DISEÑO EXPERIMENTAL

• Secuencia completa – Pasos que se deben tomar de antemano,

• para planear y asegurar la obtención de toda la información relevante y adecuada al problema bajo investigación.

– La cual será analizada estadísticamente para obtener conclusiones válidas y objetivas con respecto a los objetivos planteados.

Diseño de un experimento

Un Diseño Experimental

• Prueba o serie de pruebas en las cuales existen cambios deliberados en las variables de entrada de un proceso o sistema, de tal manera que sea posible observar e identificar las causas de los cambios que se producen en la respuesta de salida.

PROPÓSITOS DE UN DISEÑO EXPERIMENTAL

• Proporcionar una cantidad máxima de información pertinente al problema que se estáinvestigando.

• Ajustar el diseño que sea lo mas simple y efectivo.– Para ahorrar dinero, tiempo, personal y material

experimental que se va ha utilizar. Uso de estadísticos simples

CONCEPTOS BÁSICOS

• DISEÑO: Consiste en planificar la forma de hacer el experimento, materiales y métodos a usar, etc.

• EXPERIMENTO: Conjunto de pruebas o ensayos cuyo objetivo es obtener información, que permita mejorar el producto o el proceso en estudio.

• TRATAMIENTO:– Es un conjunto particular de condiciones experimentales

definidas por el investigador.– Son el conjunto de circunstancias creadas por el

experimento, en respuesta a la hipótesis de investigación y son el centro de la misma.

• FACTOR: Es un grupo específico de tratamientos. (Ejemplo, Temperatura, humedad, tipos de suelos, etc.).

Ejercicio…..• Plantea 9 hipótesis en la diversas áreas:

1) Laboratorio (3)

2) Campo (3) 1) Fauna2) Flora3) Suelos

3) Social (3) 1) Comunidades2) Talleres

• NIVELES DEL FACTOR: Son diversas categorías de un factor. ( Por ejemplo, los niveles de temperatura son 20°C, 30°C, etc.).

– Factor Cuantitativo tiene niveles asociados con puntos ordenados en alguna escala de medición, como temperatura.

– Factor Cualitativo representan distintas categorías o clasificaciones, como tipo de suelo, que no se puede acomodar conforme a alguna magnitud.

• RÉPLICA: Son las repeticiones que se realizan del experimento básico.

• UNIDAD EXPERIMENTAL:

– Es el material experimental unitario que recibe la aplicación de un tratamiento.

– Es la entidad física o el sujeto expuesto al tratamiento independientemente de las otras unidades. La unidad experimental una vez expuesta al tratamiento constituye una sola réplica del tratamiento.

– Es el objeto o espacio al cual se aplica el tratamiento y donde se mide y analiza la variable que se investiga.

– Es el elemento que se está estudiando.

• ERROR EXPERIMENTAL: Es una medida de variación que existe entre dos o más unidades experimentales, que han recibido la aplicación de un mismo tratamiento de manera idéntica e independiente.

• FACTORES CONTROLABLES: Son aquellos parámetros o características del producto o proceso, para los cuales se prueban distintas variables o valores con el fin de estudiar cómo influyen sobre los resultados.

• FACTORES INCONTROLABLES (ocultos): Son aquellos parámetros o características del producto o proceso, que es imposible de controlar al momento de desarrollar el experimento.

• VARIABILIDAD NATURAL: es la variación entre las unidades experimentales, que el experimentador no puede controlar ni eliminar.

• VARIABLE DEPENDIENTE: es la variable que se desea examinar o estudiar en un experimento. (Variable Respuesta).

• Importancia en la elección de los tratamientos:

* Éstos deben dar respuesta a una hipótesis de investigación.* La hipótesis de investigación establece un conjunto de circunstancias y sus consecuencias.

• Los tratamientos deben ser una creación de las circunstancias para el experimento.

• Es necesario identificar los tratamientos con el papel que cada uno tiene en la evaluación de la hipótesis de investigación.

• El investigador debe asegurarse que los tratamientos elegidos concuerden con la hipótesis de investigación.

REPASO• EXPERIMENTO:• TRATAMIENTO:• NIVELES DEL FACTOR:

– Factor Cuantitativo– Factor Cualitativo

• REPLICA• UNIDAD EXPERIMENTAL• ERROR EXPERIMENTAL• FACTORES CONTROLABLES• HIPÓTESIS• VARIABILIDAD NATURAL• VARIABLE DEPENDIENTE

TIPOS DE TRATAMIENTOSEjemplos

• Experimentaciones Agrícolas, un tratamiento puede referirse a:

• ♦ Marca de Fertilizante.• ♦ Cantidad de Fertilizante.• ♦ Profundidad del Sembrado.• ♦ Variedad de Semilla.• ♦ Combinación de Cantidad de Fertilizante y

Profundidad de Sembrado; esto es una combinación de tratamientos, etc.

• En un Experimento para estudiar el Rendimiento de cierto Proceso químico, los tratamientos pueden ser todas las combinaciones de:

• ♦ La temperatura a la cual se ejecuta el Proceso

• ♦ La cantidad de Catalizador Usada, etc.

EjemplosEjemplos

HIPÓTESIS

• Es una suposición o conjetura que se plantea el investigador de una realidad desconocida.

• Es el supuesto que se hace sobre el valor de un parámetro (constante que caracteriza a una población) el cual puede ser validado mediante una prueba estadística.

ejemplos

• La hipótesis es: La reproducción de los microbios del suelo depende de las condiciones de humedad.

• Para responder a esta hipótesis, se establecen tratamientos con distintos niveles de humedad para medir la reproducción de los microbios.

