El enfriamiento de la cámara de vapor tiene un papel cada vez más importante en los productos calientes

La implementación de la tecnología de enfriamiento de la cámara de vapor podría resultar rentable para aplicaciones particulares como como sistemas integrados con problemas críticos de gestión térmica.

Los ingenieros que desarrollan productos con tecnología incorporada deben explorar continuamente cómo lograr una gestión adecuada de la temperatura. A medida que los productos actuales se vuelven cada vez más pequeños y más capaces, esas características aumentan la probabilidad de que un dispositivo se sobrecaliente si no tiene funciones internas que lo ayuden a mantenerse fresco.

El enfriamiento de la cámara de vapor es una posibilidad a la que se está prestando cada vez más atención. Las cámaras de vapor tienen estructuras planas que ayudan a transferir el calor de manera uniforme en un espacio pequeño. Además, contienen un líquido que se evapora en gas una vez que se calienta lo suficiente. Las cámaras también tienen pequeños postes que evitan que la estructura colapse debido a la presión atmosférica exterior y guían el fluido a los lugares correctos.

Una diferencia termodinámica entre una cámara de vapor y un tubo de calor convencional es que la cámara de vapor transfiere calor en dos dimensiones en lugar de una. Los ingenieros suelen utilizarlos para difundir el calor desde su fuente hasta las aletas de un disipador de calor.

Además, la conductividad térmica efectiva se relaciona con las propiedades termodinámicas y el espesor del espacio de vapor. A medida que el espacio de vapor se vuelve más grueso, la caída de presión del flujo se vuelve menos prominente, lo que aumenta la conductividad térmica efectiva.

Muchas computadoras de escritorio tienen tubos de calor soldados en la parte superior de las cámaras de vapor, lo que ayuda aún más a una transferencia de calor eficiente. Sin embargo, algunos diseños colocan tubos de calor en la cámara de vapor, lo que agiliza todo el proceso. Dado que algunas cámaras de vapor son tan pequeñas como 1 pulgada por 1 pulgada, se adaptan a proyectos que exigen paquetes pequeños. Además, su grosor estándar es de 3-9 milímetros, lo que facilita su inserción en una base existente.

Sopesar los pros y los contras

La eficiencia de transferencia es uno de los principales beneficios de elegir el enfriamiento de la cámara de vapor sobre otros métodos. Puede disipar hasta 2000 vatios de calor en un área de aproximadamente 4 centímetros cuadrados. Los ingenieros también lo seleccionan para ayudar a reducir los puntos calientes o lidiar con densidades de alta potencia en paquetes pequeños.

Además, las cámaras de vapor toleran el contacto directo con los componentes que producen calor, como las unidades centrales de procesamiento (CPU).

Sin embargo, también existen desventajas. Para empezar, el enfriamiento de la cámara de vapor puede ser más costoso que los métodos de tubería de calor. Si se usa para productos de consumo de gran volumen, los costos generales de fabricación pueden ser prohibitivos. Sin embargo, la implementación de la tecnología de enfriamiento de la cámara de vapor podría resultar rentable para aplicaciones particulares, como sistemas integrados con problemas críticos de gestión térmica. Sopesar las consideraciones de costo con las necesidades de desempeño ayuda a los ingenieros a decidir si el costo adicional vale la pena para un proyecto en particular.

El diseño tradicional de la cámara de vapor de dos piezas incluye dos placas de cobre estampadas. Ese tipo es más costoso que la mayoría de los tubos de calor, aunque ahora hay diseños de una sola pieza. A medida que la demanda de estos ha aumentado, los costos se han reducido aproximadamente a los mismos costos que algunos tubos de calor tradicionales.

Desde las perspectivas de los costos de fabricación y la disponibilidad, las cámaras de vapor tienen algunas desventajas. La mayoría de los diseños se personalizan y se producen en volúmenes relativamente bajos. La falta de diseños estándar aumenta la flexibilidad del proyecto, pero también puede incrementar los costos. Sin embargo, los investigadores han investigado el uso de la fabricación aditiva para algunos componentes de la cámara de vapor. Eso podría aumentar la disponibilidad y reducir los costos.

Refrigeración de smartphone

Los teléfonos inteligentes representan una categoría de productos en la que las personas desean progresivamente los últimos modelos y esperan que esas opciones les sirvan más con cada lanzamiento. Algunos líderes de la empresa esperan que el enfriamiento de la cámara de vapor pueda mejorar las capacidades de sus nuevos modelos.

Según los informes, Apple está probando el método de enfriamiento para sus próximos modelos.

Un analista familiarizado con el tema cree que la marca lo necesitaría para mantenerse al día con las características más exigentes de los teléfonos 5G. Señalaron que las pruebas de confiabilidad anteriores no alcanzaron las expectativas de Apple, pero creen que la marca de tecnología puede apuntar a incorporar la opción en un modelo futuro. Si es así, el método de enfriamiento podría mejorar la potencia de procesamiento al tiempo que prolonga la vida útil de la batería.

Microsoft también patentó recientemente un sistema que involucra cámaras de vapor flexibles unidas a las bisagras de los teléfonos plegables. Las solicitudes de patente sugieren que la marca de tecnología usaría ese enfoque para mantener frescos los dispositivos plegables de doble pantalla.

