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Diseño de experimentos: Conceptos preliminares

Tipos de estudios
Existen dos tipos de estudios que generan datos, los estudios observacionales y los estudios experimentales.

Llamamos estudio observacional cuando sobre un proceso existente se observan (registra información) una o más variables aleatorias. La finalidad de estos estudios es explorar, describir y confirmar hipótesis.
¿Qué esun experimento?
“Prueba o serie de pruebas en las cuales se inducen cambios deliberados en las variables de entrada de un proceso o sistema de manera que sea posible observar e identificar las causas de los cambios en la respuesta de salida” (Montgomery 1991).
“Es una reproducción restringida de la realidad con el fin de observar los efectos de su manipulación planificada” (Casanoves y DiRienzo, 1999).
La finalidad de estudios basados en experimentos es contrastar hipótesis, modelar y predecir.
La diferencia principal entre estos dos tipos de estudio es que en los observacionales existe una realidad que se observa y en los experimentales se manipula la realidad para observar su respuesta. En la practica en muchas ocasiones se obtienen datos provenientes de combinaciones de ambos tiposde estudios. En estos casos el desafío es modelar correctamente los datos obtenidos.

Unidad experimental

Es la mínima porción del material experimental sobre el cual un tratamiento puede ser realizado. La unidad experimental (UE) puede ser una parcela de terreno, una maceta, un animal, el conjunto de alumnos de un curso, etc. Pueden ser unidades naturales como en el caso de una persona, unautomóvil, una planta o unidades artificialmente delimitadas como en el caso de una parcela de terreno, una cantidad de agua, etc.

Unidad Observacional
Es la porción de la unidad experimental que se mide u observa. En muchos estudios, la unidad experimental coincide con la unidad observacional, pero en otros, una unidad experimental puede representar un conjunto de unidades observacionales.Cuando en un estudio se registran dos o mas variables, la unidad observacional puede ser distinta para cada una de ellas. Por ejemplo, si la unidad experimental es una parcela con plantas de trigo, se puede registrar la variable rendimiento sobre toda la parcela y la variable número de espigas por planta sobre algunas plantas de la parcela. Así, las unidades de observación son distintas para estasvariables.

Factores
Son todas las fuentes de variación reconocidas a priori por el investigador (no incluye el error experimental). Cada uno de los valores que asume un factor se denomina nivel. Por ejemplo, la temperatura de cocción del pan es un factor y las diferentes temperaturas evaluadas son los niveles. Los factores pueden ser de interés del investigador (cuando se desea hacer inferenciasobre ellos) o simplemente pueden ser reconocidos como una fuente de variación que de no contemplarse disminuyen la precisión de las comparaciones de interés (factores de bloqueo).
En cualquiera de estos casos, los efectos de los factores pueden ser de naturaleza fija o aleatoria. Por ejemplo, las temperaturas de cocción del pan se pueden fijar en 100, 110 y 120 grados o elegirse al azartemperaturas entre 100 y 120 grados. Los factores de efectos fijos se utilizan cuando todos los niveles del factor que son de interés se incluyen en el estudio. La extrapolación de las conclusiones estadísticas mas allá de los niveles especificados hacia otros niveles no tiene sustento estadístico. Los modelos lineales basados en variables predictoras categóricas fijas (factores fijos) se denominanmodelos de efectos fijos. Cuando en el modelo se incluyen efectos aleatorios, es decir, se incluye en el experimento una muestra aleatoria de posibles niveles del factor, se denomina modelo de efectos aleatorios. Las inferencias generalmente se orientan hacia todos los posibles grupos o niveles del o los factores de efectos aleatorios. A pesar que la distinción entre factores de efectos fijos o...