En este paper se pretende diseñar un modelo de optimización multirespuesta para un proceso de producción químico no optimizado en una entidad del clúster petroquímico colombiano. Se realiza la estimación y diagnosis de un diseño experimental tipo central compuesto. Las variables respuestas corresponden al costo global de operación y rendimiento del proceso, mientras que los factores controlables son: Temperatura (°C), Concentración del polímero (%) y Concentración de oxígeno (%). Se determinan las interacciones entre factores y la deseabilidad compuesta, cuyo valor indica que en la quinta ejecución se localiza el óptimo global de la operación.This paper aims to design a multi-response optimization model for a non-optimized chemical production process in a Colombian entity located in a petrochemical cluster. The estimation and diagnosis of an experimental composite central type design are carried out. The response variables correspond to the global cost of operation and yield, while the controllable factors are: Temperature (°C), Polymer concentration (%) and Oxygen concentration (%). The interactions between factors and desirability function are determined and indicate that the global optimum of the operation is located in the fifth execution.