Este trabalho apresenta uma análise termodinâmica de caldeiras flamotubulares operando com gás natural, com o objetivo de melhorar a eficiência do sistema e reduzir as emissões de gases poluentes. A pesquisa se baseia na simulação numérica dos fenômenos de transporte de calor e massa que ocorrem no interior das caldeiras, buscando aprimorar um modelo existente em EES (Engineering Equation Solver). Assim, o trabalho inclui uma avaliação da influência dos perfis de chama (parabólico, uniforme e exponencial) durante a combustão e como estes afetam o desempenho térmico da caldeira. Adicionalmente, o trabalho aborda as perdas de calor nas caixas de giro, que são responsáveis por redirecionar os gases de combustão ao longo do percurso dentro da caldeira, que afetam diretamente a eficiência térmica do sistema. Um aspecto relevante do trabalho é a aplicação do modelo ao impacto da adição de hidrogênio ao gás natural utilizado como combustível. Essa mistura tem o potencial de reduzir as emissões de CO2, além de aumentar a temperatura dos gases de combustão e, consequentemente, a eficiência energética da caldeira. Os resultados mostraram que o formato da chama tem um impacto muito pequeno tanto na eficiência energética quanto exergética, com uma diferença de temperatura máxima de 33 graus Celsius entre diferentes perfis, mas a adição de hidrogênio ao gás natural aumentou as temperaturas dos gases em todos os passes e elevou a eficiência energética média da caldeira de 77,71 por cento para 80,36 por cento. A modelagem das caixas de giro revelou que a perda térmica contribuiu para uma redução de eficiência média de até 12 por cento.