• La hipótesis es: La energía requerida al reunir comida para la colonia de las abejas productoras de miel es independiente de la temperatura.

• Para responder a esta hipótesis, los tratamientos deben ser en relación al estudio de la cinética de bebida de las abejas productoras de miel a diferentes temperaturas ambientales.

• La hipótesis es: La temperatura ambiental en la cual las baterías son activadas altera su vida útil.

• Para responder a esta hipótesis, el tratamiento será temperatura y se debe probar un número determinado de baterías a diferentes niveles de temperatura.

TIPOS DE ERROR EXPERIMENTAL

• Todos los experimentos están sujetos a posibles errores; los cuales se pueden disminuir pero no controlar totalmente y pueden ser de los siguientes tipos:

• a) Errores de experimentación. • b) Errores de observación.• c) Errores de medición.• d) Variación natural en las unidades experimentales.• e) La interacción de los tratamientos con las unidades

experimentales.• f) Factores extraños que pueden influir en las

características de la investigación.

Para reducir el Error Experimental se debe tomar en cuenta:

• a) Usar material experimental más homogéneo.

• b) Usar información proporcionada por variables aleatorias relacionadas con la variable respuesta de interés.

• c) Tener cuidado de dirigir el experimento.

• d) Usar un número óptimo de replicaciones.

• e) Utilizar un diseño experimental más eficiente.

• La metodología estadística y un planeamiento adecuado del experimento permitirá reducir el error experimental….

– hace posible que sean detectables las diferencias significativas entre los tratamientos que han sido usados.

– Si el investigador no hace el planeamiento del experimento en forma correcta, el error experimental del experimento va a ser grande y no se podrá detectar las diferencias significativas en el experimento.

– Conclusiones equivocadas: que todos los tratamientos tienen el mismo efecto y que ningún tratamiento es ni mejor ni peor que los otros tratamientos.

PRINCIPIOS BÁSICOS DEL DISEÑO DE UN EXPERIMENTO

1. Replicación (Obtención de Réplicas).• Número de veces que se aplica un

tratamiento a las unidades experimentales.

– Propiedades:

• a) Permite al experimentador obtener la estimación del error experimental; esta estimación se convierte en la unidad básica para determinar si las diferencias observadas en los datos son estadísticamente significativas o para determinar la amplitud de un intervalo de confianza.

• b) Permite al experimentador calcular una estimación más precisa del efecto medio de cualquier factor en elexperimento, si se usa la media de la muestra, como una estimación de dicho efecto.

• Lo que significa que la varianza de la media de la muestra se define como

• donde σ2 es la varianza de los datos y n el número de réplicas.

• Si el número de réplicas es pequeña (n=1) probablemente no se podría obtener inferencias satisfactorias con respecto al efecto del tratamiento….

– es decir, que la diferencia observada podría ser resultado, exclusivamente, del error experimental.

– El número de réplicas afecta la precisión de las estimaciones de las medias de tratamientos y la potencia de las pruebas estadísticas para detectar las diferencias entre las medias de los grupos en los tratamientos. Pero puede ser muy costoso económicamente la incorporación de una réplica en el Experimento.

Las razones más notables para hacer réplicas en un Experimento…….

• 1) Se demuestra que se puede reproducir los resultados, al menos bajo las condiciones experimentales actuales.

• 2) Proporciona ciertogradode seguridadcontra resultados anormales en el

experimento, debido a accidentes no previstos.• 3) Proporciona las medias para estimar

la varianza del error experimental. A un cuando la experimentación previa proporcione estimaciones de la varianza, la estimación a partir del experimento en curso puede ser más exacta porque refleja el comportamiento actual de las observaciones.

• 4) Proporciona la posibilidad de aumentar la precisión en la estimación de las medias de los tratamientos.

• Al incrementar las réplicas (n), disminuye la varianza muestral

• Conclusión:

El número de réplicas dependerá de:

que tan costoso sea económicamente el introducir una nueva réplica en el experimento.

Recomendaciones:Que sea un número lo más razonablemente posible;

para poder así obtener inferencias estadísticas satisfactorias con respecto al efecto de los tratamientos que se están estudiando.

Entonces, el número de réplicas está determinado por las restricciones que se pueden asignar al problema.

•2. Aleatorización.

Consiste en el método por el cual las unidades experimentales reciben las aplicaciones de los tratamientos en forma aleatoria.

Es decir, que tanto la asignación del material experimental como el orden en que se realizan las pruebas individuales o ensayos se determinan aleatoriamente.

• La aleatorización adecuada en el experimento:

– "cancela" los efectos de factores extraños que pudieran estar presentes.

– Simula el efecto de independencia y permite proceder como si las observaciones fueran independientes y con distribución normal.

– Es decir, asegura el cumplimiento del supuesto de independencia del análisis de varianza.

El método de aleatorización depende del Diseño de Experimento que será usado.

• Para llevar a cabo la aleatorización de los tratamientos, se puede utilizar un programa de computadora o una tabla de números aleatorios

Si no se cuenta con ello, se puede utilizar el siguiente método:

• 1) Asignar números a las unidades experimentales.• 2) Elaboran tarjetas de papel con los mismos números

de las unidades experimentales y colocarse en un recipiente.

• 3) Sacar al azar una por una las tarjetas del recipiente.• 4) Los primeros n números son las unidades

experimentales asignadas al primer• tratamiento.• 5) Los segundos n números corresponden a las

unidades experimentales que se asignan al segundo tratamiento. Y así sucesivamente, hasta sacar todas las tarjetas de n en n.