Peningkatan limbah plastik HDPE dan LDPE mendorong pengembangan mesin ekstruder single screw sebagai teknologi pengolahan yang efektif. Barrel sebagai komponen utama mesin menerima kombinasi pembebanan mekanik dan termal selama proses ekstrusi sehingga perlu dianalisis untuk memastikan kekuatan dan keamanannya. Penelitian ini bertujuan mengevaluasi distribusi temperatur, tegangan, deformasi, dan faktor keamanan barrel menggunakan metode Finite Element Analysis (FEA). Pemodelan dilakukan menggunakan SolidWorks, sedangkan simulasi Steady-State Thermal dan Static Structural dilakukan menggunakan ANSYS Workbench. Hasil analisis menunjukkan temperatur operasi sebesar 130 °C untuk HDPE dan 110 °C untuk LDPE, dengan temperatur tertinggi berada pada area heater band. Simulasi kombinasi pembebanan mekanik dan termal menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 66,89 MPa dengan faktor keamanan 3,59 pada ekstrusi HDPE, serta 59,20 MPa dengan faktor keamanan 4,05 pada ekstrusi LDPE. Nilai tersebut masih berada di bawah tegangan luluh material ST38 sebesar 240 MPa sehingga barrel dinyatakan aman. Deformasi yang terjadi juga masih dalam batas yang dapat diterima. Hasil penelitian menunjukkan bahwa desain barrel memiliki kekuatan struktur dan faktor keamanan yang memadai untuk proses ekstrusi HDPE dan LDPE.