É estudada a aplicação de nanofluidos como fluidos secundários em sistemas de refrigeração por compressão de vapor mediante o desenvolvimento de um modelo termodinâmico de parâmetros concentrados. Quando um nanofluido é usado como fluido térmico, sua condutividade e viscosidade aumentam com respeito às propriedades do fluido base correspondente. Como conseqüência, a irreversibilidade por transferência calor diminui enquanto que a por atrito aumenta. É aplicado o método dos coeficientes estruturais para determinar o efeito da concentração de nanopartículas no fluido secundário na irreversibilidade global do sistema, levando em consideração as inter-relações da estrutura analisada. Para estimar os limites práticos da redução da irreversibilidade térmica com o uso de nanofluidos é proposta uma otimização do custo operacional, a partir de análise termoeconômica, considerando a aplicação do novo fluido secundário no sistema, sem nenhuma outra modificação no mesmo. A partir do modelo proposto, verificado com dados experimentais do ciclo de refrigeração, simulou-se um caso particular de operação. Mediante uma otimização parcial, foi determinado o ponto de mínimo custo operacional, com a simples variação da concentração volumétrica de nanopartículas. Os resultados das otimizações fornecem diferentes valores da concentração ótima para diferentes cenários, caracterizados por vários comprimentos equivalentes do circuito secundário e diversos tempos de operação anual. Adicionalmente, o trabalho inclui um estudo sobre a aplicação de nanofluidos em um evaporador de casco e tubo, o qual foi simulado a partir de um modelo termodinâmico detalhado. Dados experimentais foram levantados para validar o modelo.