sederhana	Proyek IoT, `connected applications` ²⁸	Kontrol industri, sistem `high-reliability` ³¹

Dari perbandingan ini, ditemukan adanya strategi perancangan yang lebih canggih, yaitu pendekatan hibrida yang menggabungkan keunggulan kedua platform. Meskipun ESP32 menawarkan integrasi IoT yang luar biasa, STM32 memiliki reputasi yang lebih kuat dalam hal presisi dan kontrol deterministik yang dibutuhkan untuk akurasi pengukuran.³⁰ Oleh karena itu, sebuah sistem yang tangguh dapat menggunakan mikrokontroler STM32 (atau mikrokontroler sejenis) untuk tugas-tugas kritis seperti membaca pulsa dari

flow sensor dan mengaktifkan solenoid valve secara tepat. Sementara itu, ESP32 dapat digunakan untuk tugas-tugas non-kritis, seperti mengirim data inventaris ke cloud atau memproses antarmuka pengguna yang kompleks. Pendekatan ini menciptakan sistem yang tidak hanya akurat dan andal, tetapi juga terhubung dan pintar.

Untuk prototipe awal, ESP32 adalah pilihan yang paling logis. Kemampuannya yang all-in-one dengan Wi-Fi dan Bluetooth internal memungkinkan pengembang untuk membangun sistem yang terhubung tanpa perlu mengintegrasikan komponen tambahan, yang secara signifikan mengurangi kompleksitas dan biaya implementasi.

Komponen Pendukung Lainnya

Selain flow sensor dan mikrokontroler, beberapa komponen pendukung juga sangat krusial:

· Katup Solenoid: Katup ini berfungsi sebagai pengganti keran konvensional untuk mengontrol aliran fluida secara elektrik.¹² Untuk aplikasi bahan bakar seperti minyak tanah, sangat penting untuk memilih katup dengan segel yang tahan terhadap bahan kimia berbasis minyak bumi. Segel

Viton secara eksplisit direkomendasikan karena ketahanannya yang luar biasa terhadap bensin, oli, diesel, dan minyak tanah.³³ Katup solenoid dengan tegangan 12V DC adalah pilihan yang umum dan terjangkau.³⁴

· Pompa DC: Pompa DC 12V atau 24V yang dirancang untuk bahan bakar, dengan laju aliran berkisar antara 40-60 L/menit, berfungsi sebagai pengganti dinamo pompa komersial.¹⁰ Pompa ini ideal untuk aplikasi skala kecil karena konsumsi dayanya yang relatif rendah dan kemudahan integrasinya.

· Display: Layar LCD 16x2 adalah pilihan yang cost-effective dan memadai untuk menampilkan informasi dasar seperti volume dan harga.³⁹ Layar ini dapat dikontrol hanya dengan

6 pin digital dari mikrokontroler ³⁹, membuatnya sangat efisien.

Desain Sistem dan Arsitektur

Desain Perangkat Keras

Sistem kontrol yang diusulkan mengadopsi arsitektur modular yang memisahkan fungsi-fungsi utama. Diagram blok arsitektur sistem adalah sebagai berikut:

· Input: Terdiri dari Flow Sensor sebagai input utama untuk mengukur volume fluida yang keluar, dan tombol Start/Stop atau keypad untuk mengaktifkan dan menghentikan proses pengisian.

· Pemrosesan: Mikrokontroler (ESP32) berfungsi sebagai unit pemrosesan sentral. Mikrokontroler menerima sinyal pulsa dari flow sensor dan input dari tombol, kemudian memprosesnya untuk mengontrol aktuator dan memperbarui data di layar.

· Output: Komponen output meliputi Pompa DC dan Solenoid Valve yang berfungsi sebagai aktuator untuk mengalirkan dan menghentikan aliran bahan bakar. Display LCD 16x2 bertindak sebagai antarmuka pengguna untuk menampilkan informasi pengisian.

Koneksi teknis antar komponen perlu diperhatikan secara cermat. Sinyal pulsa dari flow sensor harus dihubungkan ke pin interrupt pada mikrokontroler untuk memastikan setiap pulsa terdeteksi secara akurat tanpa bergantung pada kecepatan siklus program.²⁶ Pompa dan katup solenoid, yang beroperasi pada tegangan 12V atau 24V, tidak boleh terhubung langsung ke mikrokontroler. Sebuah

relay module digunakan sebagai sakelar elektronik untuk mengisolasi mikrokontroler dari tegangan tinggi yang diperlukan oleh pompa dan katup.¹² Selain itu, penting untuk menambahkan dioda

flyback secara paralel dengan koil katup solenoid dan motor untuk melindungi mikrokontroler dari tegangan balik induktif yang dapat merusak sirkuit.

Desain Perangkat Lunak dan Algoritma Kontrol

Algoritma kontrol sistem akan diimplementasikan dalam sebuah program yang berjalan di mikrokontroler. Diagram alir program mencakup beberapa tahapan utama untuk memastikan proses pengisian berjalan dengan efisien dan akurat ⁴¹:

1. Tahap Inisialisasi: Program dimulai (Start). Seluruh pin mikrokontroler dikonfigurasi, variabel volume dan harga diinisialisasi ke nilai nol, dan layar LCD menampilkan pesan selamat datang. Program juga menginisialisasi interrupt untuk pin flow sensor.²⁶

2. Tahap Pengisian:

o Sistem menunggu input dari pengguna (tombol Start ditekan).

o Ketika tombol Start ditekan, mikrokontroler mengaktifkan relay yang terhubung ke pompa DC dan solenoid valve, memulai aliran bahan bakar.

o Mikrokontroler mulai menghitung pulsa yang dihasilkan oleh flow sensor.

o Setiap pulsa dikonversi menjadi unit volume (misalnya, mL atau liter) menggunakan faktor kalibrasi yang telah ditentukan.²⁵ Volume total dan harga akan diperbarui secara

real-time di layar LCD.²⁶

3. Tahap Pengakhiran:

o Pengisian dapat dihentikan secara manual (dengan menekan tombol Stop) atau secara otomatis ketika volume yang telah ditentukan tercapai.

o Mikrokontroler mematikan relay ke pompa dan katup solenoid, menghentikan aliran.

o Nilai volume dan total biaya terakhir ditampilkan di layar, dan sistem kembali ke mode siaga, siap untuk siklus pengisian berikutnya.

