O aumento da geração de resíduos sólidos urbanos (RSU) e a necessidade de alternativas sustentáveis para sua destinação tornam a tecnologia Waste-to-Energy uma opção promissora com o emprego de técnicas de recuperação energética de resíduos. Nesse sentido, esse trabalho se propôs a estudar métodos de otimização de ciclos termodinâmicos para a aplicação na incineração de RSU, incluindo análises energéticas, exergéticas e ambientais. Foi implementada em Microsoft Excel uma rotina de cálculos de propriedades termodinâmicas da água e do vapor segundo a formulação IAPWS-IF97, posteriormente validada por meio de comparação com tabelas termodinâmicas e com resultados disponíveis na literatura. Esses cálculos automatizados facilitaram a modelagem de um ciclo Rankine alimentado pela incineração de RSU, que foi complementado com um projeto de turbina a gás a partir de parâmetros de turbinas operacionais de geração de energia elétrica. Os resultados foram processados através de um método de planejamento de experimentos baseado na Metodologia da Superfície de Resposta (RSM), que permite identificar condições de otimização do ciclo para cada um deles. Foram projetados ciclos híbridos capazes de atingir eficiência energética de até 30,4 por centi , superior a ciclos WtE convencionais.