El fabricante de componentes Sapphire fue el primero que produjo en masa una tarjeta gráfica enfriada por cámara de vapor cuando lanzó al mercado su modelo de tarjeta gráfica 3870 Atomic Edition en el año 2008. Pensando que tendría un mejor resultado de enfriamiento si utilizaban metal sólido o tubos de calor (Heat pipes).
A medida se avanzado en la miniaturización de los transistores, también se tenido que ir desarrollando nuevas y mejores técnicas de refrigeración. Aquí es donde los heat pipes y las cámaras de vapor entran en escena; en esta entrada veremos que es una cámara de vapor y su diferencia con los heat pipes, con quienes guarda una relación muy cercana. Además de conocer cómo funcionan, que tan buenas son para refrigerar y sus diferentes aplicaciones.
¿Qué son los heat pipes y una cámara de vapor?
Ambas soluciones utilizan dos fases para refrigerar dispositivos. El heat pipe tiene una gran conductancia y puede transferir grandes cantidades de calor, a pesar de la pequeña diferencia de temperatura entre su extremo caliente y frío. Mientras las cámaras de vapor están compuestas por heat pipes aplanados y que también cuentan con una alta conductancia, cuenta con caras planas tanto en su extremo superior e inferior. Si se comparan con soluciones de refrigeración más tradicionales como los disipadores de cobre, las heat pipes y las cámaras de vapor tienen mejores prestaciones.
Tienen una mayor conductividad térmica, la densidad de las heat pipes y las cámaras de vapor es muchos más baja que la del cobre; debido a su estructura hueca, las láminas disipadoras de calor de la cámara de vapor son muchos más livianas que la que están hechas de cobre, lo cual las hace ideales para utilizarlas en refrigeración de aparatos portátiles o en gadgets.
Heat pipes o tubos de calor
Los heat pipes consisten en un fluido de trabajo, con una estructura hueca al interior de la tubería y un envoltorio. Absorbe el calor por el extremo que está instalado directamente en la fuente que produce calor, haciendo que el fluido de trabajo se evapore por el calor latente, cuando se convierte en vapor se mueve hacia el extremo más frío condensándose y recuperando su estado líquido, en este proceso libera el calor que ha transportado desde el extremo que está en la fuente de calor y este se disipa. Ahora que el fluido de trabajo ha recuperado su estado líquido, este regresa nuevamente al extremo que está en la fuente de calor gracias a la acción capilar.
Los heat pipes están construidos en algún metal que tenga una gran conductancia y por dentro tienen un poco de fluido de trabajo, que puede ser agua pura bien sellada. La pipa se modifica para tener un espacio interior hueco y utiliza la dinámica de evaporación y condensación de este fluido de trabajo para lograr una transferencia del calor eficiente. La pipa transfiere de manera rápida y continua sin necesidad de utilizar energía para hacerlo. El cobre es por lo general el material de elección para la construcción de este tipo de pipas por su alto grado de conductancia; de igual manera muchos tipos de fluidos pueden ser utilizados como el fluido de trabajo, pero por lo general se utiliza agua desionizada, debido a su grado de respuesta al calor latente, su tensión superficial, conductividad térmica y punto de ebullición. El canal interior de la pipa puede variar dependiendo de la aplicación que se le de y a la orientación del dispositivo que se quiere refrigerar.
Cámara de vapor
Las cámaras de vapor operan bajo el mismo principio de las heat pipes. Tienen un espacio sellado al vacío, una estructura de canal interno y fluido de trabajo que se mueve con el dispositivo gracias a la acción capilar. En detalle, la fuente de calor hace contacto directo con una parte de la cámara y unas láminas de disipación que están unidas a la parte superior. Una parte del fluido de trabajo se vaporiza y fluye a las áreas más frescas. Donde ocurre el intercambio de calor y esto hace que el vapor se condense y recupere su estado líquido, el cual es absorbido nuevamente por la estructura de canal y distribuido nuevamente a la zona que está en contacto con la fuente de calor.
La mayor diferencia con los heat pipes es que este tiene una cámara completa la cual contiene espacio para que se de la condensación y evaporación. Es como una pipa completamente plana, que puede disipar calor en dos dimensiones, utilizando la totalidad de su cuerpo para enfriar la fuente de calor. Su diseño plano hace que el calor se transfiera de manera uniforme en espacios muy pequeños. El que no tenga pipas aumenta su eficiencia, ya que las pipas reducen su eficiencia cuando se le hacen curvas o cuando son adelgazadas; pero las cámaras de vapor pueden llegar a ser hasta de 0.25mm a 0.20mm de delgadas y mantener su nivel de disipación.
Diferencia heat pipes y cámara de vapor
Ambos dispositivos son muy efectivos para disipar calor. Mientras que las heat pipes remueven el calor de la fuente; las cámaras de vapor distribuyen el calor. La utilización de uno o del otro depende de la aplicación, pero ambas opciones hacen un gran trabajo al disipar calor.
Una cámara de vapor está diseñada para enfriar un componente electrónico puede disipar hasta 450 W, mientras que la heat pipe comercialmente disponibles lo más que pueden disipar es alrededor de 125 W, cuando son utilizadas de manera horizontal. En capacidad de disipación podemos decir que las cámaras de vapor son mejores.
También se puede comparar desde el punto de vista de la isotermalidad; hay dos formas en las que puede disipar, una es indirectamente en donde una placa es montada sobre la fuente de calor y el calor se conduce hacia las heat pipes embebidas en la solución. La segunda es la de forma directa, donde las heat pipes están montadas directamente sobre la fuente de calor; está última es más cara pero tiene un mejor desempeño.
Gracias a su tamaño más grande, las cámaras de vapor pueden conectar múltiples fuentes de calor en el mismo disipador, minimizando los diferenciales de temperatura entre y alrededor de la fuente de poder, lo cual las hace que tengan un mayor nivel de isotermalidad que las heat pipes.
Conclusión
Las cámaras de vapor han estado encargadas de refrigerar componentes electrónicos desde hace ya varios años; pero no fue hasta que se encargaron de enfriar a las tarjetas de vídeo, que ganaron popularidad entre las comunidades de entusiastas del hardware; pero tienen muchas más aplicaciones, así que me pareció oportuno tener una entrada sobre este dispositivo para conocerlo un poco más y también saber sobre sus características.
Saludos a todos.-
Israel es un Xennial entusiasta del PC Case Modding y del hardware en general. Ha surfeado la web desde 1995 y ha pasado toda su vida rodeado de PCs, Legos y Nintendos. Siempre aprendiendo algo fuera de las aulas. Cree firmemente que si el hardware no se puede modificar, en realidad no te pertenece y que las computadoras tienen el corazón de quien las diseña y construye.