Implementasi dan Analisis Kelayakan

Daftar Komponen (Bill of Materials) dan Estimasi Biaya

Analisis ini menyajikan estimasi biaya untuk membangun prototipe sistem. Biaya yang disajikan dapat bervariasi tergantung pada merek, kualitas, dan lokasi pembelian.

Komponen	Jumlah	Sumber Data	Estimasi Harga Satuan	Total Harga
`Flow Sensor` Turbin	1	²⁴	Rp 180.000	Rp 180.000
Mikrokontroler ESP32	1	-	Rp 80.000	Rp 80.000
Pompa DC 12V 40L/menit	1	³⁸	Rp 400.000	Rp 400.000
`Solenoid Valve` 12V (Viton)	1	³⁴	Rp 450.000	Rp 450.000
`LCD 16x2`	1	³⁹	Rp 35.000	Rp 35.000
Relay Module 2 Saluran	1	-	Rp 25.000	Rp 25.000
Catu Daya DC 12V	1	³⁵	Rp 70.000	Rp 70.000
Kabel, casing, dan aksesori	-	-	Rp 200.000	Rp 200.000
Total Estimasi Biaya				Rp 1.440.000

Catatan: Estimasi harga dapat berfluktuasi dan merupakan nilai rata-rata berdasarkan sumber-sumber yang tersedia.

Analisis Kelayakan Ekonomi

Dengan estimasi total biaya sekitar Rp 1.440.000, prototipe sistem ini menunjukkan kelayakan ekonomi yang sangat tinggi. Perkiraan biaya ini jauh lebih rendah jika dibandingkan dengan harga dispenser bahan bakar komersial atau bahkan SPBU mini yang harganya bisa mencapai $10.000 hingga $20.000 per pompa.⁴³ Selisih biaya yang signifikan ini membuka peluang besar untuk mendisrupsi model penjualan eceran manual yang ada.

Sistem yang diusulkan memungkinkan pedagang eceran kecil untuk meningkatkan efisiensi dan akuntabilitas mereka dengan investasi awal yang minimal. Pemasangan dispenser otomatis tidak hanya akan meningkatkan kepercayaan konsumen melalui takaran yang akurat dan transparan, tetapi juga dapat meningkatkan citra bisnis secara keseluruhan. Dengan demikian, perancangan ini tidak hanya sekadar solusi teknis, melainkan sebuah instrumen untuk meningkatkan kepercayaan konsumen dan efisiensi di tingkat akar rumput.

Kesimpulan dan Rekomendasi

Kesimpulan

Berdasarkan analisis dan perancangan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa perancangan sistem kontrol otomatis untuk alat pengisian minyak tanah berbasis flow sensor dan mikrokontroler adalah sebuah proyek yang sangat layak, baik dari sisi teknis maupun ekonomis. Pemilihan flow sensor turbin/oval gear dan mikrokontroler ESP32 merupakan kombinasi yang optimal untuk menyeimbangkan performa yang memadai dengan biaya implementasi yang terjangkau. Sistem ini menawarkan solusi konkret untuk mengatasi permasalahan takaran yang tidak akurat, kurangnya transparansi, dan risiko keselamatan yang selama ini menjadi isu dalam penjualan minyak tanah secara eceran.

Saran dan Pengembangan Lanjutan

Untuk meningkatkan fungsionalitas dan menciptakan sistem yang lebih canggih, beberapa pengembangan lanjutan dapat dipertimbangkan:

· Integrasi IoT Tingkat Lanjut: Memanfaatkan fitur Wi-Fi dari ESP32, sistem dapat dihubungkan ke platform IoT cloud untuk pemantauan inventaris jarak jauh. Data volume penjualan dan stok dapat dikirim secara real-time ke dasbor web, memungkinkan pedagang atau distributor untuk mengelola inventaris secara lebih efisien dan akuntabel.

· Analisis Data: Data penjualan yang dikumpulkan secara digital dapat digunakan untuk mengidentifikasi pola konsumsi, memprediksi kebutuhan stok, dan menganalisis efisiensi operasional.

· Integrasi Sistem Pembayaran Digital: Mengintegrasikan sistem pembayaran digital, seperti QR code yang mirip dengan program Subsidi Tepat MyPertamina ⁴⁴, akan memungkinkan transaksi yang lebih cepat, aman, dan tanpa uang tunai.

· Peningkatan Akurasi dan Keamanan: Mengembangkan algoritma kalibrasi otomatis dan menambahkan sensor tambahan (misalnya, sensor level cairan) dapat lebih meningkatkan akurasi dan keandalan sistem. Desain hybrid dengan dua mikrokontroler juga dapat diimplementasikan untuk memisahkan fungsi kontrol inti dari fitur-fitur IoT, sehingga menciptakan sistem yang lebih tangguh dan stabil untuk aplikasi di lingkungan industri.

Civitas Akademika