- Los heatpipes destacan en transportar calor a distancia con gran flexibilidad y bajo coste, pero con área de contacto limitada y sensibilidad a la orientación.
- Las cámaras de vapor sobresalen al extender calor en 2D sobre superficies delgadas, soportando mayores densidades de potencia a cambio de mayor complejidad y precio.
- La elección entre heatpipes, cámara de vapor o diseños híbridos depende de densidad de potencia, espacio disponible, presupuesto y objetivos de rendimiento térmico.
Cuando empiezas a mirar portátiles gaming, tarjetas gráficas o incluso móviles de gama alta, tarde o temprano te salen dos palabrejas por todas partes: heatpipes y cámaras de vapor. Ambos sistemas prometen mantener a raya la temperatura, reducir el ruido del ventilador y exprimir al máximo la CPU o la GPU… pero en la práctica las diferencias no siempre son tan evidentes como parece sobre el papel.
Si alguna vez te has preguntado por qué un portátil con cámara de vapor no enfría mejor que otro con heatpipes, o cuál de las dos tecnologías es más adecuada para tu PC, consola, servidor o dispositivo portátil, aquí vamos a desgranar a fondo cómo funcionan, en qué se diferencian, qué ventajas e inconvenientes tiene cada una y en qué escenarios brilla realmente cada solución.
Qué es un heatpipe y cómo funciona exactamente
Un heatpipe (tubo de calor o caloducto) es, en esencia, un tubo sellado que mueve calor a lo bestia entre dos puntos con una diferencia de temperatura muy pequeña. Por dentro no es sólido: está hueco, contiene una pequeña cantidad de fluido de trabajo y una estructura interna porosa (la mecha o wick) que hace de “esponja” y canal de retorno del líquido.
La estructura típica de un heatpipe se divide en tres zonas con funciones muy claras y que explican su enorme eficiencia frente a un simple bloque de cobre:
- Zona de evaporación: extremo donde entra el calor (por ejemplo, justo encima de la CPU o GPU).
- Zona de condensación: zona más fría donde el calor se libera, normalmente conectada a un bloque de aletas o radiador.
- Zona de retorno capilar: formada por la mecha interna, que permite que el líquido vuelva desde la parte fría a la caliente.
En el interior se hace el vacío parcial y se introduce una cantidad muy pequeña de fluido (agua desionizada, metanol, amoníaco, acetona u otros, según el rango de temperatura buscado). Gracias a la presión interna reducida, ese líquido puede evaporarse a temperaturas mucho menores que a presión atmosférica.
El ciclo térmico dentro del heatpipe es siempre el mismo y se repite de forma pasiva, sin electricidad ni bombas: el fluido se evapora en la zona caliente, se condensa en la zona fría y regresa por capilaridad. De esta forma se aprovecha el calor latente de cambio de fase, capaz de transportar cantidades enormes de energía con un salto de temperatura mínimo.
Este comportamiento hace que un heatpipe funcione casi como un “superconductor térmico”: la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida puede ser muy baja mientras se desplazan decenas o cientos de vatios. Además, al ser cilíndrico, se puede doblar y enrutar alrededor de otros componentes para llegar a un radiador situado lejos de la fuente de calor.
Estructura interna, materiales y parámetros de diseño de los heatpipes
La envolvente del heatpipe suele fabricarse en cobre o aluminio de alta conductividad térmica. El cobre es lo más frecuente en PCs y electrónica de potencia por su excelente capacidad de conducción y su compatibilidad química con el agua desionizada, que es el fluido de trabajo estrella en entornos de temperatura moderada.
La mecha interna se puede realizar con diferentes tecnologías, cada una pensada para un tipo de orientación o nivel de rendimiento: malla metálica, ranuras internas, mecha sinterizada o combinaciones híbridas. Cuanto más sofisticada es la mecha, mejor suele ser el retorno capilar y mayor la capacidad de transportar potencia incluso en contra de la gravedad.
El rendimiento de un heatpipe no es algo fijo; depende de una serie de factores que los fabricantes afinan mucho: tipo de fluido, presión interna, diámetro, longitud, geometría de la mecha y forma del tubo (circular, ligeramente aplanado, etc.). Todo ello se diseña para cubrir un rango concreto de temperatura, una distancia de transporte y un máximo de potencia (W) por tubo.
En aplicaciones exigentes, como servidores o sistemas industriales, los heatpipes se configuran en grupos, ajustando su número y distribución para que la capacidad de transporte de calor total sea suficiente y la base del disipador se mantenga lo más isotérmica posible.
También se pueden aplanar parcialmente para mejorar el contacto con la base del disipador o con el chip, aunque al hacerlo se reduce algo su sección interna y, por tanto, la capacidad máxima de flujo de vapor; ahí entra el equilibrio entre espesor, rendimiento y espacio disponible.
