A inicios del siglo XX, las empresas vivían una crisis de escases de recursos, baja productividad y deficiencias en la calidad, todo esto a causa de la primera guerra mundial. Era necesario entonces, volver más eficientes las operaciones e identificar las variables que intervienen al momento de desarrollar un proceso. Para ello el estadístico Ronald Fisher desarrolla las bases del diseño experimental, las cuales se basan en el análisis de varianza y la aleatorización.
El diseño de experimentos permite analizar datos mediante modelos estadísticos para observar la interacción entre las variables independientes y cómo afectan a la variable dependiente [1]. Es por esto que el diseño experimental es parte fundamental de la experimentación y su objetivo es validar o rechazar las hipótesis que se plantean durante una investigación. Así el diseño de experimentos representa una de las mejores herramientas para analizar datos obtenidos en diferentes condiciones (variables independientes) propuestas por el investigador, verificando cuáles de estas variables intervienen de manera significativa en la reacción o respuesta medida. La aleatorización es un componente importante para el diseño experimental, puesto que asigna al azar unidades experimentales para cada prueba, garantizando así la independencia de las observaciones. En un experimento también es importante el control local, el cual consiste en hacer variar solo los factores que se van a estudiar en el experimento, dejando constantes los demás factores; en la vida real, el control local es difícil de lograr ya que existen algunas variables incontrolables que pueden afectar el resultado. Lo anterior introduce el concepto de error experimental, el cual mide las variaciones de las observaciones hechas en condiciones supuestamente idénticas [2]. El análisis de varianza es la herramienta utilizada para medir la variación de más de dos medias o resultados obtenidos en un experimento, comprobando según la distribución de Fisher, si se acepta o se rechaza la hipótesis nula, cuyo enunciado consiste en determinar si existe o no, diferencia significativa entre los valores observados.
2. Enunciado del problema
Se desea determinar si existe diferencia significativa entre la fuerza de cohesión de las diferentes marcas de los adhesivos para papel. Se piensa que la superficie de pegado influye sobre los resultados, por lo que se realizó un bloqueo con los tipos de papel comúnmente utilizados: papel de construcción, cartoncillo y cartulina.
3. Justificación
La historia de los pegamentos como ciencia, tecnología y medio para unir materiales se encuentra desde los primeros vestigios de los hombres de la prehistoria. Durante esta época se utilizaban pegamentos y adhesivos de origen natural para la creación de pinturas, así como para la fabricación de armas y utensilios. Durante un largo periodo de la historia antigua los pegamentos eran conocidos y utilizados por las diversas culturas y civilizaciones, tales como los sumerios, babilonios, egipcios, chinos, entre otros; utilizaron los adhesivos en numerosas edificaciones y construcciones de objetos de diversa índole [3]. Actualmente las personas y empresas buscan el mejor producto para pegar diversos materiales. Sin embargo, la calidad de un pegamento se relaciona con las especificaciones o el precio. Estos productos son una parte fundamental del mundo de las manualidades; saber elegir el correcto en cada caso puede ocasionar contratiempos y costos, es por ello que desarrollamos este estudio con la finalidad de brindar más información sobre la calidad de los pegamentos.
Se medió la fuerza de adhesión de los tipos de pegamentos, el cual es un requisito de funcionalidad en las especificaciones de calidad; de esta manera se brinda información que sirva de apoyo a personas y empresas, al momento de seleccionar un pegamento que cumpla con las características preestablecidas [4].
4. Diseño experimental
4.1 Unidades experimentales
Para el experimento propuesto se utilizó como unidad experimental, trozos o muestras de tamaño 3x2”, de papel de construcción, cartulina y cartoncillo.
4.2 Factor, niveles y riesgo
Las variables o factores que se identifican para este experimento son: tipo de adhesivo, tipo de papel, cantidad de adhesivo aplicado, área de aplicación, tiempo de secado del adhesivo, procedimiento de lectura. Se escoge como factor de interés o tratamiento, el tipo de adhesivo. La variable o factor, tipo de papel se utiliza para la definición del tipo de diseño experimental. El resto de las variables se controlan en el experimento de la siguiente forma:
- Cantidad de adhesivo: Se utilizó la misma cantidad de adhesivo en cada prueba.
- Área de aplicación: Se definió la misma área de aplicación en cada unidad experimental.
