Se estudia si la fuerza de compresión afecta la dureza de comprimidos farmacéuticos, expresada en newtons (N). Se preparan cuatro lotes independientes de granulado. Cada lote se divide en tres porciones comparables y cada porción se comprime con una fuerza distinta (8, 12 o 16 kN), en orden aleatorio dentro de cada lote.
El diseño es en bloques completos aleatorizados (DBCA), no un diseño completamente aleatorizado sin bloques. Los lotes son los bloques; las fuerzas, los tratamientos. Cada resultado representa la dureza media de una porción procesada independientemente, que constituye una unidad experimental.
Objetivo: determinar si existen diferencias en la dureza media entre tres fuerzas de compresión, controlando la variabilidad entre lotes de granulado.
Nivel de significancia: α = 0.05.
La siguiente figura integra la preparación, compresión, medición de dureza y organización de los cuatro bloques y tres tratamientos.
En cada uno de los cuatro lotes (bloques) se aplican las tres fuerzas de compresión. La aleatorización se realiza dentro de cada lote. Las 12 mediciones son los resultados simulados del ejercicio; la tabla no representa una secuencia real de fabricación.
| Lote | Fuerza | Dureza |
|---|---|---|
| Lote 1 | 8 kN | 62 |
| Lote 1 | 12 kN | 81 |
| Lote 1 | 16 kN | 101 |
| Lote 2 | 8 kN | 66 |
| Lote 2 | 12 kN | 85 |
| Lote 2 | 16 kN | 105 |
| Lote 3 | 8 kN | 59 |
| Lote 3 | 12 kN | 79 |
| Lote 3 | 16 kN | 98 |
| Lote 4 | 8 kN | 64 |
| Lote 4 | 12 kN | 83 |
| Lote 4 | 16 kN | 103 |
| Fuerza | n | Media | Mediana | DE | Varianza | Minimo | Maximo | CV_porcentaje |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 kN | 4 | 62.75 | 63 | 2.99 | 8.92 | 59 | 66 | 4.76 |
| 12 kN | 4 | 82.00 | 82 | 2.58 | 6.67 | 79 | 85 | 3.15 |
| 16 kN | 4 | 101.75 | 102 | 2.99 | 8.92 | 98 | 105 | 2.93 |
La mayor dureza media corresponde a 16 kN (101.75 N), mientras que la menor corresponde a 8 kN (62.75 N).
El modelo aditivo es Dureza = media general + efecto de fuerza + efecto de lote + error.
| Fuente | GL | SC | CM | F | p | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Fuerza | Fuerza | 2 | 3042.2 | 1521.08333 | 18253 | 0 |
| Lote | Lote | 3 | 73.0 | 24.33333 | 292 | 0 |
| Residuals | Residuals | 6 | 0.5 | 0.08333 | NA | NA |
H₀: μ₈ kN = μ₁₂ kN = μ₁₆ kN (las medias de dureza son iguales).
H₁: al menos una media de dureza difiere.
Resultado: p = < 0.0001. Se rechaza H₀: existe evidencia de diferencias en dureza media entre fuerzas de compresión.
H₀: no hay diferencias entre los efectos medios de los lotes.
H₁: al menos un lote tiene un efecto diferente.
Resultado: p = < 0.0001. Se detectan diferencias asociadas con los lotes, lo que muestra que el bloqueo captura variación relevante en estos datos.
Precaución: al existir una sola observación por combinación lote × fuerza, no se puede estimar por separado una interacción lote × fuerza. El ANOVA utilizado supone un modelo aditivo.
| Prueba | W | p |
|---|---|---|
| Shapiro-Wilk | 0.82661 | 0.01911 |
H₀: los residuos siguen una distribución normal.
H₁: los residuos no siguen una distribución normal.
Resultado e interpretación: p = 0.0191. Se rechaza la hipótesis de normalidad. El ANOVA debe interpretarse con cautela y conviene revisar el gráfico Q-Q y Friedman.
| Df | F value | Pr(>F) | |
|---|---|---|---|
| group | 2 | 0.04286 | 0.95824 |
| 9 | NA | NA |
H₀: las varianzas de dureza son iguales entre las tres fuerzas.
H₁: al menos una varianza es distinta.
Resultado e interpretación: p = 0.9582. No se rechaza la igualdad de varianzas entre fuerzas.
Limitación: esta prueba compara las observaciones por fuerza sin incorporar explícitamente el bloqueo. Es una revisión complementaria, no una validación completa de la homogeneidad de la varianza residual del DBCA.
Objetivo: identificar qué pares de fuerzas de compresión presentan diferencias en dureza media, controlando el error por comparaciones múltiples.
H₀ (por cada par): la diferencia de medias entre las dos fuerzas es cero.
H₁ (por cada par): la diferencia de medias es distinta de cero.
| Comparacion | diff | lwr | upr | p adj |
|---|---|---|---|---|
| 12 kN-8 kN | 19.25 | 18.624 | 19.876 | 0 |
| 16 kN-8 kN | 39.00 | 38.374 | 39.626 | 0 |
| 16 kN-12 kN | 19.75 | 19.124 | 20.376 | 0 |
Resultados e interpretación de Tukey:
Una comparación se considera significativa cuando el valor p ajustado es inferior a 0.05 o su intervalo de confianza no incluye cero.
H₀: las distribuciones de dureza son iguales entre las tres fuerzas.
H₁: al menos una distribución difiere.
| Prueba | Estadistico | GL | p |
|---|---|---|---|
| Kruskal-Wallis | 9.8461 | 2 | 0.00728 |
Resultado e interpretación: p = 0.0073. La prueba detecta diferencias entre los grupos.
Advertencia: Kruskal-Wallis no incorpora los lotes como bloques y supone observaciones independientes entre grupos; por eso no debe reemplazar al análisis bloqueado de este experimento.
H₀: no hay diferencias sistemáticas entre las fuerzas de compresión al considerar los lotes como bloques.
H₁: al menos una fuerza presenta una respuesta diferente.
| Prueba | Estadistico | GL | p |
|---|---|---|---|
| Friedman | 8 | 2 | 0.01832 |
Resultado e interpretación: p = 0.0183. Se rechaza H₀: hay evidencia de diferencias entre fuerzas al considerar los lotes como bloques.
Friedman compara los rangos de los tratamientos dentro de cada bloque. Si se necesitan comparaciones posteriores específicas entre fuerzas, debe utilizarse un procedimiento post hoc adecuado para datos bloqueados.
| Prueba | p | Decision |
|---|---|---|
| ANOVA: fuerza | 0.00000 | Rechazar H0 |
| ANOVA: lote | 0.00000 | Rechazar H0 |
| Shapiro-Wilk (residuos) | 0.01911 | Rechazar H0 |
| Levene (por fuerza) | 0.95824 | No rechazar H0 |
| Kruskal-Wallis (sin bloques) | 0.00728 | Rechazar H0 |
| Friedman (con bloques) | 0.01832 | Rechazar H0 |
Alcance: el ejercicio utiliza únicamente datos simulados. Para una investigación real deben justificarse las condiciones de fabricación, el número de réplicas, la independencia de las porciones experimentales y los criterios farmacotécnicos de aceptación.