Como o resfriamento a vapor evita que seu smartphone superaqueça

Resfriamento a vapor, sinônimo de “câmara de vapor” e “resfriamento de câmara de vapor”, tem sido um chavão comum na indústria de laptops por quase uma década. E como muitas coisas emprestadas de fabricantes de laptops, o termo também se afunilou para o segmento de smartphones orientados para o desempenho nos últimos anos. O resfriamento a vapor está entre as tecnologias de smartphone mais usadas e ajuda na dissipação do calor excessivo gerado durante cargas de trabalho estressantes.

Quando executamos um aplicativo ou jogo que consome muitos recursos em nossos smartphones – ou gravamos um vídeo de longa duração – o processador do telefone deve fazer muito trabalho para compensar essas coisas. O resfriamento a vapor é uma maneira de lidar com isso e está rapidamente se tornando muito mais proeminente nos dispositivos. Mas como exatamente funciona o resfriamento a vapor e isso importa? Era isso que eu queria descobrir.

Como funciona o resfriamento da câmara de vapor

Como o nome reflete, o resfriamento da câmara de vapor utiliza uma câmara cheia de vapor usada para resfriamento. A câmara de vapor é um tubo plano ou um conduíte que contém um líquido. Pode evaporar e depois condensar facilmente sem um condensador mecânico.

O fluido absorve calor de uma fonte e muda para seu estado de vapor. Esses vapores viajam para as partes mais frias da câmara, onde se condensam e liberam o calor absorvido. Depois de mudar para sua forma líquida, o produto químico retorna à sua posição original e repete o ciclo. Isso é repetido até que o calor seja distribuído uniformemente por toda a câmara de vapor.

Em um smartphone, essa câmara de vapor é um tubo fino que é achatado em cerca de um milímetro para garantir que não aumente a espessura do dispositivo. O processo é mais ou menos o mesmo nos smartphones conforme descrito no parágrafo anterior, mas as empresas podem escolher materiais diferentes para garantir uma melhor radiação de calor longe do chipset. O gráfico a seguir da Xiaomi ajudará você a visualizar melhor esse processo.

Além disso, a extensa geração de calor dos chipsets de smartphones – dos quais o Snapdragon 8 Gen 1 é um excelente exemplo – obrigou as empresas de smartphones a usar soluções de refrigeração mais elaboradas. A câmara de vapor geralmente é empilhada com até seis ou sete camadas de materiais diferentes, todos trabalhando juntos para dissipar o calor do processador.

Para melhorar ainda mais o resfriamento, as empresas de smartphones estão inovando em novas direções. Por exemplo, a Xiaomi apresentou recentemente seu conceito “Loop LiquidCool Technology”, que usa microválvulas dentro da câmara de resfriamento para aumentar a área de superfície pela qual os vapores quentes viajam. A maior área de superfície permite que o vapor condense mais rapidamente e o líquido esfrie ainda mais.

Exemplos de telefones com grandes promessas de resfriamento

Marcas de smartphones, especialmente quando vendem telefones voltados para jogadores móveis, anunciam câmaras de vapor e suas configurações em detalhes. O recém-lançado ASUS ROG Phone 6 usa folhas de grafite (o mesmo material usado para fazer minas de lápis) além de uma câmara de vapor porque o grafite é um bom condutor de calor. A câmara de vapor é 30% maior no ROG Phone 6 do que no ROG Phone 5 para atender às demandas do chipset de melhor desempenho.

Muitas vezes testemunhamos marcas comercializando “aparelhos de resfriamento de camada X” (onde X é um número). O OnePlus 10 Pro, por exemplo, possui um sistema de refrigeração de cinco camadas; o Realme GT 2 Pro usa um com nove camadas, uma das quais é feita de aço inoxidável.