Qué es una cámara de vapor y en qué se diferencia de un heatpipe
Una cámara de vapor (vapor chamber) se puede entender como un heatpipe “aplastado” y extendido en dos dimensiones. No es un simple tubo plano: es una cavidad sellada, normalmente fabricada con dos placas metálicas finas (casi siempre cobre), unidas perimetralmente, con una red de mecha que cubre prácticamente toda la superficie interior.
Internamente, la cámara de vapor también contiene una pequeña cantidad de fluido de trabajo y se evacua hasta lograr el vacío parcial necesario. El principio físico es el mismo que en los heatpipes: el líquido hierve en la zona caliente, el vapor se expande, se condensa en las zonas más frías y el líquido vuelve por acción capilar. La diferencia está en la geometría: en lugar de un camino lineal, el vapor se distribuye en un volumen plano.
Ese volumen plano permite que la cámara de vapor actúe como un difusor de calor 2D. Recibe un flujo enorme de potencia desde un área pequeña (un die de CPU o GPU, un SoC de móvil, un módulo de potencia) y lo reparte de forma muy uniforme por toda la superficie de la placa. Esto reduce mucho la resistencia térmica por difusión y evita “puntos calientes” extremos.
Para que la estructura no colapse por la presión atmosférica (recordemos que dentro hay vacío parcial), se añaden pilares o postes internos que conectan las dos caras de la cámara. Estos postes suelen ir recubiertos de material poroso, integrados en la estructura de mecha, lo que ayuda tanto a mantener la rigidez como al retorno del condensado.
Gracias a su forma plana, la cámara de vapor puede fabricarse con espesores realmente bajos (del orden de 0,2 – 2,5 mm) y con una anchura muy grande respecto a su grosor, llegando a relaciones ancho/alto de 60:1 o más. Esto la hace idónea para dispositivos delgados donde se necesita cubrir una superficie amplia bajo un disipador o un conjunto de aletas.
Ventajas e inconvenientes de los heatpipes
Los heatpipes se han convertido en el estándar de facto en disipadores tipo torre de CPU, portátiles y muchas aplicaciones industriales porque combinan una gran conductividad térmica efectiva con una fabricación relativamente sencilla. Pero, como todo, no son perfectos y conviene tener claras sus luces y sus sombras.
Entre sus principales ventajas destacan algunas que han marcado un antes y un después en refrigeración por aire: alta capacidad de transferencia de calor, buena casi-isotermia entre extremos y enorme flexibilidad de diseño. Frente a un simple bloque de aluminio, un conjunto de heatpipes insertados en una base permite mover muchos más vatios hacia un banco de aletas ligero.
Otro punto a favor es su fiabilidad. Al no tener piezas móviles y ser básicamente un tubo sellado, un heatpipe bien fabricado puede durar toda la vida útil del equipo sin mantenimiento. Solo hay que garantizar que no haya fugas, que el sellado sea de calidad y que el fluido de trabajo sea químicamente estable con la envolvente.
El formato cilíndrico y la posibilidad de doblarlos con radios bastante ajustados permiten crear rutas de calor muy creativas: desde llevar el calor de un procesador portátil a un pequeño radiador en la esquina, hasta conectar varios chips a un mismo disipador, pasando por diseños en U, S o serpentines completos en servidores compactos.
En el lado negativo, un problema clásico de los heatpipes es que la zona real de contacto con el chip es reducida. Un tubo redondo solo toca una estrecha franja de la base. Para compensarlo se usan bases macizas de cobre con taladros donde se insertan y sueldan los tubos, o se recurre a tecnologías de “contacto directo” donde se aplanan los extremos de los heatpipes y se ponen en contacto directo con el IHS o el DIE.
Estos diseños de contacto directo aumentan la superficie efectiva de contacto, pero la calidad del acabado de la base, las pequeñas separaciones entre tubos y la necesidad de rellenar perfectamente con pasta térmica pueden hacer que, en la práctica, parte de la ganancia se pierda por imperfecciones mecánicas.
Además, los heatpipes tienen limitaciones claras de temperatura y orientación. Cada fluido de trabajo funciona bien solo en un rango concreto; fuera de él, el rendimiento cae. Y dependiendo del diseño de la mecha, algunos heatpipes funcionan mucho peor en vertical invertido (cuando la zona caliente está por encima de la fría y la gravedad juega en contra), lo que obliga a cuidar la orientación en ciertos productos.
Por último, aunque son relativamente económicos, los heatpipes de alto rendimiento con mechas sinterizadas complejas, materiales especiales o dimensiones fuera de estándar se encarecen. También hay un límite práctico de potencia por tubo (centenares de vatios por unidad en el mejor de los casos y en condiciones ideales), que obliga a combinar varios si la carga térmica es elevada.
