Se propone en este artículo una técnica novedosa de diseño de experimentos aplicada a simulaciones numéricas como metodología para el dimensionamiento y diseño de equipos de almacenamiento térmico integrados en cualquier aplicación específica. La técnica se lleva a cabo a través de superficies de respuesta con el fin de limitar el número de ejecuciones de simulación necesarias para alcanzar una solución adecuada. Así, se logran ahorros significativos en el tiempo dedicado al diseño, así como un posible ahorro de costos en la experimentación si se cumplen las relaciones de similitud entre el prototipo y el modelo. La técnica se aplica aquí a un modelo numérico previamente desarrollado y validado que simula el comportamiento térmico de un intercambiador de calor de material de cambio de fase-aire. Se analiza la incorporación de la unidad de almacenamiento de energía térmica en el caso de una aplicación de enfriamiento solar, mejorando el coeficiente de rendimiento del sistema. La viabilidad económica está condicionada principalmente por el precio del material de cambio de fase macroencapsulado.