Certas marcas também se gabam em termos da área total do aparelho de refrigeração. Por exemplo, afirma-se que o Realme GT 2 Pro tem uma área total de superfície de resfriamento de mais de 36.000 milímetros quadrados (mm²) — aproximadamente três vezes a área de superfície da parte traseira do telefone. A ressalva é que empresas como a Realme também tomam a liberdade de somar a área de superfície de todas as camadas, dando-lhes um número significativo o suficiente para se gabar. Mas, ao mesmo tempo, a Realme também afirma que a área de superfície da câmara de vapor sozinha é superior a 4.000 milímetros quadrados (mm²).

Deve-se notar que, no caso de sistemas de resfriamento multicamadas, a dissipação de calor ocorre em um espaço tridimensional. A câmara de vapor absorve o calor do chipset e o transfere para as partes mais frias. Ao mesmo tempo, parte do calor também é irradiado para outras camadas, e cada camada dissipa ainda mais o calor em toda a sua superfície.

Mas não para nas configurações de várias camadas. Certos telefones (como o Nubia RedMagic 7 Pro da ZTE) usam ventiladores internos para ejetar o calor com ainda mais eficiência. Da mesma forma, alguns outros telefones, como a linha ROG Phone, vêm com ventiladores externos que ajudam a resfriar a superfície traseira do telefone. Você também pode comprar esses ventiladores como acessórios separados e usá-los com qualquer telefone.

É claro que essas afirmações não fazem sentido se não se traduzirem em desempenho no mundo real.

Testando o resfriamento a vapor dos telefones

Para ver se o resfriamento da câmara de vapor realmente faz alguma diferença, decidi testar as coisas por mim mesmo. Para fazer isso, usei três telefones: o Samsung Galaxy S22 Ultra, o OnePlus 10 Pro e o Realme GT 2 Pro. Esses telefones são equipados com o chipset Qualcomm Snapdragon 8 Gen 1, um dos chipsets móveis de melhor desempenho disponíveis atualmente. O mesmo chipset também é famoso por aquecimento muito, e observaremos até que ponto as configurações de resfriamento com câmara de vapor ajudam a diminuir isso. Esses dispositivos também possuem armações metálicas, permitindo uma melhor dissipação de calor fora do dispositivo.

Para isso, executei três testes para sobrecarregar o processador, resultando em extenso calor gerado. Esses testes incluem a execução PUBG: novo estado móvel — um dos jogos para celular mais exigentes — e dois benchmarks que pesam na CPU e na GPU.

Notavelmente, esses testes são feitos sem qualquer estojo de proteção, pois isso pode impedir que o calor irradie para a atmosfera. O brilho dos telefones foi definido como automático com a resolução da tela definida para QHD + e a taxa de atualização definida para 120Hz em cada caso. Por fim, todos esses testes foram feitos a uma temperatura ambiente aproximada de 25 graus Celsius (77 graus Fahrenheit).

Os resultados para estes testes são os seguintes.

PUBG: novo estado móvel

Para este teste, joguei uma partida de battle royale no PUBG: novo estado móvel em cada telefone. Cada jogo durou cerca de 30 minutos, e observei as temperaturas da CPU usando o aplicativo CPU Monitor junto com a temperatura na superfície externa mais alta em vários intervalos desde o início de cada partida.

Esses testes foram executados nas configurações gráficas mais altas do jogo e os resultados com base no teste são os seguintes:

As diferenças médias aproximadas nas temperaturas interna e externa do Galaxy S22 Ultra, OnePlus 10 Pro e Realme GT 2 Pro são 2 graus Celsius, 5 graus Celsius e 2 graus Celsius. O OnePlus 10 Pro teve a diferença máxima de temperatura, o que sugere que oferece o isolamento mais eficaz entre o chipset e a superfície externa. Enquanto isso, a temperatura interna do Realme GT 2 Pro permanece muito mais baixa, sugerindo que ele tem melhor dissipação de calor dentro do corpo.