Ventajas e inconvenientes de las cámaras de vapor
Las cámaras de vapor han ganado protagonismo en los últimos años porque ofrecen algo que los heatpipes no pueden igualar: una difusión de calor extremadamente uniforme sobre superficies amplias y muy delgadas. Eso sí, su fabricación es más delicada y su precio también lo refleja.
La gran baza de las cámaras de vapor es que convierten un punto caliente muy concentrado en una base prácticamente isotérmica. Esto reduce dramáticamente la diferencia de temperatura entre el centro del chip y los bordes del disipador, lo que mejora tanto el rendimiento térmico como la estabilidad, especialmente en componentes con densidades de potencia muy altas (por encima de 25-50 W/cm²).
Al ser planas, las vapor chamber permiten diseños de perfil ultra delgado y gran superficie, ideales para portátiles gaming, ultrabooks, consolas, tarjetas gráficas de gama alta, smartphones, tablets o dispositivos AR/VR, donde el espacio vertical es oro pero el área en planta es relativamente grande.
Otra ventaja importante es que las cámaras de vapor pueden conectar y uniformizar varias fuentes de calor sobre el mismo disipador. Por ejemplo, en un servidor de alta densidad se puede usar una sola cámara de vapor para igualar la temperatura de varios chips que comparten un bloque de aletas, reduciendo diferencias térmicas entre ellos.
En cuanto a capacidad bruta de transporte, las cámaras de vapor diseñadas para electrónica de potencia pueden manejar potencias cercanas a los 400-450 W en un solo elemento, superando ampliamente a un heatpipe individual típico, que ronda del orden de 100-125 W en configuración horizontal y con geometría estándar.
La parte menos amable de esta tecnología viene por el lado del coste y la complejidad. Fabricar una cámara de vapor implica estampar, mecanizar o grabar químicamente dos láminas de cobre, integrar la estructura de mecha por toda la superficie, colocar los postes internos de soporte, sellar los bordes con gran precisión y cargar el fluido bajo condiciones de vacío controladas. Todo eso encarece el producto frente a un heatpipe convencional.
El diseño también es menos flexible: una vapor chamber es, por naturaleza, un componente plano y rígido, con geometría esencialmente 2D. No se puede doblar como un tubo, y aunque existen diseños especiales en L o U, el margen de maniobra sigue siendo mucho más limitado que con heatpipes.
Por último, igual que en los heatpipes, la eficiencia de las cámaras de vapor está acotada al rango de temperatura donde el fluido de trabajo presenta las propiedades adecuadas de cambio de fase. Fuera de ese rango, la conductividad efectiva se degrada y el comportamiento se acerca más al de una simple placa metálica.
Diferencias clave entre cámara de vapor y heatpipes en la práctica
Más allá de la teoría, lo que marca de verdad la elección es cómo se comportan en un diseño real. Podríamos resumir que el heatpipe es un “transporte de calor” y la cámara de vapor es un “difusor de calor”, pero merece la pena entrar un poco más al detalle.
En cuanto a la función principal, el heatpipe está optimizado para mover calor de un punto A a un punto B a lo largo de su eje, generalmente sobre una distancia de varios centímetros a decenas de centímetros. La cámara de vapor, en cambio, está optimizada para repartir calor sobre su propia superficie plana, convirtiendo un área caliente pequeña en una base mucho mayor y uniforme.
Si miramos la capacidad de flujo de calor, un solo heatpipe puede ser muy eficiente pero está más orientado a flujos de calor moderados a altos en configuración lineal. Una cámara de vapor, en cambio, brilla con flujos de calor muy altos desde áreas diminutas, donde su enorme sección para el vapor y su distribución 2D le permiten manejar densidades de potencia extremas.
En diseño mecánico, los heatpipes ganan de calle en flexibilidad geométrica: se pueden doblar, aplanar parcialmente y enrutar alrededor de componentes, combinarlos en paralelo, etc. Las cámaras de vapor son rígidas y planas; su margen de personalización viene más por el contorno y el grosor que por la posibilidad de dar forma tridimensional.
En cuestión de tamaño, un heatpipe aplanado sigue teniendo una proporción ancho/alto relativamente baja. Por ejemplo, un tubo de 8 mm apenas puede aplanarse a unos 11 mm de ancho con un grosor de unos 2,5 mm. En cambio, una cámara de vapor de 2,5 mm puede extenderse hasta anchos del orden de 150 mm, con lo que la relación ancho/espesor es brutalmente superior.
Si nos fijamos en el coste, la balanza se inclina en sentido contrario: un solo heatpipe suele ser bastante más barato que una vapor chamber, sobre todo en diseños sencillos donde basta con uno o dos tubos. Con el aumento de la demanda y los diseños de cámara de vapor de una sola pieza, la brecha de precio se ha ido reduciendo, pero en términos generales la solución económica sigue siendo el heatpipe.