Algunos teléfonos inteligentes ya contienen refrigeración por cámara de vapor. Uno de ellos es el Sony Xperia Pro.

Un desmontaje técnico del dispositivo confirmó que tiene una pieza de metal que actúa como interfaz con láminas de grafito que absorben el calor de los componentes del teléfono, incluidas sus antenas 5G. El metal envía el calor a una cámara de vapor que es casi tan alta y ancha como el propio dispositivo. Finalmente, la cámara expulsa el calor a través de la pantalla del dispositivo.

Implicaciones del diseño

Los ingenieros también están interesados ​​en aplicar enfriamiento por vapor a los diseños de computadoras portátiles, particularmente con más consumidores que las usan para juegos intensivos. La principal ventaja de las cámaras de vapor en estos casos de uso es que permiten diseños más delgados. Cuando los ingenieros eligen tubos de calor para enfriar, el diseño de la computadora a menudo incluye tres o cuatro de ellos para mover el calor.

Sin embargo, elegir un diseño de enfriamiento de cámara de vapor permite eliminar múltiples tubos de calor de circuito cerrado. Luego, una sola cámara realiza la misma función que varios tubos de calor, lo que permite diseños de computadora portátil más delgados.

Una cámara de vapor permite a los diseñadores de hardware sincronizar cargas térmicas de nivel inferior con el disipador de calor principal al hacer que tengan contacto directo con la cámara de vapor. Esa opción brinda a los componentes de almacenamiento y memoria un camino directo a cualquier disipador de calor con aletas o ventilado utilizado para un diseño.

Beneficios comprobados

Los diseñadores de portátiles han seleccionado cámaras de vapor para enfriar esos dispositivos durante los últimos años. La evidencia relacionada con un modelo reciente de computadora portátil para juegos muestra los cambios relacionados con la temperatura que pueden ocurrir.

Por ejemplo, el Dell Alienware m15 R3 cuenta con refrigeración por cámara de vapor. Una revisión extensa del modelo comparó las temperaturas asociadas con él con el modelo R2 anterior. Los evaluadores confirmaron que la temperatura del modelo R2 se estabilizó en 99 ° Celsius (C) y 70 ° C para la CPU y la GPU respectivamente, incluso cuando se usaba la función de ventilador Turbo de la computadora portátil. Sin embargo, con el R3, las temperaturas de la CPU y la GPU se estabilizaron en 73 ° C y 65 ° C respectivamente. Los revisores citaron el enfriamiento de la cámara de vapor como la razón más probable de ese cambio entre modelos.

Combinación de métodos de enfriamiento

Los ingenieros que estén interesados ​​en explorar los métodos de enfriamiento de la cámara de vapor para sus proyectos deben tener en cuenta que estas soluciones pueden respaldar otras opciones de control de temperatura en lugar de reemplazarlas.

Por ejemplo, una computadora portátil para juegos Acer lanzada recientemente presenta un teclado deslizante que revela un panel de vidrio. Esa característica de diseño permite a los usuarios comprobar la tecnología de refrigeración sin desmontar la computadora.

Además de una cámara de vapor, la tecnología de enfriamiento incluye tres tubos de calor de cobre, ventiladores y rejillas de ventilación cerca de la pantalla. El modelo también tiene la tecnología PowerGem de Acer, que adopta un enfoque diferente a la práctica común de colocar las CPU bajo una capa de pasta térmica que aleja el calor del chip. PowerGem utiliza una almohadilla que, según Acer, funciona varias veces mejor que el cobre.

Iluminación inteligente más fría

La investigación también sugiere que la refrigeración por vapor podría abordar algunos de los desafíos asociados con los sistemas de iluminación de Internet de las cosas (IoT) que utilizan bombillas LED. Un equipo que investigó el asunto indicó que la electrónica adicional requerida para los aspectos de comunicación, control, detección y energía de las características de IoT podría agregar hasta un 70% al calor total generado durante la operación en comparación con si los productos no tuvieran esas características de conectividad. .

Además, si el calor aumenta en un 70%, la temperatura máxima de la electrónica aumenta en aproximadamente un 25%, encontraron los investigadores. Por lo tanto, se vuelve aún más crucial lidiar con los puntos calientes provocados por la temperatura general más alta que se encuentra en las bombillas de IoT.

Sin embargo, una de las recomendaciones de la investigación fue desarrollar un sustrato esparcidor de calor basado en tecnología de cámara de vapor. Las pruebas mostraron que tales opciones proporcionaban casi un 25% más de rendimiento térmico que las soluciones sin cámara de vapor cuando se colocaban en la parte frontal de una placa de circuito impreso en lugar de en el lateral. Además, las investigaciones indicaron que el uso de sistemas de cámara de vapor podría abordar las elevaciones de temperatura de los LED debido a la generación de calor local y las rutas limitadas de transferencia de calor.

Este ejemplo muestra que elegir el enfriamiento de la cámara de vapor es solo el comienzo de la planificación del proyecto. Los ingenieros también deben explorar otros factores que causan el aumento de temperatura o los efectos de enfriamiento asociados.