Curiosamente, o Galaxy S22 Ultra mostra um padrão único em que a temperatura interna é menor que a temperatura externa. As temperaturas internas também são as mais baixas no caso do Galaxy S22 Ultra, sugerindo que é o melhor do lote para dissipar efetivamente o calor produzido durante cenários intensos, como o jogo.

As temperaturas médias interna e externa estão representadas na figura abaixo:

Enquanto o Galaxy S22 Ultra garante a menor temperatura média interna, o Realme GT 2 Pro vem na frente com a menor temperatura média na superfície externa.

Referência GFX

Em nosso segundo teste, executei o GFXBench, um benchmark sintético usado para medir o desempenho da CPU e da GPU simulando tarefas com uso intenso de gráficos. Gravei as temperaturas internas e externas para cada um dos três telefones, e os valores são os seguintes:

Os valores de temperatura também são plotados nos gráficos abaixo:

A linha pontilhada representa as temperaturas internas do chipset, enquanto a linha reta representa as temperaturas externas nos três dispositivos. Como pode ser visto, o Galaxy S22 Ultra mostra o aumento de temperatura mais insignificante durante a execução do GFXBench. Apesar de uma temperatura interna mais alta no início, o OnePlus 10 Pro consegue suprimir o calor produzido melhor que o Realme GT 2 Pro, mas não é tão bom quanto o Galaxy S22 Ultra.

Teste de otimização da CPU

Para nosso terceiro e último teste, executamos o aplicativo CPU Throttling Test que repete o mesmo processo por um determinado tempo para medir o quanto um telefone aquece e, por sua vez, suprime o desempenho. Executamos o teste nos três smartphones e plotamos as temperaturas interna e externa no final do teste.

Mais uma vez, o Galaxy S22 Ultra tem a menor temperatura interna enquanto o OnePlus 10 Pro tem a menor temperatura externa apesar de ser a mais quente por dentro.

Câmaras de vapor em telefones não vão a lugar nenhum

Mecanismos de resfriamento – dos quais a câmara de vapor é a parte mais crucial – desempenham um papel vital para manter a temperatura interna dos smartphones sob controle. Também garante que as temperaturas externas dos smartphones não sejam muito altas, portanto, segurá-los não se torna um desafio. Ambos os aspectos têm igual importância. A alta temperatura interna pode reduzir o desempenho e ter efeitos terríveis na bateria, enquanto o aumento das temperaturas externas pode tornar o telefone desconfortável de segurar. Em alguns casos, se a temperatura interna exceder um determinado ponto, o telefone desliga automaticamente para esfriar, o que também é indesejável.

Nossos testes mostram que todos os três telefones são muito capazes em ambientes desafiadores, e cada um tem seu benefício. O Galaxy S22 Ultra surge como o mais legal com base em nossos testes, enquanto o OnePlus 10 Pro se mantém firme apesar de esquentar mais internamente. A configuração de resfriamento de nove camadas do Realme GT 2 Pro ajuda a oferecer ótimo desempenho durante os jogos. No entanto, podemos apreciar como cada um desses dispositivos garante que permaneçam dentro dos limites suportáveis ​​de temperatura, com o OnePlus 10 Pro aparentemente trabalhando mais para impedir que as temperaturas internas aumentem as temperaturas do corpo externo.

No futuro, devemos ver mais dispositivos adotando câmaras de vapor. Um dos mais notáveis ​​​​deles é o iPhone 14 Pro, que, segundo rumores, apresenta uma grande câmara de resfriamento de vapor. Enquanto isso, a Microsoft também foi especulada para testar o resfriamento a vapor embutido em telas dobráveis ​​e seus óculos de realidade aumentada Holo Lens. Naturalmente, à medida que nossos smartphones ficam mais poderosos e são substituídos por dispositivos mais ergonômicos e pessoais, podemos esperar ver o resfriamento a vapor sendo aplicado de forma mais ampla. Na verdade, um futuro cyberpunk é incompleto sem líquidos fluorescentes resfriando todas as formas de eletrônicos e sistemas elétricos.