- Tiempo de secado: Se tomó igual tiempo de secado en cada réplica del experimento.
- Procedimiento de lectura: Todas las réplicas fueron grabadas para leer con exactitud de la pantalla de grabación, la lectura del dinamómetro.
El nivel de riesgo de esta investigación, se definió con un 5%, el cual representa el valor del Nivel de Significancia.
4.3 Variable dependiente e independiente
Se define la variable independiente como aquella que se manipula y se hace variar en el experimento, en este caso, los diferentes tipos de adhesivos. Se definen cuatro niveles para la variable representadas por las marcas de los adhesivos denominadas por las letras A, B, C y D. La variable dependiente es la que se mide y se observa en la investigación, siendo esta la fuerza de adhesión.
4.4 Elección del diseño experimental
Se utilizó el diseño de bloques completo al azar, porque existe un factor que puede influir en el resultado del experimento. En este caso se prevé que la fuerza de adhesión de los diferentes tipos de adhesivos puede estar influido por los tipos de papel en donde se aplican todos los tratamientos a los bloques para eliminar sesgos en la investigación y errores en los resultados. El modelo matemático para este diseño es: [2]
y [= µ + T + /J + o (1)
= 1,2, … ,
ij i j ij j = 1,2, … . , b
Las hipótesis que se desean comprobar en este estudio son las siguientes:
Tratamiento: Tipo de adhesivo.
Ho: No existe diferencia significativa entre la fuerza de adhesión de los diferentes tipos de adhesivos.
Bloques: Tipos de papel
Ho: El tipo de papel no causa un efecto significante en el diseño experimental.
5. Materiales y Métodos
5.1 Materiales
El experimento se desarrolló utilizando los siguientes materiales: papel de construcción, cartulina y cartoncillo; cuatro tipos de pegamentos de diferentes marcas, en donde asignamos las siguientes letras para los mismos, A: Elmer’s B: Pritt, C: Crayola, D: Faber Castell. Cabe señalar que los pegamentos cuentan con especificaciones de uso y calidad similares. Para evaluar la fuerza de adhesión se utilizó un dinamómetro con una escala de 20 Newton [5]; tape para sujetar el papel al dinamómetro, tijeras y goteros.
5.2 Metodología
El procedimiento para realizar el análisis y medir la fuerza de adhesión de pegamentos se desarrolla de la siguiente manera:
a) Recortar los tipos de papel con una dimensión de 3x2”. Para este caso se selecciona cuatro unidades experimentales por bloque para desarrollar 12 réplicas del experimento.
b) Aleatorizar las unidades experimentales por bloque (primer dígito del código de la tabla 1).
Aguilar (et al): Evaluación de la fuerza de adhesión de pegamentos para papel
Tabla 1. Esquema de aleatorización
|
Marca Bloques |
A |
B |
C |
D |
|
Papel de construcción |
4A9 |
2B12 |
3C10 |
1D1 |
|
Cartulina |
4A5 |
1B2 |
4C3 |
3D8 |
|
Cartoncillo |
3A11 |
3B4 |
2C7 |
4D6 |
En el código 4C3, de la tabla 1, el primer número corresponde a la unidad experimental número 4, en dónde; C corresponde a la marca de pegamento Crayola (Washable School Glue).
c) Asignar tratamientos aleatoriamente dentro de cada bloque (Segunda posición en el código, tabla 1).
d) Aleatorizar el orden de las pruebas (tercer dígito en tabla 1). En el código 4C3, el número tres significa que el tratamiento C, a la unidad experimental 4, se aplicará en tercer lugar, en cuanto al ordenamiento de las pruebas.
e) Aplicar con el uso de un gotero 3 gotas de pegamento de la marca correspondiente sobre la unidad experimental como se observa en la figura 1.
f) Unir los dos extremos del papel sobre el cual se aplicó la goma. Cabe señalar que el área de pegado es de aproximadamente dos centímetros cuadrados.
g) Esperar cinco minutos para el secado de la goma.
Figura 1. Aplicación de pegamento a la unidad experimental.
h) Colocar la unidad experimental sobre el gancho o extremo del dinamómetro y halar hasta la ruptura de la muestra, como se observa en la figura 2.
i) Tomar la medida de fuerza en el dinamómetro, justo en el momento de la ruptura.
Figura 2. Halar la unidad experimental para medir mediante dinamómetro la fuerza de adhesión.