En este trabajo se presenta un procedimiento de diseño, síntesis y operación de un sistema de poligeneración que proporciona de forma conjunta energía y agua desalada a un hotel de la costa Mediterránea. El procedimiento propuesto utiliza como herramienta a la programación matemática (optimización) y se divide en dos niveles: un nivel uno de diseño y síntesis preliminar y un nivel dos de diseño y operación detallado. Los resultados obtenidos indican la viabilidad económica, y se presenta un ahorro de energía que puede alcanzar valores de hasta 16%; así como una reducción de gases de efecto invernadero de aproximadamente 600 toneladas de CO2 por año. También se muestran los costes físicos y económicos de cada producto a través del análisis termoeconómico.