Campos de aplicación: cuándo usar heatpipes y cuándo cámara de vapor
La decisión entre una u otra tecnología no debería tomarse por marketing (“lleva cámara de vapor, suena más premium”) sino por las necesidades térmicas y geométricas concretas del proyecto. En muchos diseños avanzados, de hecho, se usan las dos cosas a la vez.
Los heatpipes son la opción natural cuando se requiere transporte de calor a distancia con rutas complejas, sin densidades de potencia extremas. Portátiles convencionales, disipadores de CPU de sobremesa, iluminación LED de potencia moderada, electrónica industrial repartida en chasis grandes o incluso sistemas aeroespaciales se benefician de su capacidad para llevar calor desde un punto caliente hasta un radiador lejano.
En aplicaciones típicas de electrónica de consumo, se suele hablar de heatpipes como solución recomendada por debajo de unos 25 W/cm² de densidad de potencia. En ese rango, su rendimiento y su coste cuadran muy bien con las restricciones del producto.
Las cámaras de vapor, por su parte, se reservan para casos donde el flujo de calor es enorme y está muy concentrado, o donde el espacio vertical es tan reducido que no se puede apilar un montón de heatpipes y una base gruesa. En densidades cercanas o superiores a 50 W/cm², la ventaja de una vapor chamber frente a una placa de cobre con heatpipes incrustados se hace evidente.
Por eso las ves tan a menudo en tarjetas gráficas de gama alta, consolas, portátiles gaming finos, smartphones, tablets, dispositivos AR y wearables: todos ellos combinan chasis delgado, calor concentrado y necesidad de mantener temperaturas superficiales relativamente bajas al tacto.
En el ámbito de los servidores y data centers, las cámaras de vapor se usan como bases de disipadores locales para CPUs y GPUs muy potentes, mientras que baterías de heatpipes o placas frías líquidas se encargan de llevar ese calor al aire o al circuito de refrigeración. Aquí se valora mucho la capacidad de mantener temperaturas uniformes entre varios chips o entre diferentes zonas de un mismo encapsulado.
También hay fabricantes especializados (Sinda Thermal, Winasshare, DNP, etc.) que suministran cámaras de vapor ultra finas, incluso de 0,2 mm, pensadas para integrarse en diseños muy ajustados, con grabados químicos que crean microrutas de fluido y mechas extremadamente finas. Estas soluciones permiten adaptar la cámara de vapor a geometrías curvas o plataformas con varios niveles, algo impensable con las primeras generaciones.
Diseños híbridos: combinando cámaras de vapor y heatpipes
En muchos sistemas de alto rendimiento no se trata de elegir entre uno u otro, sino de combinar las fortalezas de ambos en un diseño híbrido. Este enfoque se ha vuelto bastante habitual en tarjetas gráficas tope de gama y en algunos portátiles gaming avanzados.
La configuración típica de un sistema híbrido suele partir de poner una cámara de vapor directamente sobre el chip principal (CPU o GPU). Esa cámara se encarga de difundir el calor de forma muy homogénea sobre una superficie más grande, reduciendo la temperatura punta y mejorando el contacto con el siguiente elemento de disipación.
Sobre esa cámara de vapor, o acoplados a ella, se montan varios heatpipes que se encargan de transportar el calor difundido hacia bancos de aletas remotos, donde uno o más ventiladores evacúan la energía al aire ambiente. De esta forma, la cámara hace la labor de “extender” y los heatpipes hacen la labor de “llevar”.
Este esquema también puede invertirse o combinarse con placas frías de refrigeración líquida, según el espacio disponible y las necesidades de ruido y mantenimiento. Lo importante es comprender que cámara de vapor y heatpipes no son tecnologías rivales, sino complementarias, y que su uso conjunto suele dar lugar a las soluciones más potentes del mercado.
Eso sí, conviene recordar que un diseño híbrido mal planteado puede ser contraproducente: si la selección del tipo de cámara, el número de heatpipes, el fluido de trabajo o el dimensionado de las aletas no es el adecuado, se puede introducir una resistencia térmica extra que anule parte de las ventajas teóricas y deje el sistema rindiendo peor de lo esperado.
Tanto las cámaras de vapor como los heatpipes son herramientas muy potentes de refrigeración bifásica que, bien utilizadas, permiten que dispositivos cada vez más pequeños y potentes se mantengan bajo control térmico; la clave está en entender que los heatpipes son ideales para mover calor a distancia de forma flexible y relativamente barata, mientras que las cámaras de vapor destacan al extender un flujo de calor brutal desde zonas diminutas sobre superficies muy delgadas y amplias, y que elegir una, otra o una combinación de ambas dependerá siempre del equilibrio entre densidad de potencia, espacio disponible, presupuesto y nivel de rendimiento térmico que queramos exprimir.
